基于CORS网数据的河南“7·20”特大暴雨期间大气水汽分布特征分析

河南“7·20”特大暴雨导致了严重的城市内涝和多起地质灾害。大气水汽是发生极端降雨的主要驱动力之一,分析“7·20”特大暴雨期间大气水汽的时空变化,有助于提高对降雨-水汽区域性作用机制的认识。利用河南CORS网中8个GNSS测站的观测数据,反演了暴雨前后(7月17—24日)时间分辨率为5 min的PWV数据,在此基础上与基于ERA-5再分析数据通过积分求得的PWV值进行了对比,并结合实际降雨量分析了暴雨期间水汽的时空分布特征。结果表明:GNSS-PWV的偏差和均方根误差分别为0.4、2.3 mm;暴雨前3 d内PWV值呈现快速上升趋势,并在暴雨前3 h达到最大值,在7月22日后逐渐减少到正常范围;GNSS-PWV的变化趋势与实际降雨过程基本符合。研究结果可为基于GNSS观测数据的实时全天候气象预警工作提供一定的理论基础。

基于郑州“7·20”特大暴雨移置的山东省傅疃河流域洪水形势分析

在气候变化和快速城市化扩张的背景下,我国的极端暴雨洪涝灾害风险呈增加趋势。2021年,河南郑州市“7·20”特大暴雨造成了重大人员伤亡和财产损失,暴露出对特大灾害认识准备不足、防范组织不力、应急处置不当等诸多问题。以山东日照市傅疃河流域为研究对象,采用暴雨移置和洪水模拟的方式,拟定暴雨中心位于傅疃河上游三庄镇和下游日照街道两种方案,基于分布式水文模型和二维水动力模型分析了其在“7·20”特大暴雨情景下的洪水形势,并对比分析了两种方案的洪水过程影响。结果表明,两种方案下流域内的日照水库、马陵水库入库洪峰均超过其历史最大入库洪峰,下游社会经济区整体受灾范围分别为151.96 km2、166.02km2;暴雨中心位于城区时,下游区域平均淹没水深从0.46 m上涨至0.73 m,社会经济区受灾范围增加了9.3%。在现状工程条件下,山东日照市傅疃河流域在遭遇极端暴雨时,将有较大范围的居民聚集区、重要社会机构和基础设施受到洪水的侵袭,因而参考极端暴雨情景分析进行应急预案的编制和汛前演练尤为必要。

郑州“7·20”特大暴雨降水特征及其内涝影响

基于郑州市自动气象观测站资料,对河南郑州2021年“7·20”特大暴雨的降水极端性、降水时段、小时降水变化等特征及其内涝影响进行分析,提出超标准降水条件下内涝防治的建议。分析表明:河南郑州“7·20”特大暴雨是一次极端强降水天气过程,可以分为5个明显的降水阶段,第三阶段和第四阶段呈现短时强降水频发、重发特征,特别是20日12—18时郑州市主城区连续出现80 mm以上的小时降水,是造成郑州市主城区严重城市内涝的主要原因。按照现有的内涝防治设计标准,郑州市主城区仍不足以防范此种强度的降水,但仍可以通过完善城市内涝防治的超标应急系统、提高城市易涝点内涝防治标准等措施减轻内涝灾害。

郑州主城区2021年“7·20”特大暴雨洪涝特征及应对策略

2021年7月17-23日,河南省遭遇历史罕见强降雨,形成了严重的洪涝灾害。郑州市受灾最为严重,因灾死亡失踪人数占全省的95.5%,主城区更是发生了地铁5号线亡人事件等造成重大人员伤亡和引发重大社会影响的灾害。在摸清郑州市主城区洪涝来源、防洪排涝现状的基础上,分析了“7·20”特大暴雨、洪水、内涝的特征。以“7·20”特大暴雨灾害暴露的问题为导向,针对郑州市主城区,提出了降低暴雨致灾力、提升工程防灾力、减小承灾体暴露度、增强城市承洪韧性等应对超标准暴雨洪涝的对策与建议。

从全球气候变化角度看2021年河南“7·20”特大暴雨

2021年7月17-23日,河南多地发生极端强降水,这次特大暴雨过程累计雨量大、强降水范围广、降水极端性强、短时强降水时段集中、持续时间长。河南“7·20”特大暴雨是东亚大气环流异常协同作用的直接结果,也是全球气候变暖背景下极端强降水事件频发的具体表现。近年来全球暴雨洪涝、高温热浪、干旱、台风等气象灾害频发强发,极端事件对经济社会发展造成的影响趋于严重,我国应对极端天气气候事件需坚持综合应对、科学应对、有效应对,不断提升应对极端灾害的能力。

