高維英，李 明，李 菁(.陜西省氣象學(xué)會，西安 7006；.陜西省氣象臺，西安 7004；.南京市氣象局，南京 0009)

西安城市內(nèi)澇分布特征及其與降雨量的關(guān)系

高維英1，李 明2，李 菁3
(1.陜西省氣象學(xué)會，西安 710016；2.陜西省氣象臺，西安 710014；3.南京市氣象局，南京 210009)

利用西安市市政部門2007—2012年城市內(nèi)澇資料及相應(yīng)時段西安城區(qū)自動氣象站逐小時降雨資料，對西安城區(qū)17例內(nèi)澇過程進行了時空分布特征分析，對58個內(nèi)澇點內(nèi)澇進行了內(nèi)澇等級劃分并研究了積水深度與降雨強度的關(guān)系，建立了部分內(nèi)澇點積水深度與降雨量方程。結(jié)果表明：西安城市內(nèi)澇點空間分布較為均勻；內(nèi)澇發(fā)生頻率最高為41%，最低為18%；7—8月為城市內(nèi)澇發(fā)生高峰期，占年內(nèi)澇總次數(shù)的70%；07:00—08:00、15:00—16:00為城市內(nèi)澇日變化中兩個明顯的高峰時段；城市內(nèi)澇按積水深度劃分為微風(fēng)險、低風(fēng)險、中風(fēng)險、高風(fēng)險四個等級，其中中風(fēng)險等級內(nèi)澇占西安總內(nèi)澇次數(shù)的45%；短時強降水是造成城市積澇的主要原因，1 h和3 h降雨量是積水深度的重要影響因素。

城市內(nèi)澇；時空分布；降雨量；西安

近年來，廣州、北京、重慶、南寧、南昌等地因暴雨連遭水浸，發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)澇[1-4]，給人們生活帶來諸多不便，每年因城市內(nèi)澇造成的經(jīng)濟損失相當(dāng)可觀。據(jù)統(tǒng)計，2009年6—8月，西安發(fā)生城市內(nèi)澇7次，頻繁的內(nèi)澇嚴(yán)重影響了市民的生活。城市內(nèi)澇的發(fā)生與氣象條件緊密相關(guān)，強降雨是致災(zāi)的關(guān)鍵因素[5-7]。近年來中國氣象局重點強化強對流天氣的短臨預(yù)報預(yù)警工作。開發(fā)了估測降水、風(fēng)暴單體追蹤、強回波區(qū)域報警和追蹤等多種短臨預(yù)報產(chǎn)品。尤其是降水預(yù)報和降水估測產(chǎn)品為強降水預(yù)報預(yù)警提供了客觀定量的依據(jù)[8]，成為做好城市內(nèi)澇的重要產(chǎn)品。因此研究城市內(nèi)澇時空分布特征及其與降雨的關(guān)系成為做好城市內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警的首要任務(wù)之一。

1 資料來源及研究方法

利用西安市市政部門2007—2012年內(nèi)澇資料(包括內(nèi)澇點名稱、積水深度、積水及退水時間等)及西安市城區(qū)自動氣象站逐小時降雨資料，采用調(diào)查分析對內(nèi)澇進行等級分類；采用數(shù)理統(tǒng)計方法進行內(nèi)澇深度與降雨關(guān)系的研究。

2 分布特征

2.1 空間分布

西安市共發(fā)生城市內(nèi)澇17例，平均每年3.4次。涉及內(nèi)澇點58個。其中城區(qū)13個，東郊11個，南郊13個，西郊9個，北郊12個，整體來看內(nèi)澇點空間分布較為均勻。

內(nèi)澇發(fā)生頻率的高低反映了該內(nèi)澇點排水能力的大小。從17例內(nèi)澇過程各內(nèi)澇點內(nèi)澇發(fā)生頻率來看，最高是大雁塔燈具城門前為41%；其次新寺路唐都醫(yī)院門口、二馬路、翠華路興善寺東街口、交大門前金海岸為35%；最低是紅旗東路、文景路為18%。

