2021年全球典型極端降雨災(zāi)害事件對(duì)比及綜合防御

張 鑫，劉 康 琦，王 克 樹，徐 俊 逸，吳 家 寶，祁 小 博

(1.河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454003； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 100081)

0 引 言

政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第五次評(píng)估報(bào)告指出：1981～2021年可能是1400年以來最熱的30 a。伴隨全球氣候變化，極端降雨天氣頻繁出現(xiàn)[1-3]，危害人員生命、財(cái)產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境安全，對(duì)不同國(guó)家的社會(huì)穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4]。氣候變暖導(dǎo)致的空氣中水分含量的增加，使降雨的強(qiáng)度增大，持續(xù)時(shí)間增加，降雨范圍更廣，形成極端降雨的可能性更大[5]。美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)近114 a來全球降雨異常量(即極端降雨或極端干旱)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全球極端降雨發(fā)生概率呈線性增加趨勢(shì)(見圖1)。張文霞等[6]研究表明，全球氣候變暖每增加1 ℃，中國(guó)強(qiáng)降水事件增加6.52%(5.22%～8.57%)。曹晴等[7]分析全國(guó)近50 a來554個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日降雨和氣溫?cái)?shù)據(jù)表明，極端降雨的量級(jí)指數(shù)和強(qiáng)度指數(shù)呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，持續(xù)性指數(shù)呈減少趨勢(shì)，極端降雨的量級(jí)指數(shù)和強(qiáng)度指數(shù)變幅的高值出現(xiàn)在熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。2021年7月，中國(guó)、歐洲、日本、印度多地出現(xiàn)極端降雨過程，引發(fā)嚴(yán)重洪澇、泥石流等災(zāi)害，造成了重大人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失，表明世界各國(guó)對(duì)極端降雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的防御水平有待提升。開展極端降雨致災(zāi)與防御研究，對(duì)減少極端降雨危害具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 1901～2015年全球降雨異常數(shù)據(jù)Fig.1 Global rainfall abnormal data from 1901 to 2015

極端降雨指大幅超過歷史平均降雨強(qiáng)度或預(yù)期降雨強(qiáng)度的降雨過程。在極端降雨人工干預(yù)方面，使用過量播撒與動(dòng)力下沉的方法在2018年奧運(yùn)期間對(duì)北京上空進(jìn)行了人工消雨[8]；秦大河[9]依據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與氣候變化模擬，認(rèn)為可持續(xù)發(fā)展道路是人類發(fā)展的唯一選擇，提出改變能源結(jié)構(gòu)、提升能源效率、減少溫室氣體排放的方法降低極端天氣的發(fā)生[9]。減緩氣候變化不是一蹴而就的，人工消雨技術(shù)也只是局限于小區(qū)域、雨量較低時(shí)的暫時(shí)性技術(shù)手段，在目前的技術(shù)條件下，采用最極端的方式也無法避免全球變暖的趨勢(shì)。因此，在現(xiàn)行災(zāi)害面前，關(guān)注此類災(zāi)害防御性措施更有現(xiàn)實(shí)意義，能增加應(yīng)對(duì)氣候變化時(shí)的韌性。孟慶強(qiáng)等[10]采用投影尋蹤技術(shù)開展極端降雨情景下城市區(qū)域積水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)研究；劉艷華等[11]通過精細(xì)化黑龍江省暴雨、暴雪、霧、霾、道路結(jié)冰的防御設(shè)計(jì)，使極端降雨防御措施更加具有針對(duì)性，降低氣象災(zāi)害對(duì)高速公路的影響；張書函等[12]改進(jìn)城市排水設(shè)計(jì)，提高了排水設(shè)施的滲透、調(diào)控排放和收集回用功能，增加了極端降雨天氣下城市的承災(zāi)能力；王嵐等[13]通過分析保定山區(qū)降雨即時(shí)數(shù)據(jù)、水庫(kù)入庫(kù)出庫(kù)流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、河道洪峰預(yù)警信息等，設(shè)計(jì)了防御與防汛預(yù)警綜合平臺(tái)等。針對(duì)極端降雨災(zāi)害防御研究層出不窮，但大多聚焦于單一地區(qū)或小范圍區(qū)域某一時(shí)段的降雨情況進(jìn)行極端氣候致災(zāi)與防御分析，研究范圍有一定局限性?；诖耍疚尼槍?duì)2021年7月份全球典型極端降雨災(zāi)害事件，通過情景復(fù)盤、歸因分析與對(duì)比分析，開展極端降雨綜合致災(zāi)特點(diǎn)與防御措施研究，以期為極端降雨災(zāi)害科學(xué)高效防御提供參考。

