史洪飛 哈建強(qiáng)

(河北省滄州水文勘測(cè)研究中心，河北 滄州 061000)

1 概 述

近年來(lái)，由于全球氣候變暖產(chǎn)生了一系列極端天氣，暴雨就是其中一種。同時(shí)，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市暴雨特性分析對(duì)于研究城市防洪有著十分重要的意義。滄州市地處河北省東部，東臨渤海，是河北省3個(gè)沿海城市之一，汛期降雨量較多，尤其是7月下旬至8月上旬多極端暴雨天氣[1-2]。2021年7月下旬，受高空冷空氣和副熱帶高壓外圍暖濕氣流的共同影響，滄州市(含各縣市)出現(xiàn)暴雨天氣，這次暴雨過(guò)程是2021年最大暴雨過(guò)程。這場(chǎng)暴雨時(shí)空分布不均，暴雨過(guò)程對(duì)河道過(guò)水、平原洼淀蓄水、地下水位、城市積水均產(chǎn)生了一定的影響，對(duì)其進(jìn)行定量分析對(duì)于研究城市防洪除澇減災(zāi)有重要意義。

2 暴雨空間分布情況分析

2021年汛期以來(lái)(2021年6月1日8時(shí)至7月29日8時(shí))，即該次暴雨過(guò)程產(chǎn)生之前，滄州市全域平均降雨量為272.1mm，較多年同期(1956—2005年系列)偏多19%。2021年7月29—30日(本文所述統(tǒng)計(jì)時(shí)段為7月29日8時(shí)至30日8時(shí))，滄州市全境出現(xiàn)暴雨天氣，局部為大暴雨，全市平均降雨量為90.6mm，主城區(qū)運(yùn)河區(qū)平均降雨量117.9mm，主城區(qū)新華區(qū)平均降雨量112.2mm。

根據(jù)滄州水文中心站網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，滄州市共建設(shè)180處雨情站，本次暴雨(降雨總量用P表示)過(guò)程中24h降雨總量達(dá)到大暴雨量級(jí)(即100mm≤P<250mm)的雨情站有74個(gè)，占全市雨情站總量的41%；24h降雨總量達(dá)到暴雨量級(jí)(即50mm≤P<100mm)的雨情站有74個(gè)，占全市雨情站總量的41%；24h降雨總量達(dá)到大雨量級(jí)(即25mm≤P<50mm)的雨情站有17個(gè)，占全市雨情站總量的10%；24h降雨總量達(dá)到中雨量級(jí)(即10mm≤P<25mm)的雨情站有15個(gè)，占全市雨情站總量的8%。

此次暴雨過(guò)程覆蓋了包括各縣(市、區(qū))在內(nèi)的滄州市整個(gè)區(qū)域，采用泰森多邊形算法計(jì)算各縣(市、區(qū))平均降雨量，泊頭市平均降雨量最大，為128.5mm。除泊頭市之外，平均降雨量大于100mm的縣(市、區(qū))有吳橋縣119.1mm、運(yùn)河區(qū)117.9mm、青縣113.4mm、滄縣113.2mm、新華區(qū)112.2mm、東光縣103.3mm。各縣(市、區(qū))平均降雨量和相應(yīng)最大雨量值見(jiàn)表1。

表1 暴雨過(guò)程各縣(市、區(qū))平均降雨量 單位：mm

本次暴雨過(guò)程根據(jù)不同降雨量級(jí)統(tǒng)計(jì)暴雨籠罩面積，大暴雨量級(jí)(即100mm≤P<250mm)降雨落區(qū)總籠罩面積為5520km2，占滄州市(含各縣市，下同)總面積的40%；暴雨量級(jí)(即50mm≤P<100mm)降雨落區(qū)總籠罩面積為5946km2，占滄州市總面積的42%；大雨量級(jí)(即25mm≤P<50mm)降雨落區(qū)總籠罩面積為1389km2，占滄州市總面積的10%；中雨量級(jí)(即10mm≤P<25m)降雨落區(qū)總籠罩面積為946km2，占滄州市總面積的7%；小雨量級(jí)(即P<10mm)降雨落區(qū)總籠罩面積為169km2，占滄州市總面積的1%。暴雨籠罩面積分量級(jí)情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，暴雨降雨量分布見(jiàn)圖1。