郑州中心城区2021年“7·20”特大暴雨洪涝复盘模拟分析

2021年7月17-23日,河南省发生历史罕见特大暴雨,全省遭受严重洪涝灾害,造成了重大的人员伤亡和财产损失,其中郑州市受灾尤为严重。为了支撑国务院郑州“7·20”特大暴雨灾害调查组的相关工作,采用洪水分析软件IFMS/Urban构建郑州中心城区暴雨洪涝模型,对中心城区积水情况进行了模拟,并分析了郑州市主要内河的水位情况,为揭示灾害成因和重构灾害情景提供依据及参考。

2021年郑州“7·20”特大暴雨五龙口停车场内涝及地铁隧洞进水分析

五龙口停车场位于郑州市贾鲁河流域的五龙口明沟排水片区,区内涝水主要通过五龙口明沟排泄。经过调查勘测与资料分析,停车场场区地势较周边道路及街区明显低洼,郑州“7·20”特大暴雨过程场区积水主要为停车场场区及明渠起点上游汇水范围内涝水。研究构建了五龙口停车场内涝分析模型,由五龙口明沟排水范围地表二维水动力模型、五龙口明沟的河道一维水动力模型以及隧洞进水模型构成,并利用郑州“7·20”水灾调查结果对模型进行了合理性分析。为全面分析五龙口停车场挡墙倒塌、五龙口明沟西侧堆土与明渠起点盖板对五龙口停车场及周边积水、地铁隧洞进水影响,研究利用五龙口停车场内涝分析模型对4种工况情景展开模拟分析,分析结果表明,若五龙口明沟明渠起点附近不存在临时堆土、盖板,五龙口停车场挡墙不发生倒塌,环保路与蓝天路交汇口最大积水深度可降低0.35 cm,五龙口停车场进出场地铁隧洞的最大进水流量可减少约50%,进水总量可减少约60%。

郑州市“7·20”特大洪水对地铁工程防洪影响研究

近年来,随着全球气候变化,极端气象和气候事件频繁发生,严重影响了城市地下建筑工程的发展。针对2021年7月20日郑州发生的特大暴雨(简称“7·20”暴雨),提出了暴雨洪水广义极值分布模型和重现期计算方法。基于二维-非恒定流理论,构建了城市洪水模拟模型,对城市洪水进行了模拟。计算表明,郑州“7·20”暴雨超过了千年一遇水平。选择郑州市环型地铁5号线为计算实例,基于地铁5号环线的建筑工程分布特征并综合考虑地表与地下雨洪汇流特点,沿地铁5号线路设计了36个洪水风险点。应用暴雨模拟模型计算得到了地铁5号线沿途36个洪水风险点对应于不同洪水频率的淹没水深。通过对洪水模拟模型有关参数的验证,结果证明,计算得到的研究区域范围内的洪水过程基本符合研究区低洼处的洪水淹没情况,该模型也可以准确地描述市区街道洪水形成过程、道路和桥梁交汇处的累计淹没水深。构建的模拟模型也可以合理地模拟城市河道排水情况。计算结果表明,以郑州“7·20”暴雨为洪水设计验证标准,就地铁5号线而言,大多数洪水风险点的淹没水深超过2.0 m,最大淹没水深接近3.0 m。根据洪水模拟和重现期计算结果,提出了郑州市地铁工程洪水风险分类方法,并提出了洪水预警措施。通过检验证明,研究结果对于城市短历时极端暴雨分析、城市地下空间建筑工程防洪以及城市地铁线路运行管理都具有十分重要的参考价值。

郑州“7·20”暴雨的精细化特征及主要成因分析

为研究2021年7月20日郑州地区历史罕见暴雨洪涝灾害的精细化特征及其成因,基于实况观测和再分析资料,采用合成分析、距平分析等统计方法对此次暴雨过程进行了分析。结果表明:郑州“7·20”暴雨过程具有突发性极强、短时雨量极强、降水极端性突出的特征;200 hPa存在异常偏强且稳定的高空槽及高空冷涡,使暴雨区上空高层具备强的辐散条件;偏强偏北的副热带高压、台风“烟花”和“查帕卡”向暴雨区持续输送了大量水汽;郑州上空回波发展旺盛,且有对流性回波不断汇聚,呈现明显的“列车效应”;在地形作用下,郑州具备比周边更强烈的低层辐合及上升运动条件,对降水量的增幅起到了重要作用;高、中、低空极为有利的环流配置、极强的水汽条件,以及地形的增幅作用共同导致了此次致洪暴雨过程。

