城市暴雨径流变化成因分析及有关问题探讨

方家波

摘 要：近几年，我国城市建设迅猛发展，这在推动国民经济发展的同时，城市化也使城市天然水文、水力特性发生变化，埋下了洪灾隐患。笔者从城区面积、热岛效应、排水系统三方面着手，分析了城市暴雨径流变化的原因，并提出加强城市暴雨洪水监测的有效对策，旨在降低洪灾发生风险，为城市居民生命安全提供保障。

关键词：城市暴雨；径流变化；成因；预测预警

一、城市暴雨径流变化成因分析

随着城市化进程的不断推进，城市水文情势发生较大变化，给当地暴雨径流形成条件造成较大影响：城市污水显著增多，径流量及流速均增大，促使洪峰流量增大，增加了洪水发生风险。其中，导致城市暴雨径流变化的原因有：

1.城区面积不断延伸，增加不透水面积

据调查，新中国成立初期，北京城区面积约为18km2，发展至今城区面积已经扩大至490km2左右。城区面积不断扩大后，大部分流域被屋顶、街道等不透水表面覆盖。而不透水区域下渗几乎为零，这在一定程度上减少了洼地蓄水，导致径流量、产流速度增加。

2.城市化形成热岛效应，增加暴雨极端事件

城市化进程虽然推动了我国国民经济的发展，但其改变了城市上空气候条件，许多城市形成了热岛效应，导致城市降雨特性特别是突发性暴雨特性发生较大变化，提高了局部强降雨的发生率。

3.城市排水系统逐步健全，增加回流水力效率

为了保证降雨后公共设施能尽快恢复正常功能，各大城市积极建设雨水管道网，地下排水管道数量不断增加，这显著增加了城市雨水排泄量，促使径流量、洪峰流量增加。因河道流速增大，悬浮固体及污染物输送量会随之增加，同时其也会使河床冲刷加剧，加大了河道洪水强度。

二、加强城市暴雨洪水监测的有效对策

1.布设城市水文监测站网

站网布设、城市产汇流模拟是城市水文建设的重要内容，布设城市水文站网首先需要系统分析雨量站布设密度问题。其中，市政基础设施参数中高程设计允许误差直接决定了雨量站布设密度。各雨量站代表性区域面积=单元面积雨量计算允许误差×总集水面积/高程设计允许误差。流量站密度应该根据区域内水流方向及流量进行设置。同时积极应用ADCP等先进自动测量装置，达到无线遥测的效果。

2.加强城市暴雨洪水监测

监测暴雨最常用的方法有天气雷达遥感估测法、气象卫星遥感估算法、地面雨量仪器直接测量法。雨量站观测数据可以将该地区所在降雨过程直接反映出来，然而该方法不能反应降雨空间变异性。雷达测雨数据克服了这一缺点，能将降雨分布情况反映出来，然而其精度较低。因此，应该结合两种测雨数据，创建数据融合模型，就能获得高精度的降雨信息。此外，还可利用气象卫星资料预测24小时内降雨情况，延长洪水预报的预见期。

3.落实城市暴雨洪水预测

关于城市暴雨洪水的预测主要包括两方面的内容：城市流域暴雨径流预报、城市地下空间洪水预报。城市化进程使得天然下垫面水文特性、水力特性发生较大变化，如果单纯采用降雨径流预报不能真实反应城市洪水情况。因此，首先需要分析城市洪灾的孕灾环境，确定城市下垫面的特征，根据现场试验结果及数值模拟结果掌握城市化下垫面变化规律，创建城市地理信息系统后，再采用分布式水文模拟法创建城市暴雨洪水预报模型。计算城市流域暴雨洪水的模型主要有以下几类：（1）只给出洪峰流量，比如合理化公式；（2）给出洪峰流量、洪水过程线，比如芝加哥方法；（3）多用途模型，比如SWMM。我国大部分城市均设置的是合流制排水管网，所以可在已有成果上，联合使用理论分析法、室内试验法、数值计算法等，对管网明满流过渡机理及数值模拟、非恒定流水力特性等进行研究。此外，在构建分布式暴雨洪水预报模型后，还需要结合城市防洪规划及汛期实时调度需求，有针对性创建城市地下空间洪水预报模型。

4.及时发布警戒或预告

城市暴雨洪水具有突发性强、历时短的特点，所以在短时间内难以根据降雨将径流及洪水过程预报出来。为了减少洪水造成的损失，许多国家大都采用一般化警报措施。一旦预测到某地区有强降雨天气条件时，就立刻通过电视、广播等媒体向民众发布预告，让该地区的居民做好准备。如果收到会形成洪水的降雨通知，那么就需要立刻发布警报，提醒该地区居民做好防洪措施。若降水过大淹没道路的堤道时，交通部门需要启动灯光警报信号。

三、结语

总而言之，城市化的发展必定会加剧城市暴雨径流变化。为了最大限度减少城市洪水造成的损失，应该加强城市水文建设，针对城市暴雨洪水的特点，创建城市洪水预报模型，落实城市洪水风险预测工作，有针对性制定洪水管理方案。

参考文献：

[1]安志鹏.城市暴雨径流控制与河道排蓄优化调控方法的研究[D].天津大学，2014.

[2]张千千.重庆市渝北区暴雨径流污染特征及河流水质动态研究[D].中国科学院大学， 2013.

[3]田英.平原城市暴雨积水问题的改进措施探讨[J].水务世界， 2013，（1）：51-54.

[4]马燕婷.上海城市径流控制与雨洪管理的对策研究[D].华东师范大学， 2014.