1 中國(guó)河南省極端降雨災(zāi)害分析

1.1 氣候特征與降雨條件

河南省位于中國(guó)華北平原南部的黃河中下游地區(qū)，地勢(shì)西高東低，北、西、南三面分別由太行山、伏牛山、桐柏山和大別山沿省界呈半環(huán)形分布，地處暖溫帶，南部跨越亞熱帶，屬于亞熱帶向暖溫帶過度的大陸性季風(fēng)氣候，夏季盛行溫暖、濕潤(rùn)的偏南夏季風(fēng)，具有降水多、氣溫高的特點(diǎn)，高溫多雨的氣候特點(diǎn)增加了極端降雨的可能性。受東亞夏季風(fēng)影響，降水一般高度集中在6～8月，期間的降水量占全年降水量的60%以上，同時(shí)華北平原降水存在明顯的年際和年代際變化，1883～1898年和1949～1964年是華北降水豐沛的時(shí)段；1899～1920年和1965～1997年是華北降水偏少的階段[14]，降水規(guī)律存在明顯的輪回。

1.2 極端降雨與原因分析

2021年7月17～23日，中國(guó)河南省鄭州、新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽(yáng)市等多地出現(xiàn)了極端降雨過程，鄭州、新鄉(xiāng)、鶴壁市和安陽(yáng)市共20個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站日降雨量突破建站以來的歷史極值，鄭州市城區(qū)局地最大小時(shí)降雨量達(dá)120.0～201.9 mm(16：00～17：00)，達(dá)到中國(guó)陸地小時(shí)降雨量極值(見表1)。降雨過程落區(qū)具有局地性、累計(jì)雨量雨強(qiáng)大的特點(diǎn)。

表1 2021年河南省部分國(guó)家級(jí)氣象站單日累計(jì)降雨量Tab.1 Daily cumulative rainfall of some national meteorological stations in Henan Province in 2021

根據(jù)中國(guó)氣象局公布資料分析，此次極端降雨至少受以下4方面影響：

(1) 夏季大氣環(huán)流特征影響。大西洋副熱帶高壓向北移動(dòng)，與大陸高壓分別穩(wěn)定在中國(guó)的西北地區(qū)和日本島地區(qū)，造成中國(guó)華北與黃淮地區(qū)持續(xù)低壓，大量來自大西洋與太平洋的潮濕空氣向低壓地區(qū)匯集。

(2) 全球氣候變化影響。全球氣候變暖加速了水“蒸發(fā)-凝結(jié)-降水-蒸發(fā)”的水循環(huán)過程、增加了空氣中水分含量，對(duì)河南省極端降雨的形成造成一定影響。

(3) 臺(tái)風(fēng)“煙花”影響。臺(tái)風(fēng)“煙花”在西太平洋向中國(guó)靠近，形成的氣旋與副熱帶高壓偏東氣流共同作用，持續(xù)向河南省輸送水汽，為河南省極端降雨提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

(4) 下墊面地形地貌影響。河南省地勢(shì)西高東低，北、西兩面分別為太行山與伏牛山交匯。太平洋吹來的潮濕空氣在太行山與伏牛山發(fā)生抬升，導(dǎo)致河南省鄭州市等地區(qū)的降雨強(qiáng)度更大、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、極端降雨的范圍更大。

1.3 極端降雨災(zāi)害分析

自然災(zāi)害是一個(gè)隨時(shí)間演化的非線性開放系統(tǒng)，具有社會(huì)性與不確定性，在災(zāi)害發(fā)生與演變的過程中，破壞性物質(zhì)與能量同周邊環(huán)境相互影響作用，衍生出次生災(zāi)害，形成災(zāi)害鏈[15]。此次河南省極端降雨引發(fā)了內(nèi)澇、河水倒灌、潰壩洪水等主要災(zāi)害及多種類型的次生災(zāi)害。根據(jù)應(yīng)急管理部發(fā)布數(shù)據(jù)，共造成150個(gè)縣(市、區(qū))、1 663個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1 478.6萬(wàn)人受災(zāi)，因?yàn)?zāi)死亡失蹤398人，直接經(jīng)濟(jì)損失約1 200.6億元。依據(jù)致災(zāi)動(dòng)力作用演替過程，可將此次極端降雨災(zāi)害鏈劃分為3個(gè)階段。

