程遙 紀(jì)彭

摘要：隨著中國(guó)城市化進(jìn)程加快，城市區(qū)域下墊面的變化引起降水產(chǎn)匯流變化，給城市防洪帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。研究了2019年4月11日深圳市羅湖區(qū)和福田區(qū)出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降雨引發(fā)的洪水，分析了城市化下墊面硬化和匯流管網(wǎng)化對(duì)洪峰出現(xiàn)時(shí)間的影響。結(jié)果表明：與天然徑流過(guò)程相比，此次暴雨引發(fā)洪水的漲水歷時(shí)、峰現(xiàn)時(shí)間均縮短了40 min，退水歷時(shí)縮短了45 min。研究成果可供城市防洪工程參考。

關(guān)鍵詞：暴雨洪水; 匯流特性; 峰現(xiàn)時(shí)間; 城市化; 下墊面; 深圳市

中圖法分類號(hào)：TV122.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.05.001

文章編號(hào)：1006 - 0081（2022）05 - 0008 - 04

0 引 言

中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，形成了城市“熱島效應(yīng)”和城市高樓“雨島效應(yīng)”，造成城市短時(shí)極端性災(zāi)害天氣頻發(fā)，主要表現(xiàn)為強(qiáng)降雨來(lái)得急、強(qiáng)度大。而城市區(qū)域下墊面的變化，如地面硬化和大量管網(wǎng)布設(shè)又引起了產(chǎn)匯流的變化[1-2]。在相同降雨條件下，產(chǎn)流量變大，匯流速度加快。因此，造成城市排洪管網(wǎng)和河道漫溢，易引發(fā)城市內(nèi)澇和其他次生災(zāi)害。本文以深圳市2019年4月11日的短時(shí)極端強(qiáng)降雨（簡(jiǎn)稱“4·11”暴雨）為例，對(duì)在城市化下墊面條件下的匯流特性進(jìn)行分析，為城市防洪的“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”四預(yù)工作提供技術(shù)支撐。

1 “4·11”暴雨情況

2019年4月11 日21：30～22：00，受強(qiáng)對(duì)流天氣影響，深圳市出現(xiàn)了暴雨、局地大暴雨。全市最大10 min雨量39.7 mm，最大0.5 h雨量73.4 mm，最大1 h累積雨量80.6 mm。瞬時(shí)強(qiáng)降雨導(dǎo)致部分街道積水成河，并引發(fā)了羅湖區(qū)筆架山河和福田區(qū)鳳塘河局地洪水，造成11名河道施工人員被突發(fā)的洪水沖走溺亡。事故的主要原因是突發(fā)短時(shí)強(qiáng)降雨和城市化下墊面硬化及管網(wǎng)匯流形成極快的河道洪水，造成預(yù)警時(shí)間短，人員轉(zhuǎn)移不及時(shí)。

2 技術(shù)路線

“4·11”暴雨洪災(zāi)造成人員傷亡的筆架山河和鳳塘河，均未設(shè)置水文測(cè)站。筆架山河和鳳塘河以及位于二者之間的新洲河均發(fā)源于塘朗山南坡，同位于城市核心區(qū)，流域內(nèi)城市化水平較高，流域下墊面特性比較一致。因此，為了便于分析此次暴雨并使結(jié)果更具可比性，選擇新洲河作為分析對(duì)象（圖1）。在此次暴雨中，新洲河流域也位于暴雨中心區(qū)域。從流域特性和此次暴雨特性來(lái)看，具有較高的相似性。新洲河中游設(shè)有景田水位站，收集有完整的降雨和水位資料，上游的梅林水庫(kù)站收集有完整的降水資料，具備分析的基本條件。

本次分析以景田水位站作為分析斷面。上述3個(gè)流域中，雖然新洲河流域面積最大，但景田站的控制流域面積與筆架山河和鳳塘河面積相近（見(jiàn)表1），分析結(jié)果更具可比性。降雨數(shù)據(jù)采用梅林水庫(kù)站與景田站的實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)（面雨量采用兩站平均值），實(shí)測(cè)水位采用景田站實(shí)測(cè)水位數(shù)據(jù)。

以《廣東省暴雨徑流查算手冊(cè)（1996年）》中的洪水計(jì)算方法為基礎(chǔ)，計(jì)算城市化以前新洲河流域的降雨及產(chǎn)匯流過(guò)程。通過(guò)與實(shí)測(cè)水位變化過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，估算流域洪峰出現(xiàn)時(shí)間的變化情況[3]。

[龍][頸][溪][三][道][渠][河][塘][鳳][香][茅][水][溪][塘][蓮][新][洲][河][景田水位站][河][田][皇][崗][河][河][圳][河][福][筆][架][山]

3 新洲河流域及景田站特性

新洲河集水面積21.51 km2，流域河長(zhǎng)9.66 km，流域平均比降約為7.99‰。新洲河景田水位站為新洲河中游段的控制站，該站位于深圳市北京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院門診部西側(cè)500 m（景田小區(qū)左側(cè)），控制面積11.10 km2。測(cè)驗(yàn)斷面低水水面寬9 m，河道為梯形明渠硬化河床，河道底坡平緩，斷面穩(wěn)定。景田水位站設(shè)立于2006年，有水位、流量、懸移質(zhì)含沙量、降水等測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目，已經(jīng)連續(xù)收集了10余年的資料。通過(guò)多年的流量測(cè)驗(yàn)證實(shí)，該斷面的水位流量關(guān)系為單一線關(guān)系，即最高水位與最大流量出現(xiàn)時(shí)間同步。建站以來(lái)最高水位9.39 m和最大流量56.2 m3/s均發(fā)生在2007年6月10日。

