滄州市城市內澇風險預警關鍵技術研究與應用

摘 要：為建立科學、合理的城市內澇風險等級指標，提高滄州市城市內澇風險預警能力，選取2013—2022年滄州市城市內澇歷史災情個例資料、滄州市主城區附近氣象站逐小時降水觀測資料、地理信息數據等，開展城市內澇災害風險普查。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性，結果表明：1 h降雨量、3 h降雨量與城市內澇程度相關性較高。因此，選取1 h降雨量、3 h降雨量表征城市內澇臨界氣象條件，根據城市內澇對交通、商業和住宅、車庫等主要承災體的影響程度，劃分城市內澇等級，將城市內澇氣象風險等級由強至弱依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個等級，基于智能網格格點實況及預報結果，利用城市內澇風險等級劃分標準，制作城市內澇風險預警服務產品，開展城市內澇風險預警業務。

關鍵詞：城市內澇；內澇隱患點；相關性分析；風險等級

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

近年來，河北省城市經常發生暴雨災害，引發嚴重城市內澇，且河北省城市內澇風險評估和預警能力相對較為薄弱[1]。頻繁發生的城市內澇災害嚴重影響了城市的正常運行、城市治理和人民生命財產安全，城市內澇災害已經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，氣象災害多發、頻發，暴雨洪澇災害是影響滄州市最主要的氣象災害之一。尤其近年來，滄州市頻繁遭受強暴雨襲擊，引發嚴重城市內澇，給滄州市人們的生產生活帶來極大影響，危害人民群眾生命財產安全。

魏軍等[4]以地理信息系統為基礎，基于氣象中小尺度監測預報系統，利用暴雨內澇數學模型模擬出暴雨災害引發的城市內澇。通過研究，建立石家莊城市內澇災害仿真模型，完成對石家莊城市內澇災害過程的實時動態模擬，經過研究發現，該系統可以讀取雷達估測降水雨量數據和自動站降水數據及水文站雨量數據，能夠自動采集數值預報降水、實況降水、雷達資料等，實現石家莊城市內澇災害積水模擬和預測功能，可以制作服務產品并發布，實現積水點風險預警、實時雨量監測等功能。

李穎昕等[5]利用中山市國家站暴雨數據、降水小時數據、積水數據等數據資料，經過數據處理，得到暴雨日數分布、不同級別降水出現的概率分布、4—9月暴雨降水特點和暴雨降水量與暴雨日數之間的相關性關系。對自動站數據和積水數據進行研究分析，進而得到中山市城市內澇風險預警指標，結果表明：當1 h降水＞18 mm或2 h降水＞22 mm，且積水深度＞15 cm時，風險很高；當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，風險高；當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，風險較高；當1 h降水＜3 mm或2 h降水＜3 mm，且積水深度在5 cm以下時，有一定風險。

郝瑩等[6]利用合肥市2008—2018年20個城市內澇災害過程積水監測數據資料和合肥市主城區周圍16個氣象站逐小時降雨數據等，通過模型網格劃分，對地表水文過程進行模擬、城市排水系統模擬，基于INCA降水估測及預報產品的應用，統計2008—2018年合肥市20個典型城市內澇個例，劃分合肥市內澇氣象風險等級標準。

在借鑒已有研究的基礎上，基于滄州市暴雨災害風險普查成果，開展城市內澇災害風險普查。調查滄州市人口分布情況、社會經濟情況、內澇隱患點交通和基礎設施情況、易澇點排水設施能力等，收集氣象站逐小時降水量資料和水文資料，調查內澇隱患點承災體信息，普查城市內澇災害歷史；采用統計分析方法，對大量城市內澇個例進行調查，根據城市內澇歷史記錄中內澇發生時段、內澇地點、積水深度等信息，查找相應地點附近氣象站對應時段的降水量記錄，建立降雨量與內澇程度之間的關系，確定內澇臨界降水指標，劃分城市內澇氣象風險等級；基于智能網格格點實況及預報結果，利用城市內澇氣象風險等級劃分標準，開展城市內澇氣象風險預警業務；城市內澇發生后，進行城市內澇調查，計算城市內澇氣象風險預警準確率，對城市內澇氣象風險預警結果進行準確率檢驗，根據結果對城市內澇風險等級進行合理訂正。完善城市內澇氣象風險預警業務流程，制定技術路線實施方案等。

1 資料與方法

1.1 數據來源

（1）滄州市主城區附近氣象站逐小時降水觀測資料。（2）2013—2022年滄州市城市內澇歷史災情個例資料。（3）地理信息數據主要包括地形高程、河網分布、道路等數據。（4）城建基本信息數據主要包括人口分布、經濟特征、交通和基礎設施、城市雨污水管網、排水設施等數據資料。

1.2 研究方法

1.2.1 SPSS相關分析

SPSS軟件是一款專業的用于統計分析數據量化的一個軟件，相關性分析旨在分析兩組數據之間是否相互影響、彼此是否獨立變動。SPSS軟件內部包括多種相關性分析方法：Pearson相關系數計算、Spearman相關系數計算、卡方檢驗和Kendall的Tau-b（K）相關系數計算等。利用滄州市城市內澇歷史災情個例數據和逐小時氣象數據，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性進行分析。

1.2.2 城市內澇災害風險普查

城市內澇災害風險普查是開展城市內澇風險預警的基礎。城市內澇災害風險普查內容主要包括城市地理信息收集、城市氣象、水文資料、城市內澇災害歷史個例數據、城市建設情況、城市內澇主要承災體情況等。城市內澇災害風險普查的方法較多，主要有部門信息交換、實地調查法和文獻檢索法等。

