滄州市城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

摘 要：為建立科學(xué)、合理的城市內(nèi)澇風(fēng)險等級指標(biāo)，提高滄州市城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警能力，選取2013—2022年滄州市城市內(nèi)澇歷史災(zāi)情個例資料、滄州市主城區(qū)附近氣象站逐小時降水觀測資料、地理信息數(shù)據(jù)等，開展城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查。利用SPSS軟件，分析日最大降雨量、過程降雨量、1 h降雨量、3 h降雨量、6 h降雨量、12 h降雨量等與積水深度之間的相關(guān)性，結(jié)果表明：1 h降雨量、3 h降雨量與城市內(nèi)澇程度相關(guān)性較高。因此，選取1 h降雨量、3 h降雨量表征城市內(nèi)澇臨界氣象條件，根據(jù)城市內(nèi)澇對交通、商業(yè)和住宅、車庫等主要承災(zāi)體的影響程度，劃分城市內(nèi)澇等級，將城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險等級由強(qiáng)至弱依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個等級，基于智能網(wǎng)格格點實況及預(yù)報結(jié)果，利用城市內(nèi)澇風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，制作城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品，開展城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵詞：城市內(nèi)澇；內(nèi)澇隱患點；相關(guān)性分析；風(fēng)險等級

中圖分類號：P457.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

近年來，河北省城市經(jīng)常發(fā)生暴雨災(zāi)害，引發(fā)嚴(yán)重城市內(nèi)澇，且河北省城市內(nèi)澇風(fēng)險評估和預(yù)警能力相對較為薄弱[1]。頻繁發(fā)生的城市內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重影響了城市的正常運行、城市治理和人民生命財產(chǎn)安全，城市內(nèi)澇災(zāi)害已經(jīng)成為影響城市公共安全的重要因素之一[2-3]。滄州市位于渤海西部，氣象災(zāi)害多發(fā)、頻發(fā)，暴雨洪澇災(zāi)害是影響滄州市最主要的氣象災(zāi)害之一。尤其近年來，滄州市頻繁遭受強(qiáng)暴雨襲擊，引發(fā)嚴(yán)重城市內(nèi)澇，給滄州市人們的生產(chǎn)生活帶來極大影響，危害人民群眾生命財產(chǎn)安全。

魏軍等[4]以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，基于氣象中小尺度監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，利用暴雨內(nèi)澇數(shù)學(xué)模型模擬出暴雨災(zāi)害引發(fā)的城市內(nèi)澇。通過研究，建立石家莊城市內(nèi)澇災(zāi)害仿真模型，完成對石家莊城市內(nèi)澇災(zāi)害過程的實時動態(tài)模擬，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以讀取雷達(dá)估測降水雨量數(shù)據(jù)和自動站降水?dāng)?shù)據(jù)及水文站雨量數(shù)據(jù)，能夠自動采集數(shù)值預(yù)報降水、實況降水、雷達(dá)資料等，實現(xiàn)石家莊城市內(nèi)澇災(zāi)害積水模擬和預(yù)測功能，可以制作服務(wù)產(chǎn)品并發(fā)布，實現(xiàn)積水點風(fēng)險預(yù)警、實時雨量監(jiān)測等功能。

李穎昕等[5]利用中山市國家站暴雨數(shù)據(jù)、降水小時數(shù)據(jù)、積水?dāng)?shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資料，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，得到暴雨日數(shù)分布、不同級別降水出現(xiàn)的概率分布、4—9月暴雨降水特點和暴雨降水量與暴雨日數(shù)之間的相關(guān)性關(guān)系。對自動站數(shù)據(jù)和積水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，進(jìn)而得到中山市城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警指標(biāo)，結(jié)果表明：當(dāng)1 h降水＞18 mm或2 h降水＞22 mm，且積水深度＞15 cm時，風(fēng)險很高；當(dāng)1 h降水在5～18 mm或2 h降水在7～22 mm，且積水深度在10～15 cm時，風(fēng)險高；當(dāng)1 h降水在3～5 mm或2 h降水在3～7 mm，且積水深度在5～10 cm時，風(fēng)險較高；當(dāng)1 h降水＜3 mm或2 h降水＜3 mm，且積水深度在5 cm以下時，有一定風(fēng)險。

