郑州大学校园积水原因和降水特征分析★

赵佳慧 王 晨 郭孟津 黄景媛 胡晓涵 陶 洁

(郑州大学水利科学与工程学院 水利与环境国家级实验教学示范中心，河南 郑州 450001)

随着全球气候变暖和人类活动的影响，区域降雨特性发生改变，极端天气事件增加；与此同时，随着经济的不断发展，城市的现代化进程越来越快，大量人口向城市迁移，城市区域用地面积急剧增加，地面硬化程度大幅度增加，对径流形成过程造成了很大影响[1]。当发生强降雨时，不透水面积的增加导致入渗量下降，产生的大量地表径流不能及时疏通排放带来严重的内涝积水问题。据不完全统计，自2006年开始郑州市平均每年遭遇严重暴雨内涝灾害(降雨量大于100 mm)次数为15次，平均每年的暴雨内涝灾害损失超过2亿元[2]。一方面城市积水过多不仅阻碍城市交通正常运行，影响居民正常的生产、生活，甚至危害到居民的生命和财产安全，而且制约城市绿色健康发展；另一方面，高校作为城市中重要的大型生活居住区，不可避免受到内涝影响，造成车辆行驶困难，妨碍师生行走及正常上课，所以校园积水问题应当引起重视。此次研究选取郑州大学新校区柳园作为研究区域，针对校园积水问题展开深入调查和分析研究，通过搜集相关降雨资料进行降雨特征分析以及制定合理化的监测方案分析形成内涝的原因，并在此基础上提出部分合理化建议，为学校建设发展提供参考。

1 研究区域概况

郑州大学新校区位于郑州市高新技术开发区西北部，距郑洛高速公路西入口1.5 km，南临科学大道，北临莲花街，东临石楠路，西四环穿区而过。整个新校区由长椿路划分为东西两个地块。西侧地块南北长约2 100 m，东西宽约1 100 m；东侧地块南北长约600 m，东西长约840 m。主要包括教学区、办公区、生活区、体育活动区、绿地、道路等，总面积284.4 hm2，其中绿地总面积113.4 hm2，绿地率约为40%[2]。郑州市属暖温带—北亚热带过渡型大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明、雨热同期、干冷同季。随着四季的明显交替，依次呈现为春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雨的特点。一年四季降水量变化比较大，汛期降水集中，汛期四个月的降水占全年64.0%～66.6%。同时，夏季天气多变，出现强降水特别是局地性强降水的概率很大。

郑州大学新校区柳园生活园区为研究区域(见图1)，其中主要积水区为泊月路段、厚德大道柳园路段及泊月路和厚德大道的十字交叉口，这些区域积水问题十分突出，几乎逢大雨必涝，一定程度影响了校内交通及学生正常生活。

2 积水成因分析

2.1 气候原因

1)全球变暖。在全球气候变暖背景下，极端气候频发，导致气象灾害频发，局部地区雨情、汛情、旱情、灾情超过历史记录，因灾直接经济损失达2 363亿元，甚至于2020年6月2日，中国气象局启动重大气象灾害(暴雨)四级应急响应。郑州雨热同期，时有内涝发生。在夏季突发暴雨时，郑州大学新校区校园极易产生积水，甚至形成雨季校园“看海”的情况。

2)热岛效应。郑州大学新校区位于高新技术开发区西北部，该地区近年来经济发展迅速，城市化进程不断加快，硬化地面面积占比不断加大，城市绿地面积占比降低。此外，由于高层建筑物的增加，导致热量散失受阻，空气循环不畅，形成了城市热岛效应，对区域小气候产生了一定的影响。城区空气中凝结核充足，有利于城市局部暴雨形成。在雨季，城市重力式的排水方式根本不能完成正常排水需求，城市基础设施建设与城市发展的速度不相匹配，易引发城市内涝和积水问题。

2.2 区域建设规划

1)下垫面硬化率高。郑州大学新校区柳园宿舍园区，道路大多以柏油路、水泥路为主，透水路面面积小，极大地改变了天然情况的下垫面条件，导致雨水下渗受阻，产汇流时间缩短，洪峰形成时间缩短以及排雨量增大，加剧了排水管道工作压力，更容易产生内涝积水问题。

2)雨水管网设计标准低。郑州大学新校区初建于2000年，随着气候条件的改变、校园规划面积的增大和基础设施的完善，地面不透水率有了很大的变化，早期的排水系统规划标准低、管径小，无法满足现在的需求。