2 結果分析

2.1 城市內澇災害風險普查

（1）城市內澇災害歷史個例普查。收集城市內澇災害歷史個例資料，調查統計2013—2022年每次城市內澇災情損失數據、每次城市內澇過程造成的各類承災體損傷情況、歷次城市內澇過程受影響承災體的價值量和數量、每次城市內澇過程逐小時降水數據、水文數據及城市內澇淹沒情況。

（2）內澇隱患點調查。通過實地調查，與水務局信息共享，滄州市主城區主要內澇隱患點包括解放路清真北大寺、滄州市人民醫院、鹽百商場、南環立交橋、北環立交橋、水月寺路口、維明路路口等內澇隱患點。通過相關儀器設備，獲取內澇隱患點經緯度信息、海拔高度等數據資料。

（3）承災體信息調查。實地調查易澇區域內受影響的承災體信息，包括脆弱人群、企業分布、學校、醫院等易受內澇影響的主要承災體，對其進行標識，包括承災體的數量、價值量、經緯度、面積等參數。

（4）城建基本情況調查。包括城市人口分布、社會經濟情況、道路基本特征、內澇隱患點周圍基礎設施和交通情況、城市水利工程等基本情況及其他需要調查完善的城市內澇基礎信息數據。

2.2 建立城市內澇隱患點防御檔案

通過開展城市內澇災害風險普查工作，對收集的信息進行處理，建立城市內澇隱患點防御檔案，全面掌握城市內澇隱患點的危險性、承災體易損性和城市內澇防災減災能力，進一步提高城市內澇災害風險預警評估能力。檔案主要包括經緯度信息、受內澇影響的主要承災體、有效防御措施、內澇點水浸信息、導致水浸的最小降水量等信息。

例如，維明路內澇隱患點檔案：位置處于116°52′13″E，38°19′15″N附近，通過調查可知導致水浸最小降雨量為1 h 16.3 mm，內澇點最大水浸高度約為20 cm，隱患點附近主要承災體有滄州市人民醫院、滄州市實驗小學、滄州市華信典當公司、人民醫院停車場等。隱患點的有效防御措施：在易積水路段，安裝積水監測、報警裝置，當積水達到一定深度，傳感器會通過警示閃爍器，顯示水深數據等，提醒過往車輛和行人變更行進路線或減速慢行，防止意外事故發生；打開雨水井蓋，清除入水口垃圾，進一步加快雨水分流，充分做好排澇物資、機械設備的儲備工作，保證排澇搶險供應，杜絕和減少受災損失。

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

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

2.3 基于承災體易損性的內澇等級劃分

城市內澇災害發生后，可能造成人員被困、交通中斷、房屋進水、車輛被淹，設施損壞等損失，不同的承災體受城市內澇的影響不同，根據城市內澇對不同承災體的影響程度，劃分出城市內澇對交通、商業、住宅、車庫等主要承災體的城市內澇等級。

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 劃分城市內澇氣象風險等級

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性進行分析。結果表明：1 h降雨量、3 h降雨量與城市內澇程度相關性較強，因此選取1 h降雨量、3 h降雨量表征城市內澇臨界氣象條件。通過對城市內澇歷史個例進行統計分析，根據內澇點積水深度信息及相應內澇點附近氣象站在對應時段的降水記錄，建立1 h降雨量、3 h降雨量與積水深度之間的關系，確定不同城市內澇等級的臨界雨量指標。

根據城市內澇對交通、商業和住宅、車庫等主要承災體的影響程度劃分城市內澇等級，將城市內澇氣象風險等級由強至弱依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個等級。城市內澇I級，發生城市內澇的可能性很大，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、住宅進水，造成嚴重經濟損失；城市內澇Ⅱ級，發生城市內澇的可能性大，1 h降雨量≥40 mm，3 h降雨量≥70 mm，積水超過汽車排氣管道，對發動機造成影響，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損失；城市內澇Ⅲ級，發生城市內澇的可能性較大，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；城市內澇Ⅳ級，發生城市內澇的可能性較大，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，機動車行駛緩慢，地下商鋪可能受到影響。

2.5 城市內澇風險預警業務

基于智能網格格點實況及預報結果，利用城市內澇風險等級劃分標準，制作城市內澇風險預警服務產品，產品內容信息主要有圖形、文字。圖形部分直觀展示內澇風險的分布和等級。利用智能網格格點的實況數據，生成高分辨率的地圖，清晰標示出不同區域的內澇風險等級。文字內容則是對圖形信息的補充和解釋，確保信息的全面性和易理解性[7-11]。文字內容包括災害性天氣預報信息，如降雨強度、持續時間、可能影響的區域等，以及城市內澇風險預警等級預報和發布時間等，進而開展城市內澇氣象風險預警業務。

3 結論

（1）城市內澇災害風險普查是開展城市內澇風險預警的基礎。城市內澇災害風險普查內容主要包括：城市地理信息收集、城市氣象、水文資料、城市內澇災害歷史個例數據、城市建設情況、城市內澇主要承災體情況等。城市內澇災害風險普查的方法有很多，主要有部門信息交換、實地調查法及文獻檢索法等。

（2）通過開展城市內澇災害風險普查工作，對收集的信息進行處理，建立城市內澇隱患點防御檔案，全面掌握城市內澇隱患點的危險性、承災體易損性和城市內澇防災減災能力，進一步提高城市內澇災害風險預警評估能力。檔案主要包括經緯度信息、受內澇影響的主要承災體、有效防御措施、內澇點水浸信息、導致水浸的最小降水量等信息。

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

參考文獻

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

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收稿日期：2024-06-10

基金項目：2022年度滄州市重點研發計劃指導項目“滄州市城市內澇風險預警關鍵技術與應用研究”（222108016）。

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