“4·11”暴雨期間，上游梅林水庫(kù)正在進(jìn)行大壩加固工程，水庫(kù)沒(méi)有蓄水，本次分析不考慮上游梅林水庫(kù)影響。

4 雨型分析

根據(jù)梅林水庫(kù)站與景田站實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)分析，兩站降雨過(guò)程基本一致，降雨起始時(shí)間均為4月11日21：30，最大降雨量出現(xiàn)在21：50，22：00后降雨趨于結(jié)束（表2）。各時(shí)段降雨量和最大10 min降雨量見(jiàn)表2，3和圖2。

5 實(shí)測(cè)水位過(guò)程情況

根據(jù)景田水位站實(shí)測(cè)水位過(guò)程線分析，降雨初期水位為6.38 m，于21：44開(kāi)始漲水，22：00達(dá)到最高水位8.80 m，漲水歷時(shí)共15 min，漲幅2.42 m。通過(guò)該站水位流量關(guān)系曲線推算，洪峰水位對(duì)應(yīng)的洪峰流量為49.2 m3/s，于23：50回落至暴雨初期時(shí)水位，退水歷時(shí)共1 h 50 min（圖3）。從開(kāi)始降雨到開(kāi)始漲水，時(shí)間間隔為14 min，從最大降雨到最高水位出現(xiàn)時(shí)間間隔為10 min。

6 天然條件下洪水還原計(jì)算

本次計(jì)算基于新洲河景田站控制流域?qū)崪y(cè)降雨，采用《廣東省暴雨徑流查算手冊(cè)（1996年）》綜合單位線法推求流域天然洪水。

以各時(shí)段凈雨量乘以計(jì)算單位線，得出該時(shí)段凈雨產(chǎn)生的地表徑流過(guò)程，最后將同一時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的各時(shí)段凈雨產(chǎn)生的地表徑流量累加，可得時(shí)刻t的徑流量。

經(jīng)分析計(jì)算可得：洪峰流量為49.15 m3/s，洪峰出現(xiàn)時(shí)間約為22：30，漲水歷時(shí)55 min，退水歷時(shí)2 h 35 min，總洪水歷時(shí)約3.5 h。從開(kāi)始降雨到開(kāi)始漲水時(shí)間間隔為15 min，從最大降雨到最高水位出現(xiàn)時(shí)間間隔為50 min（見(jiàn)圖4）。

7 對(duì)比分析

根據(jù)以上分析，假設(shè)綜合單位線法推算成果代表2003年以前流域下墊面水平，則成果基本可代表天然流域產(chǎn)匯流情況。由對(duì)比可推算出：由于城市建設(shè)，下墊面硬化及坡面匯流管網(wǎng)化，漲水歷時(shí)從55 min縮短至15 min，峰現(xiàn)時(shí)間縮短了40 min，退水歷時(shí)從2 h 35 min縮短至1 h 50 min，縮短了45 min（見(jiàn)圖5和表3）。通過(guò)對(duì)景田站的分析可知，雖然這次暴雨洪水量級(jí)不大，但具有突發(fā)性強(qiáng)和短歷時(shí)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，這是造成人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失的主要原因之一。

8 結(jié) 語(yǔ)

在城市化進(jìn)程中，大面積的地面硬化和密集的排水管網(wǎng)，顯著改變了流域下墊面的特性，使產(chǎn)匯流時(shí)間縮短，徑流量更加集中，洪峰峰型更加尖削，增大了洪峰流量。加之城市熱島效應(yīng)引起的短時(shí)極端性暴雨頻發(fā)，使城市河流的洪水發(fā)生頻率增大，洪水對(duì)城市的危害更嚴(yán)重，城市防洪壓力更大。因此，需要從匯流源頭采取水源含蓄措施，如增加滲水林（草）地建設(shè)和城市濕地公園建設(shè)、在小區(qū)開(kāi)展生物滯留系統(tǒng)建設(shè)等，使雨水徑流遲滯，延長(zhǎng)匯流時(shí)間，降低洪峰水位和洪峰流量。

本文分析主要針對(duì)洪峰出現(xiàn)時(shí)間的變化，后續(xù)研究需要結(jié)合前期土壤含水量等因素，得到更為精確的計(jì)算成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 武晟，汪志榮，張建豐，等.不同下墊面徑流系數(shù)與雨強(qiáng)及歷時(shí)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，11（5）：55-59.

[2] 賀寶根，陳春根，周乃晟.城市化地區(qū)徑流系數(shù)及其應(yīng)用[J].上海環(huán)境科學(xué)，2003，22（7）：472-475，516.

[3] SL 278-2020 水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范[S].

（編輯：李 慧）

Analysis of "4·11" storm flood in Shenzhen City

CHENG Yao，JI Peng

（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources

Commission， Wuhan 430010， China）

Abstract： With the acceleration of China's urbanization， the changes in the underlying surface in urban areas have led to confluence variation， which have resulted in? problems of urban flood control. Based on a case study of storm flood caused by a short-period heavy rainfall in Luohu and Futian districts， Shenzhen City， on April 11th， 2019， the influence of underlying surface induration due to urbanization and convergence pipe network on flood peak time was analyzed. The results showed that compared with the natural runoff process， the flood duration and the peak time were both shortened by 40 minutes， and the flood receding time was shortened by 45 minutes， which could be used as a reference for urban flood control projects.

Key words： storm flood; confluence characteristics; flood peak time; urbanization; underlying surface; Shenzhen City

收稿日期：2021-07-08

作者簡(jiǎn)介：程 遙，男，工程師，主要從事水文勘測(cè)及水文計(jì)算方面的工作。E-mail：470225835@qq.com