2.2 時間分布

2.2.1 月分布 如圖1所示，城市內(nèi)澇的月變化基本上呈正態(tài)分布，月季變化較大。內(nèi)澇過程從5月開始迅速增加，7—8月處于高峰期，占年內(nèi)澇總次數(shù)的70%，9月迅速減少。內(nèi)澇災(zāi)害主要出現(xiàn)在短時強降水多發(fā)的5—9月。其它月份基本無內(nèi)澇發(fā)生。

2.2.2 日分布 從圖1可以看出：城市內(nèi)澇的日變化有兩個明顯的高發(fā)時段，第一時段為07：00—08：00，此時正值交通運行高峰期，內(nèi)澇對市民生活造成極大影響，同時對城市安全運行造成很大壓力。第二時段為15:00—16:00。這種雙峰型時間分布，與西安城市強降水的時間分布有極為密切的關(guān)系。

圖1 2007—2012年西安城市內(nèi)澇各時次頻次變化

3 內(nèi)澇等級劃分

根據(jù)內(nèi)澇災(zāi)害對交通要道、商業(yè)、居民社區(qū)、地上(地下)車庫等易損性承災(zāi)體的影響，將城市內(nèi)澇按積水深度劃分為四個等級(表1)：微風(fēng)險、低風(fēng)險、中風(fēng)險、高風(fēng)險。

表1 西安市城市內(nèi)澇等級

根據(jù)此等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，對西安58個內(nèi)澇點進行等級劃分，微風(fēng)險等級點為16個，占總內(nèi)澇點的28%；低風(fēng)險等級點為15個，所占比例為26%；中風(fēng)險等級點為26個，占總內(nèi)澇點的45%；基本無高風(fēng)險等級內(nèi)澇發(fā)生。

4 內(nèi)澇與降雨量的關(guān)系

4.1 不同內(nèi)澇點積水深度與降水的關(guān)系

內(nèi)澇既有城市建設(shè)和發(fā)展的原因，也和氣象條件有密切關(guān)系。選取鐘樓、雁塔城防辦、興慶公園等9個附近建有雨量自動站的內(nèi)澇點進行研究。分析不同內(nèi)澇點多個強降水過程自動站逐小時雨量、過程總降雨量與積水深度的相關(guān)關(guān)系。

從表2可以看出積澇深度與過程總降水量、小時最大降雨量均有較好的相關(guān)關(guān)系。積水深度與過程總降雨量的相關(guān)系數(shù)為0.444～0.953，對于同一個內(nèi)澇點來說，在總降水量相同的情況下，不同的降水強度將會造成不同深度的積水，因此積水深度與過程總降雨量的相關(guān)系數(shù)的區(qū)間跨度較大。相比之下，積水深度與小時最大降水量的相關(guān)系數(shù)在0.742～0.980，區(qū)間跨度明顯較小，相關(guān)系數(shù)明顯高于與總降雨量的相關(guān)系數(shù)。因此1 h最大降水量是影響積水深度的主要因素。也就是說，短時強降水是造成的城市積澇的主要原因。

表2 不同內(nèi)澇點積水深度與過程總降水量、小時最大降雨量的相關(guān)系數(shù)

4.2 不同降水過程積水深度與降水的關(guān)系

從部分強積澇過程來看，積澇深度與過程總降水量和小時最大降雨量的相關(guān)性都較好，但相關(guān)程度與降水過程的降水性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)降水為短時強降水時，積水深度與小時最大降水量相關(guān)性較好。如2009-07-21，興慶公園站小時最大雨量達27.2 mm，而總降水量為29.2 mm，短時間的強降水造成了興慶公園附近的西影路陽光小區(qū)出現(xiàn)了中風(fēng)險等級內(nèi)澇；而2009-08-03的朝陽門加油站的積澇過程，總降水量雖為30.0 mm，但在小時最大雨量為6.1 mm的情況下，僅出現(xiàn)了低風(fēng)險等級內(nèi)澇。當(dāng)小時雨強不是很大，而降水持續(xù)時間較長的情況下，總降水量對積水深度的影響會比較明顯。如2009-08-28，降水持續(xù)時間從28日14:00持續(xù)到29日09：00，三橋阿房宮站小時最大雨量為7.0 mm，而總降水量為51.2 mm，持續(xù)的強降水造成了西三環(huán)紅光橋下出現(xiàn)中風(fēng)險等級內(nèi)澇。

