基金项目 摘要 关键词
基金项目:国家自然科学基金(52009147)
摘要:2021年7月20日郑州发生的极端大暴雨造成了严重的洪涝灾害。为总结经验教训、分析灾害原因,将郑州暴雨过程分别移植到深圳市、北京市,利用城市洪涝仿真模型进行模拟推演。模拟分析结果认为,此次极端暴雨无论发生在深圳还是北京,都会产生严重的洪涝灾害,都有河道漫溢、严重积水的情况发生。单一地通过工程措施提高城市防洪标准的做法,可以应对标准内的降雨,但无法应对超标准的极端暴雨事件。因此,建议从流域、区域、城市层面进行城市防洪和内涝治理的联排联调,统筹管理;提前模拟不同降雨条件下尤其是超标准大暴雨的城市内涝风险,预测、评估城市承灾能力;制定、完善预警指标和防汛管理应急响应预案,提高政府综合协调能力。在暴雨到来之前,及时发布预警和提示信息,快速指导各相关部门和市民做出必要的防范措施,保障市民的生命安全,降低财产损失。
关键词:“2021.7.20”郑州特大暴雨;202106号台风“烟花”;超标准暴雨;城市内涝;洪涝灾害
作者
刘媛媛1,2 郑敬伟1,2 刘洪伟3 刘云华4 刘业森1,2 刘训平5 冯蒙蒙5 刘舒1,2
1.中国水利水电科学研究院
2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心
3.北京市水务局
4.深圳市水务局
5.深圳市广汇源环境水务有限公司
01
情况简介
2021年7月18日8时至21日6时,受202106号台风“烟花”外围影响,郑州发生了历史罕见的持续特大暴雨过程,暴雨中心主要集中在郑州市区。郑州市国家气象站7月20日15-16时,1小时累计降雨量60.6毫米,16-17时,最大小时降雨量201.9毫米,各小时降雨分配情况如图1所示,而北京“2012.7.21”特大暴雨最大小时降雨量100.3毫米。据中国气象局统计,郑州“2021.7.20”大暴雨小时雨强,不仅超过了1975年8月上旬河南特大暴雨中最大小时雨强(198.5毫米),而且刷新了我国城市最大小时雨强的纪录。
图2为河南省气象台发布的实时降水分布示意图。从图2中可以看出,7月17日8时至7月22日6时,郑州市的平均面雨量达到了518.0毫米,相当于北京一年的降雨量。此次降雨最大1小时、3小时、6小时降雨量以及最大点雨量都发生在郑州市,分别为201.9毫米、310.8毫米、389.7毫米和987.0毫米。此次大暴雨无论是降雨量还是降雨强度都非常罕见,属于极端暴雨事件,远远超过了这个城市的承受能力,造成了重大人员伤亡和财产损失。
为了进一步探讨这次暴雨内涝灾害的原因以及这种极端的大暴雨事件对不同城市的影响,本文利用城市洪涝模拟模型,把郑州“2021.7.20”特大暴雨的降雨过程移植到广东沿海城市深圳、华北内陆城市北京,分别进行分析模拟,以进一步定量分析该场降雨对各类型城市的影响。
02
模拟计算
模拟计算情景为:最大1小时降雨量201.9毫米,24小时累计降雨量594.0毫米,各小时降雨分配情况如图1所示。
2.1深圳河湾流域片区模拟结果
深圳市处于我国广东沿海地区,多年平均降雨量1935.8毫米,受到季风、台风以及风暴潮影响,暴雨频发。分析时,选择深圳河湾流域为模拟区域。深圳河湾流域包括深圳河流域和深圳湾流域,地处深圳市的下游区域。本文将郑州“2021.7.20”特大暴雨过程移植到深圳市的深圳河湾流域片区进行模拟分析,模拟结果如图3所示。
从图3可以看出,深圳河湾流域内,大部分区域有0.15米以上深度的积水。经统计,流域内共有积水点705处,其中积水深大于1.50米的积水点54处,1.00~1.50米积水点112处,0.50~1.00米积水点262处,0.27~0.50米积水点248处,0.15~0.27米积水点29处。主要道路严重积水,北环新洲立交、龙珠大道、滨河大道、留仙大道、广深高速等主干道均有部分路段积水深度超过2.00米,桥底人行通道均被淹。
深圳河干流桩号3+700以上至莲塘河桩号7+150以下河道全线漫堤,影响涉及18个社区。所有入海河流、主要一级及二级支流均发生不同程度漫堤,所有暗渠满流,两座小型水库出现了漫堤情况。流域内120个地铁站口全部出现超过0.30米的积水,其中18个地铁口淹没水深超过0.50米,最大积水深度达到1.30米,地铁口雨水倒灌、淹没风险极高。
