基于北京土城溝及小月河降雨資料思考

吳 昊，馬 晴，楊 杰

（北京市城市河湖管理處，北京市 100089）

0 引 言

降雨是重要的自然現(xiàn)象, 對人們的生活有著重大影響，嚴重時往往造成經(jīng)濟損失并危害生命安全。北京城區(qū)屬于溫帶大陸季風性氣候，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨[1]，中心城區(qū)多年應(yīng)對夏季降雨一直堅持以“西蓄東排，南北分洪”為洪水調(diào)度原則[2]。如今隨著全球變暖及城市化的建設(shè)發(fā)展導致城市熱島效應(yīng)、雨島效應(yīng)、空氣污染，并造成城區(qū)降雨次數(shù)增加、降雨量增加[3]。城市化的發(fā)展以自然下墊面的改變?yōu)樘卣?，即可滲透的土路、池塘、濕地、河流等逐漸被越來越多的不透水路面所替代，大雨來臨，雨水無法滲透下滲，只能形成徑流，造成大量雨水匯集[4]。同時，城市的排水管道設(shè)計不足，造成排水能力不足[5]。本文希望對近年降雨資料進行梳理分析，為今后水流調(diào)度工作提供一定理論依據(jù)。

1 流域概況

土城溝是元大都的護城河，現(xiàn)代保留下來的部分是自學院南路往北經(jīng)黃亭子向東至祁家豁子，穿過德昌公路往東至光熙門入壩河，總長約10.2 km。東、西土城溝及小月河共計16.3 km 長河道，河段上分布著祁家豁子站、學清站、土城溝出口站3 個有人值守閘站。其中，祁家豁子站和學清站為處級雨量站。祁家豁子管理站位于北京市海淀區(qū)北土城西路，是連接東、西土城溝與小月河的樞紐，管理祁家豁子節(jié)制閘和東土城溝引水閘。學清閘管理站位于學清暗溝上游，小月河下游樁號9+300 處，平時維持景觀水位保持小開度穿流，汛期降低水位泄洪。兩站主要業(yè)務(wù)有防汛、水文觀測、水環(huán)境保護、水利工程運行與維護、冬季輸水防凍等。

2 降雨數(shù)據(jù)

2.1 數(shù)據(jù)選取

兩站雨量資料均為虹吸式自記雨量計與人工雨量計雨后對比并進行虹吸訂正所得。通過對2016—2020 年兩站的降雨原始數(shù)據(jù)進行梳理匯總，選取祁家豁子站7 d、學清站11 d 降雨數(shù)據(jù)并對其中的暴雨天數(shù)、日期、汛期降雨場次、暴雨雨量及汛期總雨量等數(shù)據(jù)進行整理。5 年內(nèi)，兩站暴雨天數(shù)總和學清站多4 d，只2017 年一年暴雨天數(shù)就多3 d。除2017 年學清站多出近140 mm，5 年中各年暴雨雨量兩站基本持平。汛期總降雨量之和,學清站多100 mm，主要由2020 年相差導致，其余年份雨量總和相對接近。兩站數(shù)據(jù)詳情見表1、表2。

表1 祁家豁子站汛期暴雨統(tǒng)計

表2 2016—2020 年學清站汛期暴雨統(tǒng)計

2.2 數(shù)據(jù)分析

通過對兩站暴雨天數(shù)和暴雨雨量的進一步整理，兩水文站7 月、8 月暴雨天數(shù)總和明顯多于6 月、9 月暴雨天數(shù)總和，暴雨降雨主要集中在7 月、8 月。2017 年學清站達暴雨級別而祁家豁子站未達暴雨級別3 日降雨分別為“6.23”降雨量41.3 mm“7.14”降雨量46.6 mm、“7.20”降雨量18.1 mm，最多一日相差近30 mm 降雨。其中單日暴雨雨量相差最多為2016 年“7.20”的46.4 mm。兩水文站距離相差約6.1 km。綜上可見，兩水文站降雨量空間分布相差較大。2016—2020 年兩水文站暴雨天數(shù)占全年降雨天數(shù)比例最多為學清站2017 年統(tǒng)計的1/6，約16.7%，當年學清站暴雨雨量占汛期總雨量的54.3%。暴雨天數(shù)占比最少為祁家豁子站2018 年統(tǒng)計，為1/40=2.5%，當年暴雨雨量占汛期總雨量的17.6%。兩站暴雨雨量占比遠遠大于暴雨天數(shù)占比，可見在兩水文站附近降雨時間上分布不均，汛期降雨量多集中于暴雨降雨日。