郝瑩等[6]利用合肥市2008—2018年20個城市內(nèi)澇災(zāi)害過程積水監(jiān)測數(shù)據(jù)資料和合肥市主城區(qū)周圍16個氣象站逐小時降雨數(shù)據(jù)等，通過模型網(wǎng)格劃分，對地表水文過程進(jìn)行模擬、城市排水系統(tǒng)模擬，基于INCA降水估測及預(yù)報產(chǎn)品的應(yīng)用，統(tǒng)計2008—2018年合肥市20個典型城市內(nèi)澇個例，劃分合肥市內(nèi)澇氣象風(fēng)險等級標(biāo)準(zhǔn)。

在借鑒已有研究的基礎(chǔ)上，基于滄州市暴雨災(zāi)害風(fēng)險普查成果，開展城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查。調(diào)查滄州市人口分布情況、社會經(jīng)濟(jì)情況、內(nèi)澇隱患點交通和基礎(chǔ)設(shè)施情況、易澇點排水設(shè)施能力等，收集氣象站逐小時降水量資料和水文資料，調(diào)查內(nèi)澇隱患點承災(zāi)體信息，普查城市內(nèi)澇災(zāi)害歷史；采用統(tǒng)計分析方法，對大量城市內(nèi)澇個例進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)城市內(nèi)澇歷史記錄中內(nèi)澇發(fā)生時段、內(nèi)澇地點、積水深度等信息，查找相應(yīng)地點附近氣象站對應(yīng)時段的降水量記錄，建立降雨量與內(nèi)澇程度之間的關(guān)系，確定內(nèi)澇臨界降水指標(biāo)，劃分城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險等級；基于智能網(wǎng)格格點實況及預(yù)報結(jié)果，利用城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，開展城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)；城市內(nèi)澇發(fā)生后，進(jìn)行城市內(nèi)澇調(diào)查，計算城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險預(yù)警準(zhǔn)確率，對城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險預(yù)警結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確率檢驗，根據(jù)結(jié)果對城市內(nèi)澇風(fēng)險等級進(jìn)行合理訂正。完善城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)流程，制定技術(shù)路線實施方案等。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

（1）滄州市主城區(qū)附近氣象站逐小時降水觀測資料。（2）2013—2022年滄州市城市內(nèi)澇歷史災(zāi)情個例資料。（3）地理信息數(shù)據(jù)主要包括地形高程、河網(wǎng)分布、道路等數(shù)據(jù)。（4）城建基本信息數(shù)據(jù)主要包括人口分布、經(jīng)濟(jì)特征、交通和基礎(chǔ)設(shè)施、城市雨污水管網(wǎng)、排水設(shè)施等數(shù)據(jù)資料。

1.2 研究方法

1.2.1 SPSS相關(guān)分析

SPSS軟件是一款專業(yè)的用于統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)量化的一個軟件，相關(guān)性分析旨在分析兩組數(shù)據(jù)之間是否相互影響、彼此是否獨立變動。SPSS軟件內(nèi)部包括多種相關(guān)性分析方法：Pearson相關(guān)系數(shù)計算、Spearman相關(guān)系數(shù)計算、卡方檢驗和Kendall的Tau-b（K）相關(guān)系數(shù)計算等。利用滄州市城市內(nèi)澇歷史災(zāi)情個例數(shù)據(jù)和逐小時氣象數(shù)據(jù)，通過SPSS軟件，對日最大降雨量、過程降雨量、1 h降雨量、3 h降雨量、6 h降雨量、12 h降雨量等與積水深度之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

1.2.2 城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查

城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查是開展城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警的基礎(chǔ)。城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查內(nèi)容主要包括城市地理信息收集、城市氣象、水文資料、城市內(nèi)澇災(zāi)害歷史個例數(shù)據(jù)、城市建設(shè)情況、城市內(nèi)澇主要承災(zāi)體情況等。城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查的方法較多，主要有部門信息交換、實地調(diào)查法和文獻(xiàn)檢索法等。

2 結(jié)果分析

2.1 城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查

（1）城市內(nèi)澇災(zāi)害歷史個例普查。收集城市內(nèi)澇災(zāi)害歷史個例資料，調(diào)查統(tǒng)計2013—2022年每次城市內(nèi)澇災(zāi)情損失數(shù)據(jù)、每次城市內(nèi)澇過程造成的各類承災(zāi)體損傷情況、歷次城市內(nèi)澇過程受影響承災(zāi)體的價值量和數(shù)量、每次城市內(nèi)澇過程逐小時降水?dāng)?shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)及城市內(nèi)澇淹沒情況。