第一階段：雨水動(dòng)力作用階段。雨水地面激流導(dǎo)致市政排水系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)作，直至蓄排能力超載失效；下墊面遭受強(qiáng)烈降雨侵蝕作用，建(構(gòu))筑物動(dòng)荷載增加，導(dǎo)致彩鋼房、雨棚、土坯房、低等級(jí)磚混結(jié)構(gòu)、防耐用性低建筑物等損毀，造成暴露程度大的輸電線路、交通運(yùn)輸設(shè)施等無法正常運(yùn)行，引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害。

第二階段：蓄滯洪澇致災(zāi)階段。當(dāng)超過有效排泄與蓄積能力，地表河湖水體超過警戒線，漫過堤壩，在山區(qū)形成洪流，在城市產(chǎn)生內(nèi)澇，并向低洼處匯集，例如，在鄭州市京廣北路隧道內(nèi)積水最深處達(dá)13 m左右。甚至部分河道堤壩潰決，加劇洪澇災(zāi)害。

第三階段：降雨滯后致災(zāi)階段。降雨入滲、侵蝕作用降低坡體穩(wěn)定性，崩塌、滑坡發(fā)生概率增加；當(dāng)水流溢出浸潤(rùn)地基土體，造成建筑物的不均勻沉降；地下水流沖刷形成地下空洞，引發(fā)地面塌陷；城市地下水流受阻，甚至出現(xiàn)地下水位抬升導(dǎo)致基礎(chǔ)浮托現(xiàn)象。

2 國(guó)外極端降雨災(zāi)害分析

2.1 歐洲極端降雨災(zāi)害

2.1.1降雨過程分析

受暖性反氣旋包裹影響，2021年歐洲西部多國(guó)發(fā)生極端強(qiáng)降雨。2021年7月12～15日，德國(guó)西部以及相鄰的荷蘭、比利時(shí)和盧森堡出現(xiàn)強(qiáng)降雨。根據(jù)德國(guó)國(guó)家氣象局Deutscher Wetterdienst的數(shù)據(jù)，部分地區(qū)7月14日降雨量遠(yuǎn)超過30 a平均觀測(cè)降雨量(見圖2)。在萊茵蘭-普法爾茨州和北萊茵-威斯特法倫州等德國(guó)主要受災(zāi)區(qū)，48 h內(nèi)降雨148 mm，是當(dāng)月歷史平均降雨量的1.85倍。其中降雨最為嚴(yán)重的科倫-斯塔姆海姆地區(qū)24 h內(nèi)降雨量達(dá)到154 mm，超過此前95 mm的最大日降雨量，是該地區(qū)7月平均降雨量的2倍[16-17]。

圖2 德國(guó)部分氣象站30 a平均降雨量與2021年7月14日 降雨量對(duì)比Fig.2 Comparison between 30-year average rainfall and rainfall on July 14，2021 at some meteorological stations in Germany

2.1.2降雨致災(zāi)分析

持續(xù)性的降水導(dǎo)致德國(guó)、比利時(shí)境內(nèi)的萊茵河、摩澤爾河、默茲(馬斯)河等多條河流水位持續(xù)上漲，引發(fā)洪水和山體滑坡-泥石流等次生災(zāi)害，導(dǎo)致房屋倒塌、道路中斷、通訊中斷和大面積停電。共造成超210人死亡，其中德國(guó)至少180人喪生，比利時(shí)41人遇難[18]。在歐洲洪水泛濫之前，哥白尼應(yīng)急管理服務(wù)(The Copernicus Emergency Management Service，EMS)已經(jīng)通過歐洲洪水預(yù)警系統(tǒng)(European Flood Awareness System，EFAS)向萊茵河和默茲河流域的特定地區(qū)發(fā)出超過25次警告。與其他國(guó)家的警報(bào)機(jī)制不同，德國(guó)無法向公民集體發(fā)送關(guān)于極端天氣事件的短信，只能靠城鎮(zhèn)里的警報(bào)器發(fā)出預(yù)警，由于居民缺乏對(duì)此類極端天氣的認(rèn)識(shí)，并且在通訊中斷以后，居民更加無法收到有效的指示，導(dǎo)致了德國(guó)成為歐洲此次極端降雨事件下受損最為嚴(yán)重的國(guó)家[19]。歐洲西部屬于溫帶海洋性氣候，全年冬暖夏涼，年溫差小。在冬季，沿海岸有暖流經(jīng)過，西風(fēng)攜帶著大量的溫暖潮濕空氣登上歐洲西部地區(qū)，導(dǎo)致歐洲降雨集中在冬季，夏季降雨量較少。此次極端降雨造成嚴(yán)重災(zāi)害，究其因在于降雨的極端性，同時(shí)夏季常年少雨，導(dǎo)致歐洲地區(qū)國(guó)家預(yù)防災(zāi)害措施準(zhǔn)備不足。