2021年郑州“7·20”特大暴雨洪水模拟与分析

2021年郑州“7·20”特大暴雨引发了严重的城市内涝、流域洪水等灾害,造成了重大人员伤亡和财产损失。为了全面反演分析郑州“7·20”特大暴雨及其引发的洪涝灾害过程,通过选定位于郑州市的典型流域贾鲁河流域为研究区,在结合实地调查基础上,构建了基于HEC-HMS模型的郑州市贾鲁河流域水文模型,对“7·20”特大暴雨引发的洪水过程进行了复盘,并分析了暴雨的分布情况及流域内各大支流的径流贡献量,此外采用水量平衡理论计算分析了城区积滞水量。结果表明,本次特大暴雨具有降雨量级大、持续时间长、分布范围广的特点,2021年7月19-22日流域累计降雨量9.98亿m^(3),面平均雨量达495.24 mm,暴雨中心位于二七区;索须河得益于水库联合调度,径流量较小(0.10亿m^(3)),金水河和潮河的径流量最大(0.21亿m^(3)和0.24亿m^(3));城区积滞水量约1.40亿m^(3),平均积滞水深度约为0.37 m。研究可为城市洪涝灾害应对措施的制定提供有益参考。

基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析——以郑州市石佛镇“7·20”特大暴雨为例

针对极端暴雨洪涝灾害缺乏全流程系统性研究的问题,提出了基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析方法,在划分子流域的基础上,以降雨—径流—淹没为序,对河南省郑州市“7·20”特大暴雨灾害进行了推演模拟,并对试验区内的建筑及交通进行了受灾评估。将模型计算结果与卫星影像数据对比,表明其与洪涝的实际范围、深度基本吻合,可见本文所提模型能够在数据精度不高或缺失的应急情况下,快速地推演与模拟郑州市石佛镇大范围洪水淹没情况,为城市极端雨洪灾害模拟提供参考,具有实际应用价值。

基于Parsivel降水现象仪资料的郑州“7·20”罕见特大暴雨微物理特征分析

利用郑州Parsivel降水现象仪资料,结合新一代多普勒雷达和常规观测资料,分析了郑州2021年7月20日罕见特大暴雨的微物理特征,主要结果为:(1)本次特大暴雨是受弱冷空气和6号台风“烟花”北侧东南气流共同影响造成的,深厚的暖湿空气、对流不稳定的大气层结、郑州附近地面东南风与西北风的强辐合利于极端暴雨的发生和维持。暴雨期间,在郑州的中尺度对流系统强度大,大于55 dBZ的强回波持续时间长,造成罕见的强降水。(2)本次暴雨过程中,直径小于2.0 mm的粒子对雨滴总浓度有主要贡献,为84.7%;直径为1~4 mm的粒子对总雨量有主要贡献,为83.9%,其中直径为2~3 mm的中粒子对总雨量贡献最大,为36.7%。(3)不同雨强的平均雨滴谱分布特征差异较大。雨强为10~100 mm·h^(-1)时,随着雨强增大,直径小于2.0 mm的粒子数密度变化不大,直径大于3.0 mm的粒子数密度明显增加,同时谱宽不断增大,表明雨强的增大主要受大粒子浓度增加所影响,当雨强大于100 mm·h^(-1)时,随着雨强增大,小粒子、中粒子和大粒子的数密度几乎同时增加,表明雨强的增大是各种尺度粒子同时增大所导致的,γ分布的3个参数N_(0)、λ和μ随着雨强增大变化较小,斜率λ和形状因子μ倾向于固定数值。

2021年河南“7·20”特大暴雨灾害影响特征分析及建议

2021年河南“7·20”特大暴雨洪涝灾害造成严重人员伤亡和财产损失。从河南全省角度,对此次灾害事件灾情的极端性和灾害影响特点进行了分析。分析结果显示,河南此次灾害事件损失远超常年平均水平,灾情的复现概率值约为0.03;对县域的绝对和相对影响存在较为明显的空间分异;对新兴县域影响较重,反映出快速城市化进程和灾害防治能力的不匹配。梳理了此次灾害事件中暴露出的灾害防治体系的不足,通过与日、英、美等发达国家大型城市防灾减灾措施的对比,针对如何加强快速城镇化背景下我国城市暴雨洪涝灾害防范应对能力提出了意见建议。

河南郑州“7·20”特大暴雨洪涝灾害应急管理碎片化及综合治理研究

全球变暖背景下多发频发重发的暴雨洪涝灾害影响着中国城乡区域。应急管理是保障人民生命财产安全的最后一道防线,碎片化现象严峻制约了应急管理效能的发挥。2021年河南郑州“7·20”特大暴雨洪涝灾害应对暴露了应急管理碎片化问题。为此,研究了“7·20”特大暴雨灾害中各应急主体碎片化行动的表现与负面影响,并提出了暴雨洪涝应急综合治理的建议,以期提高中国暴雨洪涝应急管理的效力,为其他城市地区提供借鉴与经验。研究发现:(1)应急管理碎片化是由应急制度碎片化、应急组织设计碎片化、应急信息碎片化、应急意识碎片化、应急主客体碎片化等多方面原因组成,尤其应急制度碎片化影响着其他四个方面。(2)应急制度碎片化导致郑州市各应急主体应急行动缺乏协同、应急职责履行失败;应急权责碎片化导致应急管理错位、缺位;应急信息碎片化导致紧急应急决策与灾后学习的难度大;应急意识碎片化加剧灾害风险与管理难度;应急客体碎片化导致弱势地区及弱势人群的受灾脆弱性高。(3)暴雨洪涝灾害应急管理碎片化的综合治理措施包括促进防汛应急制度衔接整合,落实防汛演练,实现全过程应急管理;优化防汛应急组织设计,完善统筹协调机制,促进权责匹配,建立防汛信息共享平台,利用先进科技获取更全面的灾害信息,加强应急培训,转变领导思路促进应急防汛意识文化整合,以实现均等化为目标,打破应急服务的二元观念与体制。