（2）內(nèi)澇隱患點調(diào)查。通過實地調(diào)查，與水務(wù)局信息共享，滄州市主城區(qū)主要內(nèi)澇隱患點包括解放路清真北大寺、滄州市人民醫(yī)院、鹽百商場、南環(huán)立交橋、北環(huán)立交橋、水月寺路口、維明路路口等內(nèi)澇隱患點。通過相關(guān)儀器設(shè)備，獲取內(nèi)澇隱患點經(jīng)緯度信息、海拔高度等數(shù)據(jù)資料。

（3）承災(zāi)體信息調(diào)查。實地調(diào)查易澇區(qū)域內(nèi)受影響的承災(zāi)體信息，包括脆弱人群、企業(yè)分布、學(xué)校、醫(yī)院等易受內(nèi)澇影響的主要承災(zāi)體，對其進(jìn)行標(biāo)識，包括承災(zāi)體的數(shù)量、價值量、經(jīng)緯度、面積等參數(shù)。

（4）城建基本情況調(diào)查。包括城市人口分布、社會經(jīng)濟(jì)情況、道路基本特征、內(nèi)澇隱患點周圍基礎(chǔ)設(shè)施和交通情況、城市水利工程等基本情況及其他需要調(diào)查完善的城市內(nèi)澇基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。

2.2 建立城市內(nèi)澇隱患點防御檔案

通過開展城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查工作，對收集的信息進(jìn)行處理，建立城市內(nèi)澇隱患點防御檔案，全面掌握城市內(nèi)澇隱患點的危險性、承災(zāi)體易損性和城市內(nèi)澇防災(zāi)減災(zāi)能力，進(jìn)一步提高城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估能力。檔案主要包括經(jīng)緯度信息、受內(nèi)澇影響的主要承災(zāi)體、有效防御措施、內(nèi)澇點水浸信息、導(dǎo)致水浸的最小降水量等信息。

例如，維明路內(nèi)澇隱患點檔案：位置處于116°52′13″E，38°19′15″N附近，通過調(diào)查可知導(dǎo)致水浸最小降雨量為1 h 16.3 mm，內(nèi)澇點最大水浸高度約為20 cm，隱患點附近主要承災(zāi)體有滄州市人民醫(yī)院、滄州市實驗小學(xué)、滄州市華信典當(dāng)公司、人民醫(yī)院停車場等。隱患點的有效防御措施：在易積水路段，安裝積水監(jiān)測、報警裝置，當(dāng)積水達(dá)到一定深度，傳感器會通過警示閃爍器，顯示水深數(shù)據(jù)等，提醒過往車輛和行人變更行進(jìn)路線或減速慢行，防止意外事故發(fā)生；打開雨水井蓋，清除入水口垃圾，進(jìn)一步加快雨水分流，充分做好排澇物資、機(jī)械設(shè)備的儲備工作，保證排澇搶險供應(yīng)，杜絕和減少受災(zāi)損失。

水月寺路口內(nèi)澇隱患點檔案：位置處于116°51′50″E，38°19′22″N附近，通過調(diào)查可知導(dǎo)致水浸最小降雨量為1 h 16 mm，內(nèi)澇點最大水浸高度約為15 cm，隱患點附近主要承災(zāi)體有滄州市運河小學(xué)、滄州市水月寺大街、滄州市泰和隆興房地產(chǎn)開發(fā)集團(tuán)有限公司等。隱患點的有效防御措施：在易積水路段安裝積水監(jiān)測、報警裝置，當(dāng)積水達(dá)到一定深度，傳感器會通過警示閃爍器，顯示水深數(shù)據(jù)等，提醒過往車輛和行人變更行進(jìn)路線或減速慢行，防止意外事故發(fā)生。