3)排水口数量少且经常淤积堵塞。路面排水能力与排水口的数量有很大关系，本研究区域的道路排水口的数量不足，且排水口直接暴露于路面，容易被落叶等一些垃圾堵塞，如厚德大道与泊月路交汇处就存在此种情况，导致排水严重不畅，形成下雨必积水的情况。

4)路面低洼不平，地势高低不平。研究区域主干道由于车辆和人的长期通行以及道路旁植物根系生长的影响，造成了路面不平整，使雨水集中在低洼处，部分路段的少量雨水满溢过雨水口，最终聚集在地势相对较低的区域。研究区主要积水路段为厚德大道与泊月路交汇处、4号宿舍楼东南侧道路以及其他路面低洼不平路段。道路旁的花坛草地地势高于路面，虽有路肩石减少行车道雨水渗透，但由于部分草地植被稀疏，无法拦蓄多余雨水，导致雨水沿坡流向道路，形成积水。

3 降水特征分析

研究区位于郑州市西边的高新技术开发区，选取贾鲁河中牟站1997年—2008年降水数据进行降水时间特征分析。贾鲁河发源于新密市白寨乡,向东北流经郑州市,至市区北郊折向东流,经中牟,入开封,过尉氏县、扶沟县、西华县,后至周口市入沙颍河,最终注入淮河,属于淮河的二级支流[3]。中牟县位于东经113.98°，北纬34.72°，属典型的中纬度暖温带大陆性季风气候，气候温和，四季分明，雨热同期。

3.1 降水量年际变化特征

郑州大学新校区1997年—2008年共12年来降水量变化如图2所示，多年平均年降水量为585.4 mm，降雨量最大值和最小值分别是915.3 mm(2003年)和317.3 mm(1997年)。12年中降水量低于平均值有7年,在-45.8%～-4.9%之间,降水量高于平均值有5年在24.8%～56.3%之间，说明郑州大学新校区多年平均降雨量降水差异较大，时空分布不均，存在明显的丰水年和枯水年[4]。

3.2 降水量年内变化特征

月平均降水量如图3所示，降水年内分配不均匀，随季节变化起伏较大，降水量在1月～5月呈现为持续增长趋势，6月略有下降，6月～7月降水量的增长十分明显，自7月开始，降水量逐月下降。月平均降水量的最大值和最小值分别为147.17 mm(7月，占全年的25.67%)和7.62 mm(1月，占全年的1.33%)。

各季节平均降水量分布如表1所示，可以看出研究区域的降水量随季节变化大，季度平均降水量最大值和最小值分别为312.77 mm(夏季)和26.05 mm(冬季)，全年降水主要集中在夏季，降水量占全年的半数以上，春季降水量略多于秋季，冬季最少。春、夏、秋、冬四季降水量占全年降水量的百分比分别为21.59%，54.56%，19.31%，4.54%[5]。

表1 1997年—2008年四季平均降水量

图4是1997年—2008年十年间日降水量大于50 mm的暴雨发生次数统计，结果表明，研究区域的暴雨主要集中在7月、8月份，7月、8月份的暴雨次数占10年的76.2%。总体来说，研究区域的降水主要集中在春夏秋三季，夏季最多，降水量占到全年的半数以上，暴雨主要发生在7月、8月份[6]。

4 解决方案研究

1)减少地表径流。郑州大学新校区柳园地面平坦、硬化程度高、透水性较差，地面径流大。当发生较大降雨时，下渗量和截留量较小，容易产生较大的路面径流，给排水管道造成较大的压力，积水不能及时排出。为此，可以增大园区的绿化面积，增加下渗量和截留量。在地表适当增加排水井口，促进地表积水顺利排出，减少积水和径流。

2)增大地面下渗能力。研究园区地面多以水泥、沥青、不透水砖构成，地面硬化程度高，下渗量极小。我们建议，对于宿舍楼之间空地可采用透水砖重新铺装，或者也可采用透水性较好的地面材料，以增大地面下渗能力，补充地下水并能削减一定量的峰值流量。

3)合理布设绿化。宿舍周围的绿色植被不仅可以美化环境、隔声降噪、净化空气、愉悦身心，在降雨过程中还能起到截留蓄洪的作用。因此在宿舍周围应该增大绿地花坛面积，合理规划，组合种植各类植被。此外还可以布置低势绿地和植草沟，增大填洼率，分担排水系统的部分输送雨水径流的压力[7]。