2.2 印度極端降雨災(zāi)害

2.2.1降雨過程分析

每年6～9月，由于印度的持續(xù)高溫，使印度西北地區(qū)產(chǎn)生熱低壓區(qū)，西部形成四周高中間低的極端氣壓環(huán)境，強(qiáng)烈吸引著由赤道偏轉(zhuǎn)而來的東南季風(fēng)，大量的水汽集中在印度西北部，給印度的西北部帶來豐沛的降雨，形成印度的雨季[20]。2021年7月印度馬哈拉施特拉邦發(fā)生強(qiáng)降雨，部分地區(qū)24 h降雨量超過594 mm，超過近40 a降雨極值[21]。主要原因是正值雨季，由大西洋偏轉(zhuǎn)而來的東南季風(fēng)和全球氣候變暖使空氣中水分增加，以及產(chǎn)生在印度西北部的極端氣壓環(huán)境，致使此次暴雨強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

2.2.2降雨致災(zāi)分析

極端降雨暴雨引發(fā)了洪水、滑坡、泥石流等災(zāi)害，導(dǎo)致房屋倒塌、道路中斷、低洼地區(qū)被淹，數(shù)百座村落對(duì)外交通中斷，并在馬哈拉施特拉河導(dǎo)致潰壩洪水涌出了河床。惡劣環(huán)境阻礙了應(yīng)急救援，加劇了危害。截至2021年7月，印度共有約680萬(wàn)人受到洪災(zāi)影響(其中包括約240萬(wàn)兒童)，主要集中在與孟加拉國(guó)接壤的北部阿薩姆邦(當(dāng)?shù)匾延?00多人死亡)、西孟加拉邦、比哈爾邦和梅加拉亞邦。僅在印度西孟加拉邦，這場(chǎng)暴風(fēng)雨就造成了132億美元的損失[22]。

2.3 日本極端降雨災(zāi)害

2.3.1降雨過程分析

2021年7月初，日本持續(xù)受到強(qiáng)降雨影響，多地實(shí)際降雨量創(chuàng)歷史紀(jì)錄。靜岡縣熱海市從7月1日開始持續(xù)降雨，至7月3日雨量增大。48 h降雨量超過320.0 mm，72 h內(nèi)的降雨量為409.5 mm，是當(dāng)月歷史觀測(cè)極值，接近往年7月平均降雨量1.7倍；山口縣巖國(guó)市美和地區(qū)1 h降雨量達(dá)到約100.0 mm，刷新了短時(shí)降雨的最高記錄；鳥取縣境港市和島根縣出云市3 h累積雨量分別達(dá)139.0 mm和117.0 mm，同樣都是歷史統(tǒng)計(jì)以來的最高紀(jì)錄[23-24]。

此次遍布日本的強(qiáng)降雨由“梅雨”造成。梅雨前鋒的停滯導(dǎo)致溫暖濕潤(rùn)的空氣接連涌向鋒面，使得其所在地受到強(qiáng)降雨的影響。梅雨前鋒由6月底北上，在西日本向東一帶停滯，導(dǎo)致以日本東海地區(qū)至關(guān)東地區(qū)南部為中心產(chǎn)生創(chuàng)記錄的強(qiáng)降雨。之后梅雨前鋒繼續(xù)北上，在西日本至東日本的日本海沿岸地區(qū)形成強(qiáng)降雨。因?yàn)椤懊酚辍钡牟粩嗲斑M(jìn)和停滯導(dǎo)致日本多地在不同時(shí)刻均遭遇嚴(yán)重的強(qiáng)降雨。