表2 暴雨籠罩面積分量級(jí)情況統(tǒng)計(jì) 單位：km2

圖1 (2021年最大暴雨過(guò)程)降雨量分布

3 暴雨時(shí)程分布情況分析

從時(shí)程分布總體情況分析該次暴雨過(guò)程，暴雨的主要降水時(shí)段為29日8時(shí)至22時(shí)，此期間的降雨量占該次暴雨總降雨量的84%。

從各雨情站單站分析，泊頭市尹店雨情站24h降雨量最大，24h降雨量達(dá)到197.0mm；其次是滄縣齊家務(wù)雨情站，24h降雨量為166.4mm。該次暴雨中最大1h降雨量發(fā)生在泊頭市尹店雨情站，降雨時(shí)段為7月29日11時(shí)至12時(shí)，1h降雨量為39.4mm；最大3h降雨量出現(xiàn)在泊頭市尹店雨情站，降雨時(shí)段為7月29日10時(shí)至13時(shí)，3h降雨量為96.2mm；最大6h降雨量也出現(xiàn)在泊頭市尹店雨情站，降雨時(shí)段為7月29日8時(shí)至14時(shí)，6h降雨量為139.2mm。部分站點(diǎn)主要降雨時(shí)段降雨量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3，降雨(主要時(shí)段)平均時(shí)段降雨量見(jiàn)圖2。

表3 部分站點(diǎn)主要降雨時(shí)段降雨量統(tǒng)計(jì)

圖2 降雨(主要時(shí)段)平均時(shí)段降雨量

4 平原洼淀蓄水影響分析

滄州市的平原洼淀大浪淀水庫(kù)為滄州市重要水源地，分析其蓄水變量尤為重要[3]。本次暴雨之前，即7月29日8時(shí)，大浪淀水庫(kù)水位為10.16m，蓄水量為0.621億m3。本次暴雨末期，即7月30日8時(shí)，大浪淀水庫(kù)水位為10.22m，蓄水量為0.630億m3(按照實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，水庫(kù)平均入庫(kù)水量與平均出庫(kù)水量相當(dāng)，蓄水變化量全部來(lái)自降雨)[4]。本次暴雨末期，由于大浪淀水庫(kù)庫(kù)面承接降雨，水位升高0.06m，水庫(kù)蓄水量增加0.009億m3，以上數(shù)據(jù)說(shuō)明本次暴雨過(guò)程在增加平原水庫(kù)蓄水量方面起了重要作用[5]。

5 淺層地下水的影響分析

針對(duì)該次暴雨過(guò)程，本文選取了滄州市城區(qū)、泊頭市、滄縣、青縣等具有代表性的淺層地下水井，從暴雨發(fā)生初始時(shí)的7月29日8時(shí)開(kāi)始，對(duì)這些淺層地下水井進(jìn)行對(duì)比分析。

泊頭市城區(qū)站7月29日8時(shí)地下水埋深為6.92m，8月1日8時(shí)地下水埋深為6.62m,相當(dāng)于水位抬升0.30m；滄縣望海寺站7月29日8時(shí)地下水埋深為1.77m，8月1日8時(shí)地下水埋深為1.50m,相當(dāng)于水位抬升0.27m；青縣流河站7月29日8時(shí)地下水埋深為2.61m，8月1日8時(shí)地下水埋深為2.29m,相當(dāng)于水位抬升0.32m；市區(qū)運(yùn)河區(qū)大圈站7月29日8時(shí)地下水埋深為4.49m，8月1日8時(shí)地下水埋深為4.23m,相當(dāng)于水位抬升0.26m。相關(guān)縣(市、區(qū))代表性淺層地下水站埋深變化見(jiàn)圖3。

圖3 典型站地下水埋深變化過(guò)程線

該次暴雨過(guò)程對(duì)整個(gè)滄州市境內(nèi)的淺層地下水位影響較大，滄州市各縣(市、區(qū))(含主城區(qū))除小部分區(qū)域埋深小幅增大外，其余各區(qū)域淺層地下水均得到了抬升，說(shuō)明暴雨產(chǎn)生的徑流對(duì)于修復(fù)地下水生態(tài)以及補(bǔ)給淺層地下水資源發(fā)揮了重要作用。