2.2北京城区模拟结果
北京“2012.7.21”特大暴雨之后,改造了雨水管线、泵站,新建压力管线及蓄水池、雨水截流设施等,并在“2016.7.20”和“2021.7.12”大暴雨中,经受住了考验,城区主干道和下凹桥区没有出现严重的积水情况。本文把郑州“2021.7.20”特大暴雨过程移植到北京城区进行分析模拟,结果如图4所示。
由图4可以看出,将郑州“2021.7.20”暴雨过程移植到北京城区,温榆河、北运河右岸严重漫溢,城区90%以上面积都出现了0.30米以上的内涝积水。城区南部积水最为严重,最大积水深度超过了2.00米。据统计,城区共141个地铁站口,大部分都出现了0.30米以上的积水,其中123个地铁口淹没水深在0.50米以上,最大积水深度达到了1.50米,淹没风险极高。全市123处桥区易涝点最大积水深度超过0.40米,均处于内涝高风险区域。
03
结果分析
我国大部分城市的水利工程、市政排涝设施的建设水平基本都可以应对20年一遇至50年一遇的降雨情况,即使出现降雨量大但雨势较为缓和的大暴雨,也可以应对。通过将“2021.7.20”郑州特大暴雨条件移植到深圳、北京,利用城市洪涝仿真模型模拟,由模拟结果可知:“2021.7.20”雨势迅猛、短时雨量极强,已远超出城市排涝蓄水能力。无论发生在暴雨频发的广东沿海城市深圳,还是发生在市政排涝设施相对较好的华北内陆城市北京,都会造成非常严重的内涝灾害。从模拟结果可看出,极端大暴雨不仅造成河流水位上涨,顶托了内涝的外排,而且河流、水库均发生了漫溢,形成了外洪叠加内涝的严峻局面,更进一步加重了城市内涝。
因此,短时雨强大、总体雨量大是造成郑州市严重内涝的主要原因。然而通过加高河道堤防、改造地下管网、增加泵站等工程措施并不能解决雨势迅猛、短时雨量极强的极端大暴雨带来的内涝灾害问题。
近10年,全球变暖气候异常,我国北方大部分地区极端暴雨频发,暴雨引发的城市内涝已经成为影响城市运行、居民生活的城市型水灾害。北京“2012.7.21”“2016.7.20”“2021.7.12”以及此次郑州“2021.7.20”特大暴雨,都是对我国北方地区造成严重灾害的极端大暴雨。而我国北方大部分城市,由于降雨量较少,内涝预警管理体系以及应急响应执行机制并不完善。对于出现的暴雨预警、应急响应迟缓,执行力度也不够,一旦出现这种极端暴雨事件,很容易出现严重的内涝灾情,此次郑州“2021.7.20”特大暴雨就敲响了警钟。
对此,需要针对各城市特点,通过数值模拟技术,推演预测各种超标准暴雨条件下的城市内涝情况,制作城市洪涝风险图,确定城市高风险点。根据模拟结果并结合实际情况,制定暴雨预警指标以及应急管理预案,建立城市重大危机预警管理响应体系,应急、气象、国土、水务、排水、道路交通、地铁运营、市政管理等多部门联动,严格贯彻执行相关法律法规和应急预案,减轻洪涝灾害及其影响,避免群众生命财产损失。
04
结论
(1)类似于郑州“2021.7.20”特大暴雨发生在任何城市,都会造成河道漫溢、内涝积水的严重灾害。单一地通过加高堤防、地下管网改造、提升泵站能力等工程措施,可以应对标准内的降雨,而对于雨势迅猛、短时雨量极强的超标准极端暴雨事件,灾害难以避免。
(2)极端大暴雨将造成外洪内涝叠加,因此需从流域、区域、城市层面加强水利工程设施和市政排涝设施联合调度,防洪和内涝统筹兼顾。
(3)建议城市事前模拟、推演不同降雨条件下尤其是超标准大暴雨的城市洪涝淹没情况和洪涝风险,按照相关法律法规要求,有针对性地规划建设城市防洪治涝体系,制定、完善预警指标和防汛管理应急响应预案,明确分工、落实责任,提升政府洪涝灾害风险综合管理和应对能力。在暴雨到来之前,及时发布预警和提示信息,在洪涝形成和发展过程中,快速指导各相关部门和市民采取合理的防范措施和应急行动,最大限度地保障生命安全,减少洪涝损失和影响。
参考文献
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来源:《中国防汛抗旱》2021.9期
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