2.3.2降雨致災(zāi)分析

由于連續(xù)的極端降雨，2021年7月3日10：30伊豆山頂部高約50 m的人工填土因排水設(shè)施和加固工程不足，在降雨入滲作用下失穩(wěn)滑動(dòng)并轉(zhuǎn)化為泥石流，形成暴雨-滑坡-泥石流災(zāi)害鏈。引發(fā)了伊豆山的泥石流，沿逢初川朝東南方向流向大海(見圖3)，長(zhǎng)約1 km，損壞了131座房屋，造成1 500多戶停電、1 100戶停水、392戶停氣，導(dǎo)致28人死亡失蹤。堆積物質(zhì)體積約為10萬(wàn)m3[25-27]。

圖3 日本泥石流事發(fā)地剖面圖Fig.3 Profile of debris flow accident site in Japan

從此次降雨致災(zāi)事件看出，在城市建設(shè)施工過程中會(huì)形成許多人工邊坡，若設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不足或缺乏防御措施，在外界條件因素(如降雨)的影響下，將引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。要吸取日本的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在施工過程中應(yīng)采取合理的設(shè)計(jì)，采取有效的排水措施、加固工程或形態(tài)改造，提高坡體的穩(wěn)定性，使堆覆雙層結(jié)構(gòu)坡體強(qiáng)度大于原來的自然斜坡。

3 極端降雨災(zāi)害防御研究

3.1 極端降雨特征

極端降雨是受大氣環(huán)流與氣候系統(tǒng)影響的一種自然現(xiàn)象[28]。2021年發(fā)生在北半球各國(guó)的極端降雨，都受到全球氣候變暖的影響。氣溫上升導(dǎo)致大氣層含水量增加，冰川凍土退化、海平面上升、蒸發(fā)作用增強(qiáng)；水循環(huán)的變化導(dǎo)致降雨頻率、降雨周期與降雨強(qiáng)度的變化。中國(guó)極端降雨具有明顯的區(qū)域性差異，閾值從東南沿海向西北內(nèi)陸逐漸遞增，四川盆地、長(zhǎng)江中下游地區(qū)和華南地區(qū)的極端降雨閾值最大，長(zhǎng)江中下游地區(qū)、華南地區(qū)、西北地區(qū)呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)；東北地區(qū)、華北地區(qū)、西南地區(qū)表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)[29-31]。綜合上述極端降雨事件(見表2)，可發(fā)現(xiàn)極端降雨具有以下特點(diǎn)：

(1) 過程驟然性。2021年7月份西歐、印度、日本以及中國(guó)河南省發(fā)生短時(shí)降雨，并迅速發(fā)展為大暴雨，局部特大暴雨。降雨時(shí)間集中，短時(shí)累計(jì)雨量大，洪澇、滑坡等災(zāi)害形成快速，防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急反應(yīng)措施滯后，造成重大人員傷亡與經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

(2) 落區(qū)局地性。中國(guó)河南省極端降雨主要集中在北部、中部與西部地區(qū)，并以鄭州市為降雨中心；西歐降雨集中在德國(guó)、比利時(shí)等國(guó)家，日本強(qiáng)降雨集中在熱海市，印度極端降雨集中于馬哈拉施特拉邦。由此可以看出，近期極端降雨具有一定的局地性，降雨落區(qū)相對(duì)集中。

(3) 雨量雨強(qiáng)極值性。中國(guó)河南省鄭州市2021年7月20日16：00～17：00降雨量突破了中國(guó)大陸氣象觀測(cè)記錄歷史極值(198.5 mm)；歐洲波恩-科隆站7月15日24 h內(nèi)降雨 88.4 mm，超過歷史記錄；日本7月1～3日的降雨量超過歷年7月均值；印度遭遇近40 a最強(qiáng)暴雨，2021年7月降雨量超往年45%，西海岸部分地區(qū)24 h降水量594.0 mm。