解放路清真北大寺路口內(nèi)澇隱患點檔案：位置處于116°51′33.86″E，38°18′18.83″N附近，通過調(diào)查可知導(dǎo)致水浸最小降雨量為1 h 15 mm，內(nèi)澇點最大水浸高度約為50 cm，隱患點附近主要承災(zāi)體有解放東路、解放路立交橋、逸夫回族小學(xué)、中國人民財產(chǎn)保險有限公司等。隱患點的有效防御措施：在易積水路段安裝積水監(jiān)測、報警裝置，當(dāng)積水達(dá)到一定深度，傳感器會通過警示閃爍器，顯示水深數(shù)據(jù)等，提醒過往車輛和行人變更行進(jìn)路線或減速慢行，防止意外事故發(fā)生。

2.3 基于承災(zāi)體易損性的內(nèi)澇等級劃分

城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生后，可能造成人員被困、交通中斷、房屋進(jìn)水、車輛被淹，設(shè)施損壞等損失，不同的承災(zāi)體受城市內(nèi)澇的影響不同，根據(jù)城市內(nèi)澇對不同承災(zāi)體的影響程度，劃分出城市內(nèi)澇對交通、商業(yè)、住宅、車庫等主要承災(zāi)體的城市內(nèi)澇等級。

對商鋪、住宅等分為1～4個等級，積水深度分別在＞120 cm、60～120 cm、20～60 cm、5～20 cm；對道路交通分為1～4個等級，積水深度分別為＞100 cm、55～100 cm、20～55 cm、5～20 cm；對停放的車輛分為1～4個等級，積水深度分別為＞130 cm、60～130 cm、60～130 cm、5～25 cm。

2.4 劃分城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險等級

通過SPSS軟件，對日最大降雨量、過程降雨量、1 h降雨量、3 h降雨量、6 h降雨量、12 h降雨量等與積水深度之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：1 h降雨量、3 h降雨量與城市內(nèi)澇程度相關(guān)性較強(qiáng)，因此選取1 h降雨量、3 h降雨量表征城市內(nèi)澇臨界氣象條件。通過對城市內(nèi)澇歷史個例進(jìn)行統(tǒng)計分析，根據(jù)內(nèi)澇點積水深度信息及相應(yīng)內(nèi)澇點附近氣象站在對應(yīng)時段的降水記錄，建立1 h降雨量、3 h降雨量與積水深度之間的關(guān)系，確定不同城市內(nèi)澇等級的臨界雨量指標(biāo)。

根據(jù)城市內(nèi)澇對交通、商業(yè)和住宅、車庫等主要承災(zāi)體的影響程度劃分城市內(nèi)澇等級，將城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險等級由強(qiáng)至弱依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個等級。城市內(nèi)澇I級，發(fā)生城市內(nèi)澇的可能性很大，1 h降雨量≥50 mm，3 h降雨量≥100 mm，車輛可能損毀，人員被困，交通斷交，商店、住宅進(jìn)水，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失；城市內(nèi)澇Ⅱ級，發(fā)生城市內(nèi)澇的可能性大，1 h降雨量≥40 mm，3 h降雨量≥70 mm，積水超過汽車排氣管道，對發(fā)動機(jī)造成影響，大部分車輛無法通行，交通受阻，一層商鋪和住宅容易造成財產(chǎn)損失；城市內(nèi)澇Ⅲ級，發(fā)生城市內(nèi)澇的可能性較大，1 h降雨量≥30 mm，3 h降雨量≥50 mm，部分排氣管較低的汽車可能受影響，交通運輸部分阻斷，一層商鋪和住宅可能受到影響；城市內(nèi)澇Ⅳ級，發(fā)生城市內(nèi)澇的可能性較大，1 h降雨量≥20 mm，3 h降雨量≥40 mm，積水沒過馬路，人們出行受到影響，機(jī)動車行駛緩慢，地下商鋪可能受到影響。

2.5 城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)

基于智能網(wǎng)格格點實況及預(yù)報結(jié)果，利用城市內(nèi)澇風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，制作城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品，產(chǎn)品內(nèi)容信息主要有圖形、文字。圖形部分直觀展示內(nèi)澇風(fēng)險的分布和等級。利用智能網(wǎng)格格點的實況數(shù)據(jù)，生成高分辨率的地圖，清晰標(biāo)示出不同區(qū)域的內(nèi)澇風(fēng)險等級。文字內(nèi)容則是對圖形信息的補(bǔ)充和解釋，確保信息的全面性和易理解性[7-11]。文字內(nèi)容包括災(zāi)害性天氣預(yù)報信息，如降雨強(qiáng)度、持續(xù)時間、可能影響的區(qū)域等，以及城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警等級預(yù)報和發(fā)布時間等，進(jìn)而開展城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)。