2.3 典型降雨

2.3.1 數(shù)據(jù)比對

選取2016 年“7.20”[6]作為典型降雨與2012 年“7.21”暴雨進行比較。（由于學清站2015 年才安裝自記雨量計，2012 年僅設(shè)有人工雨量計，所以僅選取祁家豁子站降雨數(shù)據(jù)進行比對。）2012 年“7.21”為北京61 a 一遇大暴雨，同時也是土城所成立以來最大降雨，具有范圍廣、雨勢強、歷時長、降水極端性強、致災性大等特點[7]。如表3 所示，祁家豁子站短時雨強最高達42.2 mm/h，歷時約18 h。2016 年“7.20”降雨北京市平均降雨210.7 mm，城區(qū)降雨274 mm，祁家豁子站自20 日0 時30 分至21 日4 時30 分，歷時28 h，降雨163.3 mm，雨強最大16.4 mm/h，持續(xù)1 h 50 min，低于城區(qū)平均值40%。相比2012 年“7.21”，本次降雨過程總歷時更長，降雨總量相差不大，降雨強度相對平緩。

表3 祁家豁子站2016 年“7.20”與2012 年“7.21”對比

2.3.2 暴雨災害

截至2016 年7 月20 日14:30，受暴雨影響，北京市共有164 條公交線路采取措施，其中甩站措施119 條，區(qū)間措施23 條，繞行措施8 條，等停、停駛措施14 條。首都機場已執(zhí)行航班725 架次，受機場及外站天氣等綜合原因影響，已取消航班212 架次，主要涉及昆明、上海、武漢、深圳、大連等地。本次降雨過程，土城溝及小月河河道共出現(xiàn)水毀14 處；所部、閘站均有不同程度房屋漏雨情況，最嚴重的地點是學清站，漏雨大大小小12 處。

3 現(xiàn)狀管理中存在問題

土城溝及小月河防洪設(shè)計標準偏低、河道斷面小。在20 世紀80 年代治理時，河道流域范圍內(nèi)商業(yè)、住宅等建筑沒有現(xiàn)在這么多，城市道路硬化程度不高，10 a 一遇防洪設(shè)計標準基本可以滿足需要。隨著城市化進程的加快，城市道路硬化程度越來越高，受城市熱島效應(yīng)等影響，城區(qū)局部強降雨增多，降雨呈歷時短、雨強大、匯流時間短等特點，使得河道泄洪存在很大壓力。如2012 年的“7.21”北京遇到61 a來最大降雨，土城溝及小月河流域內(nèi)4 座機閘最大過閘流量均超過設(shè)計流量，各閘站雨水情信息詳見表4。

表4 “7.21”強降雨水情匯總表

4 結(jié)語與展望

土城溝及小月河流域范圍內(nèi)暴雨降雨主要集中出現(xiàn)在7 月、8 月，每年汛期暴雨降雨量占比大，降雨呈現(xiàn)出集中性特點。在未來為緩解河道行洪壓力、減少周邊路面積水、降低暴雨災害損失，水流調(diào)度時各站應(yīng)提前騰庫降低河道水位，削減河道水位峰值，根據(jù)實時雨水情及時主動調(diào)控閘門。隨著雨勢趨緩，根據(jù)流域內(nèi)降雨及河道泄洪情況去污存清，盡快恢復雨后景觀水位，以滿足市民對水環(huán)境的需求。