6 主城區(qū)積水影響分析

該次年最大暴雨期間，滄州市主城區(qū)(運(yùn)河區(qū)、新華區(qū))一些路段出現(xiàn)不同程度的內(nèi)澇積水，且各路段積水深度有較大差別。據(jù)滄州水文中心設(shè)立的城市水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)信息，水月寺大街水月寺小學(xué)路段、解放西路署西街口路段、解放東路清真寺路段以及維明路市醫(yī)院路段等積水較為嚴(yán)重。滄州市主城區(qū)降雨時(shí)間較早，于29日8時(shí)開(kāi)始但是雨強(qiáng)不大，隨著降雨時(shí)間延長(zhǎng)，城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)能力有限，低洼路段9時(shí)30分開(kāi)始產(chǎn)生積水。站網(wǎng)信息系統(tǒng)顯示路段積水深度最大值分別為：水月寺大街水月寺小學(xué)路段11.6cm，解放西路署西街口路段40.0cm，解放東路清真寺路段53.8cm，維明路市醫(yī)院路段41.2cm。降雨強(qiáng)度在30日3時(shí)后顯著減小，各路段積水逐漸消退，經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)的排水，截至30日7時(shí)，各路段大部分已無(wú)積水，交通基本恢復(fù)通行；至30日下午13時(shí)左右，所有積水消退完畢，見(jiàn)圖4。

圖4 滄州市主城區(qū)路段積水過(guò)程線

7 優(yōu)化措施

滄州市2021年最大暴雨過(guò)程，明顯抬升了滄州大部分區(qū)域的地下水位，一定程度地增加了平原洼淀蓄水量，存儲(chǔ)了寶貴的雨水資源，為研究相似類型、量級(jí)、特點(diǎn)的降雨過(guò)程提供了數(shù)據(jù)依據(jù)和重要例證[6]。與此同時(shí)，該次暴雨過(guò)程帶來(lái)的較重的城市內(nèi)澇給滄州市主城區(qū)帶來(lái)了一定的影響，使得群眾出行受限。為更好地實(shí)現(xiàn)雨洪資源化，提出如下優(yōu)化措施。

7.1 進(jìn)行城市內(nèi)澇治理專項(xiàng)研究

大力開(kāi)展城市內(nèi)澇專項(xiàng)治理工作，推進(jìn)城市水文工作向縱深開(kāi)展。城市水文工作是以研究城市積水為基礎(chǔ)，分析積水深度、消退時(shí)間，結(jié)合天氣預(yù)報(bào)信息、實(shí)際降雨信息、雨中水質(zhì)和雨后水質(zhì)分析以及市政管網(wǎng)等信息，提出內(nèi)澇信息，為相關(guān)部門預(yù)警提供數(shù)據(jù)依據(jù)[7]。在易積水路段建立自動(dòng)水深傳感裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，建立城市水文數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)共享城市水文各種信息，并利用短信平臺(tái)向人民群眾推送積水信息[8]；同時(shí)，要根據(jù)歷次降雨積水資料，動(dòng)態(tài)結(jié)合排水管網(wǎng)信息，建立適合滄州城市特色的數(shù)值模型，做到快速模擬。

7.2 加強(qiáng)非常規(guī)水資源利用的力度

雨洪資源是非常規(guī)水資源，是水資源的一部分，是常規(guī)水資源的有利補(bǔ)充。應(yīng)制定相應(yīng)政策，加強(qiáng)非常規(guī)水資源利用的力度，在滄州市資源型缺水的背景下，既變害為利又節(jié)約了水資源，更節(jié)約了跨流域調(diào)水的資金，政府可把節(jié)約下來(lái)的資金應(yīng)用到其他民生領(lǐng)域，進(jìn)一步惠及民生[9]。

7.3 提升城市管網(wǎng)排水能力

城市管網(wǎng)排水能力的大小是治理城市內(nèi)澇的重要因素。隨著城市化進(jìn)程的加快，城區(qū)面積不斷擴(kuò)大、城市居民小區(qū)不斷增加，原有的城市排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足現(xiàn)在的實(shí)際排水能力[10]。應(yīng)根據(jù)2035年城市遠(yuǎn)景目標(biāo)規(guī)劃，科學(xué)合理設(shè)計(jì)城市管網(wǎng)，并盡快逐步提升排水能力，以滿足當(dāng)今時(shí)代的需要。