表2 2021年極端降雨事件簡(jiǎn)況Tab.2 Summary of extreme rainfall events in 2021

3.2 極端降雨致災(zāi)特征

綜合上述典型事例，發(fā)現(xiàn)極端降雨災(zāi)害具有以下特征：

(1) 破壞性能量集聚暴發(fā)。降雨在匯水、集水區(qū)域快速集聚，導(dǎo)致破壞能力激增。

(2) 隱患零存整現(xiàn)。在極端降雨強(qiáng)烈作用下，平時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患容易集中暴發(fā)。

(3) 鄰近空間鏈?zhǔn)街聻?zāi)。受到所處環(huán)境內(nèi)部與外部因素的綜合影響，在破壞性能量與周圍環(huán)境相互作用下，極端降雨引發(fā)災(zāi)害鏈(見圖4)，向臨近空間逐級(jí)擴(kuò)散。

圖4 極端降雨災(zāi)害鏈發(fā)展過程Fig.4 Development process of extreme rainfall disaster chain

3.3 極端降雨災(zāi)害預(yù)警

災(zāi)害預(yù)警是指根據(jù)災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)，為災(zāi)害將發(fā)地區(qū)人員提供及時(shí)、準(zhǔn)確的災(zāi)害信息，并通過危險(xiǎn)評(píng)估，采取有效的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)方案[32]。2002年水利部會(huì)同原國(guó)土資源部、國(guó)家氣象局、原建設(shè)部、原環(huán)?？偩纸M織編制了《全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)劃》，規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)“人與自然和諧共處”“以防為主，防治結(jié)合”的原則。極端降雨災(zāi)害預(yù)警對(duì)保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。孫東亞[3]結(jié)合中國(guó)基本國(guó)情調(diào)研與山洪監(jiān)測(cè)項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)狀指出，中國(guó)在山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方面尚處于初級(jí)階段。針對(duì)極端降雨災(zāi)害預(yù)警研究，尚存在一些研究空白與技術(shù)挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，極大促進(jìn)了信息的計(jì)算與更新迭代，考慮到極端降雨災(zāi)害至災(zāi)特點(diǎn)，本文建議以互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立科學(xué)的極端降雨預(yù)警系統(tǒng)(見圖5)，從降雨預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)到預(yù)警信息發(fā)布，向民眾傳達(dá)災(zāi)害預(yù)警信息，做到提前預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)、防范風(fēng)險(xiǎn)、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)從日常監(jiān)測(cè)和民眾反饋途徑獲取數(shù)據(jù)以完善極端降雨數(shù)據(jù)庫(kù)，提高系統(tǒng)預(yù)警精度。

圖5 降雨災(zāi)害預(yù)警模型Fig.5 Rainfall disaster early warning model

3.4 極端降雨災(zāi)害防御優(yōu)化

由于全球氣候變化導(dǎo)致的極端降雨已在世界各地引發(fā)了一系列的洪澇災(zāi)害及其次生災(zāi)害，因此提升極端降雨災(zāi)害的防御能力十分必要。2021年發(fā)生在歐洲、日本、印度、中國(guó)的幾次降雨災(zāi)害表明，極端降雨災(zāi)害防御重在預(yù)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)、提高承災(zāi)體抗災(zāi)能力、降低易損性。以中國(guó)河南省極端降雨引發(fā)的災(zāi)害為例，在2021年7月20日之前，氣象部門已多次發(fā)出紅色暴雨警告，然而災(zāi)害發(fā)生迅速，小時(shí)降雨量最大高達(dá)201.9 mm，導(dǎo)致多處建(構(gòu))筑物受災(zāi)嚴(yán)重，例如地鐵回灌、圍墻倒塌、路面塌陷等，造成了嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。為提高承災(zāi)體抗災(zāi)能力、降低易損性，建議從以下幾方面完善綜合防御措施：

(1) 提升預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)預(yù)警能力。極端降雨災(zāi)害累計(jì)雨量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、短時(shí)降雨強(qiáng)、極端性突出，在短時(shí)間內(nèi)作出調(diào)控困難大，因此需要建立合理的極端降雨災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)極端降雨災(zāi)害來臨前的及時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)預(yù)警。在氣象部門發(fā)出紅色暴雨預(yù)報(bào)后，及時(shí)進(jìn)行災(zāi)害預(yù)測(cè)，如可能達(dá)到的降雨量以及可能造成的受災(zāi)程度，然后排查可能受災(zāi)嚴(yán)重體，之后通過多平臺(tái)、多手段及時(shí)發(fā)布極端降雨災(zāi)害預(yù)警通知。