3 結(jié)論

（1）城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查是開展城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警的基礎(chǔ)。城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查內(nèi)容主要包括：城市地理信息收集、城市氣象、水文資料、城市內(nèi)澇災(zāi)害歷史個例數(shù)據(jù)、城市建設(shè)情況、城市內(nèi)澇主要承災(zāi)體情況等。城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查的方法有很多，主要有部門信息交換、實地調(diào)查法及文獻(xiàn)檢索法等。

（2）通過開展城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險普查工作，對收集的信息進(jìn)行處理，建立城市內(nèi)澇隱患點防御檔案，全面掌握城市內(nèi)澇隱患點的危險性、承災(zāi)體易損性和城市內(nèi)澇防災(zāi)減災(zāi)能力，進(jìn)一步提高城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估能力。檔案主要包括經(jīng)緯度信息、受內(nèi)澇影響的主要承災(zāi)體、有效防御措施、內(nèi)澇點水浸信息、導(dǎo)致水浸的最小降水量等信息。

（3）選取1 h降雨量、3 h降雨量表征城市內(nèi)澇臨界氣象條件，通過對城市內(nèi)澇歷史個例進(jìn)行統(tǒng)計分析，根據(jù)內(nèi)澇點積水深度信息及相應(yīng)內(nèi)澇點附近氣象站在對應(yīng)時段的降水記錄，建立1 h降雨量、3 h降雨量與積水深度之間的關(guān)系，確定不同城市內(nèi)澇等級的臨界雨量指標(biāo)。根據(jù)城市內(nèi)澇對交通、商業(yè)和住宅、車庫等主要承災(zāi)體的影響程度劃分城市內(nèi)澇等級，將城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險等級由強(qiáng)至弱依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個等級。

參考文獻(xiàn)

[1] 李婷，魏軍，俞海洋，等.河北省城市內(nèi)澇仿真模擬預(yù)警系統(tǒng)研制：以石家莊市為例[J].中國水利，2016（10）：11-14.

[2] 張煒，李思敏，時真男.我國城市暴雨內(nèi)澇的成因及其應(yīng)對策略[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2012，21（5）：180-184.

[3] 張冬冬，嚴(yán)登華，王義成，等.城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險評估及綜合應(yīng)對研究進(jìn)展[J].災(zāi)害學(xué)，2014，29（1）：144-149.

[4] 魏軍，俞海洋，胡會芳，等.石家莊市城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研制及應(yīng)用[J].中國農(nóng)村水利水電，2019（2）：34 -38，43.

[5] 李穎昕，肖巧潔，李毅恒，等.中山市城市內(nèi)澇預(yù)警等級劃分的初步探究[J].廣東氣象，2020，42（6）：70-73.

[6] 郝瑩，陳靖，王元，等.基于高時空分辨率降水預(yù)報產(chǎn)品的城市內(nèi)澇預(yù)警研究[J].暴雨災(zāi)害，2019，38（3）：229-237.

[7] 趙亮，陳昌鑫，王麗君，等.容柵傳感與物聯(lián)組網(wǎng)的城市隧道內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].傳感技術(shù)學(xué)報，2023，36（12）： 1981-1987.

[8] 高成，佘亮亮，顧春旭，等.城市內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用[J].中國水利，2024（3）：34-38.

[9] 陳凌.城市規(guī)劃視閾下的城市內(nèi)澇現(xiàn)狀與防治體系建構(gòu)策略[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2023，21（24）：78-80.

[10] 楊彪，錢原銘，陳良志，等.城市內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用[J].中國給水排水，2024，40（14）：107-112.

[11] 寧存鑫，湯鐘，桂發(fā)二，等.模型在城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警平臺中的應(yīng)用探索及思考[J].中國給水排水，2023，39（16）：29 -34.

收稿日期：2024-06-10

基金項目：2022年度滄州市重點研發(fā)計劃指導(dǎo)項目“滄州市城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究”（222108016）。

作者簡介：彭潔文（1980—），男，江西撫州人，高級工程師，研究方向為氣象災(zāi)害防御。