西安城市內澇分布特征及其與降雨量的關系

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

西安城市內澇分布特征及其與降雨量的關系

高維英1，李 明2，李 菁3
(1.陜西省氣象學會，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年城市內澇資料及相應時段西安城區自動氣象站逐小時降雨資料，對西安城區17例內澇過程進行了時空分布特征分析，對58個內澇點內澇進行了內澇等級劃分并研究了積水深度與降雨強度的關系，建立了部分內澇點積水深度與降雨量方程。結果表明：西安城市內澇點空間分布較為均勻；內澇發生頻率最高為41%，最低為18%；7—8月為城市內澇發生高峰期，占年內澇總次數的70%；07:00—08:00、15:00—16:00為城市內澇日變化中兩個明顯的高峰時段；城市內澇按積水深度劃分為微風險、低風險、中風險、高風險四個等級，其中中風險等級內澇占西安總內澇次數的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，發生嚴重內澇[1-4]，給人們生活帶來諸多不便，每年因城市內澇造成的經濟損失相當可觀。據統計，2009年6—8月，西安發生城市內澇7次，頻繁的內澇嚴重影響了市民的生活。城市內澇的發生與氣象條件緊密相關，強降雨是致災的關鍵因素[5-7]。近年來中國氣象局重點強化強對流天氣的短臨預報預警工作。開發了估測降水、風暴單體追蹤、強回波區域報警和追蹤等多種短臨預報產品。尤其是降水預報和降水估測產品為強降水預報預警提供了客觀定量的依據[8]，成為做好城市內澇的重要產品。因此研究城市內澇時空分布特征及其與降雨的關系成為做好城市內澇預報預警的首要任務之一。

1 資料來源及研究方法

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

2 分布特征

2.1 空間分布

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

內澇發生頻率的高低反映了該內澇點排水能力的大小。從17例內澇過程各內澇點內澇發生頻率來看，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，城市內澇的月變化基本上呈正態分布，月季變化較大。內澇過程從5月開始迅速增加，7—8月處于高峰期，占年內澇總次數的70%，9月迅速減少。內澇災害主要出現在短時強降水多發的5—9月。其它月份基本無內澇發生。

2.2.2 日分布 從圖1可以看出：城市內澇的日變化有兩個明顯的高發時段，第一時段為07：00—08：00，此時正值交通運行高峰期，內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系。

圖1 2007—2012年西安城市內澇各時次頻次變化

3 內澇等級劃分

根據內澇災害對交通要道、商業、居民社區、地上(地下)車庫等易損性承災體的影響，將城市內澇按積水深度劃分為四個等級(表1)：微風險、低風險、中風險、高風險。

表1 西安市城市內澇等級

根據此等級劃分標準，對西安58個內澇點進行等級劃分，微風險等級點為16個，占總內澇點的28%；低風險等級點為15個，所占比例為26%；中風險等級點為26個，占總內澇點的45%；基本無高風險等級內澇發生。

4 內澇與降雨量的關系

4.1 不同內澇點積水深度與降水的關系

內澇既有城市建設和發展的原因，也和氣象條件有密切關系。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澇點進行研究。分析不同內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關系。

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關系。積水深度與過程總降雨量的相關系數為0.444～0.953，對于同一個內澇點來說，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系數的區間跨度較大。相比之下，積水深度與小時最大降水量的相關系數在0.742～0.980，區間跨度明顯較小，相關系數明顯高于與總降雨量的相關系數。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 不同內澇點積水深度與過程總降水量、小時最大降雨量的相關系數

4.2 不同降水過程積水深度與降水的關系

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性都較好，但相關程度與降水過程的降水性質有關，當降水為短時強降水時，積水深度與小時最大降水量相關性較好。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出現了中風險等級內澇；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，僅出現了低風險等級內澇。當小時雨強不是很大，而降水持續時間較長的情況下，總降水量對積水深度的影響會比較明顯。如2009-08-28，降水持續時間從28日14:00持續到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，持續的強降水造成了西三環紅光橋下出現中風險等級內澇。

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性，但總降水量的影響也不能忽視。近年來在雷達及區域自動站雨量監測數據和相關技術的支撐下，降水估測產品不僅可以得到1 h產品，還可以得到3 h產品。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關系研究，發現一些過程3 h降水和積水深度的相關性非常好。

5 部分內澇點積水深度與降雨量關系的建立

對于部分積澇頻次高的內澇點建立積水深度與1 h和3 h降水量方程(表略)?？梢钥闯?，在短時強降水過程中，積水深度與1 h降雨量相關性較好。以交通大學門前的金海岸內澇點為例(圖2a)1 h雨量和降水深度呈顯著的正相關關系，相關系數高達0.954 7。除此之外，有些內澇點的積水深度也和3 h降水量密切相關。以二馬路積澇點為例(圖2b)，3 h降雨量和積水深度相關性較好，相關系數為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)的關系(積水深度單位為cm；降雨量單位為mm)

根據歷史樣本建立的積水深度與降水量統計方程，在實際業務中要進一步檢驗，并隨著樣本數的增加及時進行方程系數的調整。

6 結論

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

(2)內澇按積水深度劃分為微風險、低風險、中風險、高風險四個等級，其中中風險等級為內澇發生的主要等級，占總內澇次數的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性，是積水深度的重要影響因素。

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高維英，李明，李菁.西安城市內澇分布特征及其與降雨量的關系[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報研究。

陜西省氣象局預報員專項項目(2013Y-17)

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