(2) 增強(qiáng)水流的合理調(diào)蓄。完善城市排水排澇基礎(chǔ)措施建設(shè)，修繕城市內(nèi)湖，健全城市儲(chǔ)水系統(tǒng)，增強(qiáng)城市排水儲(chǔ)水能力，保護(hù)城市天然河道，充分利用自然流水系統(tǒng)，將降低極端降雨災(zāi)害納入城市管理規(guī)劃，推進(jìn)海綿城市建設(shè)，提升城市地面滲水能力。修建水利工程，如興建水庫(kù)、修筑堤壩工程、整治河道等。

(3) 排查極端降雨災(zāi)害易受災(zāi)體。排查山洪、地質(zhì)災(zāi)害等致災(zāi)因子的隱患，通過治理、轉(zhuǎn)移等方式降低極端降雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。排查老、舊、危承災(zāi)體，尤其是農(nóng)村危房危墻。

(4) 加強(qiáng)應(yīng)急處理能力。建立應(yīng)急處理快速響應(yīng)模型，增強(qiáng)極端降雨災(zāi)害發(fā)生時(shí)的快速響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害來臨時(shí)的及時(shí)應(yīng)急救災(zāi)。建立全城市官方實(shí)時(shí)救助信息平臺(tái)，在易受災(zāi)建(構(gòu))筑物內(nèi)(如地鐵、地下停車場(chǎng)等城市地下空間)增加臨時(shí)電力系統(tǒng)與應(yīng)急通訊設(shè)備。

(5) 優(yōu)化承災(zāi)體設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。隨著全球氣候的變化，極端降雨災(zāi)害發(fā)生的可能性大大增加，在當(dāng)前降雨災(zāi)害或洪澇災(zāi)害的防御標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上[34-36]，針對(duì)不同城市規(guī)模、不同建(構(gòu))筑物的防御工程標(biāo)準(zhǔn)，提出極端降雨災(zāi)害防御設(shè)計(jì)重現(xiàn)期建議(見表3)。

表3 極端降雨災(zāi)害防御設(shè)計(jì)重現(xiàn)期Tab.3 Return period of extreme rainfall disaster prevention design

表3中：① 超大城市指常住人口1 000萬(wàn)以上的城市，特大城市指常住人口500萬(wàn)～1 000萬(wàn)的城市，大城市指常住人口100萬(wàn)～500萬(wàn)的城市，中等城市或小城市指常住人口100萬(wàn)以下的城市。② 易受災(zāi)體指容易受災(zāi)嚴(yán)重，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅的建(構(gòu))筑物，如地鐵隧道、地下通道、地下停車場(chǎng)

等城市地下空間和主城區(qū)道路等；重要建(構(gòu))筑物指對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成一定威脅的建(構(gòu))筑物，如城市中心、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)等；一般建(構(gòu))筑物指對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全威脅不大的建(構(gòu))筑物。③ 易受災(zāi)體的防御要求為城市地下空間不進(jìn)水、不積水，且預(yù)留緊急電力設(shè)施和安全通道，主城區(qū)道路不塌陷、積水不超過15 cm；重要建(構(gòu))筑物的防御要求為建(構(gòu))筑物底層和基礎(chǔ)不進(jìn)水、不積水。

4 結(jié) 論

(1) 受全球氣候變暖影響，極端降雨過程增多。極端降雨的發(fā)生總體具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性，具有過程驟然性、落區(qū)局地性、雨強(qiáng)雨量超常性等特點(diǎn)。

(2) 在有限空間內(nèi)，極端降雨致災(zāi)具有風(fēng)險(xiǎn)隱患零存整現(xiàn)、水流動(dòng)力破壞性能量集聚暴發(fā)、鄰近空間鏈?zhǔn)街聻?zāi)等特點(diǎn)，常引發(fā)洪水、內(nèi)澇、堤壩決口、山體滑坡、泥石流、地面塌陷、建(構(gòu))構(gòu)物功能損毀等事故。

(3) 為提高極端降雨災(zāi)害防御能力，建議研發(fā)預(yù)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)，優(yōu)化順應(yīng)自然水流系統(tǒng)的國(guó)土空間規(guī)劃，分類提高重要設(shè)施設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)城市排水蓄水能力，規(guī)范預(yù)警響應(yīng)系統(tǒng)等。