從以上的分析可看出，積水深度和小時降水量有著較高的相關(guān)性，但總降水量的影響也不能忽視。近年來在雷達及區(qū)域自動站雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)的支撐下，降水估測產(chǎn)品不僅可以得到1 h產(chǎn)品，還可以得到3 h產(chǎn)品。為了考慮總降水對積水深度的影響，對近3 h降水量和積水深度進行了相關(guān)關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)一些過程3 h降水和積水深度的相關(guān)性非常好。

5 部分內(nèi)澇點積水深度與降雨量關(guān)系的建立

對于部分積澇頻次高的內(nèi)澇點建立積水深度與1 h和3 h降水量方程(表略)?？梢钥闯觯诙虝r強降水過程中，積水深度與1 h降雨量相關(guān)性較好。以交通大學(xué)門前的金海岸內(nèi)澇點為例(圖2a)1 h雨量和降水深度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)高達0.954 7。除此之外，有些內(nèi)澇點的積水深度也和3 h降水量密切相關(guān)。以二馬路積澇點為例(圖2b)，3 h降雨量和積水深度相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.855 9，達到顯著水平。

圖2 金海岸積水深度和1 h降雨量(a)、二馬路積水深度和3 h降雨量(b)的關(guān)系(積水深度單位為cm；降雨量單位為mm)

根據(jù)歷史樣本建立的積水深度與降水量統(tǒng)計方程，在實際業(yè)務(wù)中要進一步檢驗，并隨著樣本數(shù)的增加及時進行方程系數(shù)的調(diào)整。

6 結(jié)論

(1)西安城市內(nèi)澇點空間分布較為均勻；內(nèi)澇點發(fā)生內(nèi)澇頻率最高為41%，最低為18%；7—8月為城市內(nèi)澇發(fā)生高峰期，占年內(nèi)澇總次數(shù)的70%；07:00—08:00、15:00—16:00為城市內(nèi)澇發(fā)生的兩個明顯的高峰時段。

(2)內(nèi)澇按積水深度劃分為微風(fēng)險、低風(fēng)險、中風(fēng)險、高風(fēng)險四個等級，其中中風(fēng)險等級為內(nèi)澇發(fā)生的主要等級，占總內(nèi)澇次數(shù)的45%。

(3) 短時強降水是造成的城市積澇的主要原因，1 h和3 h降水量與積水深度具有很高的相關(guān)性，是積水深度的重要影響因素。

[1] 吳亞玲，李輝．深圳城市內(nèi)澇成因分析[J]．廣東氣象，2011,33(5)：39-41.

[2] 李茵茵，張維，溫晶，等．2009年3月28日廣州大暴雨的物理過程分析[J]．廣東氣象，2011,33(4)：7-10.

[3] 魯淵平，杜繼穩(wěn)．氣候變化與城市發(fā)展對城市氣象災(zāi)害的影響及對策[J]．災(zāi)害學(xué)，2008，23(S0)：7-10.

[4] 郭雪梅，任國玉，郭玉喜，等．我國城市內(nèi)澇災(zāi)害的影響因子及氣象服務(wù)對策[J]．災(zāi)害學(xué)，2008,23(2)：46-49.

[5] 薛春芳,王建鵬,薛榮,等．基于GIS的西安城市強降水內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)[J]．陜西氣象，2008,(3)：6-9.

[6] 莊紅波，高瑞泉，饒華炎．城市內(nèi)澇監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究[J]．氣象科技，2013,41(2)：378-383.

[7] 王建鵬，薛春芳，解以揚，等．基于內(nèi)澇模型的西安市區(qū)強降水內(nèi)澇成因分析[J]．氣象科技，2008,36(6)：772-775.

[8] 李苗，逯張禹，胡志新．面雨量在城市內(nèi)澇預(yù)報中的應(yīng)用試驗[J]．氣象與環(huán)境科學(xué)，2011,34(4)：19-25.

高維英，李明，李菁.西安城市內(nèi)澇分布特征及其與降雨量的關(guān)系[J].陜西氣象，2014(2)：17-20.

1006-4354(2014)02-0017-04

2013-01-25

高維英(1972—)，女，陜西長安人，漢族，高工，從事氣象論文編輯及天氣預(yù)報研究。

陜西省氣象局預(yù)報員專項項目(2013Y-17)

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