上海模拟重演郑州“7·20”特大暴雨情景分析

在全球气候变化背景下,近年来极端降雨频发。城市人口和资产高度集中,一旦发生超出设防标准的暴雨洪水,则有可能影响整个生命线系统的正常运行,甚至危及人员生命安全。上海市受特殊地理位置和气候条件影响,极易受到台风、洪涝和风暴潮灾害及遭遇组合的影响。利用已有的上海城区洪涝仿真模型,模拟分析了郑州“7·20”特大暴雨在上海城区分别以徐汇区、黄浦区和浦东新区世纪大道为暴雨中心的3种情景重演的内涝风险分布。结果表明,从总体淹没程度看,暴雨中心位于浦东新区世纪大道较另外两种情景有所加重,3种情景下上海市城区大部分区域淹没水深超过了0.5 m,淹没面积最大达1 597.3 km^(2),积水路段总长超过800 km,中心城区道路积水尤为严重,路段最大水深达1.35 m,势必会造成严重的影响和损失。华山医院、五角场、西藏南路隧道、浦东机场和世纪大道附近等5处典型位置的水深最大分别达0.70 m、0.60 m、0.46 m、0.59 m和0.94 m。分析结果可以为上海市水旱灾害防御部门制定极端暴雨应对方案提供一定的参考。

2021年河南“7·20”特大暴雨重大险情处置关键技术措施

在2021年7月河南特大暴雨抢险救援中,中国安能充分发挥专业优势,创新采用动力舟桥救援转移新乡洪水受困群众,采取多型大功率排水车“多面布点、梯次接力”强排京广隧道积水,采用“右岸裹头抢护、左岸单戗立堵”封堵卫河决口,采取在坝体两岸开挖泄流槽紧急泄流解除郭家咀水库溃坝险情,完成了所承担的重大险情处置任务。总结了科学方案、专业队伍和先进装备是抢险救援技术制胜的关键因素,提出了强化洪涝灾害抢险救援能力,一是要加强灾害科学与工程的基础研究,二是要建强抢险救援专业队伍,三是要研制配发先进抢险装备。

基于Sentinel-1和Sentinel-2影像的河南扶沟县洪涝灾害遥感监测评估研究

洪涝灾害是我国最主要的自然灾害类型之一,发生频率高、影响范围广,对社会经济发展和人民生命财产安全构成严重威胁。选取河南郑州“7·20”特大暴雨事件中受灾较为严重的河南扶沟县为研究区,基于洪涝灾害发生前后的Sentinel-1和Sen-tinel-2影像,利用支持向量机对灾前的Sentinel-2影像进行土地利用分类,基于Sentinel-1影像利用水体指数SDWI对灾中、灾后的水体范围进行提取,并结合GIS对研究区的灾情进行评估。结果表明:①基于支持向量机提取的土地利用分类图,总体精度达95.85%;②利用SDWI水体指数法提取的水体范围结果显示灾中、灾后的水体面积分别为36.468 km^(2)、18.770 km^(2),总体精度分别为97.6%和95.4%;③由灾情评估结果可得,曹里乡的受灾情况最为严重,最大水体变化面积达到12.63 km^(2)。

基于复杂网络的郑州市特大暴雨洪涝灾害链研究

以郑州“7·20”特大洪涝灾害链作为案例,采用危险与可操作性分析(HAZOP)法,对城市洪涝灾害的节点和传播路径进行建模,并结合复杂网络理论,选用度、边介数、平均路径长度、连通度等指标定量分析城市洪涝灾害链的脆弱性、关键节点和关键传播路径。在此基础上,提出断链减灾策略,并对其减灾效果进行科学评估。结果表明郑州“7·20”特大洪涝灾害链中节点度数、点介数和特征向量中心度都将关键事件指向交通中断、抗洪物资供应不足、应急指挥不力、地铁进水、生产线爆炸等,而“抗洪物资供应不足-暴雨洪涝”“交通中断-抗洪物资供应不足”“应急指挥不力-暴雨洪涝”这三条边对整个灾害链网络的结构起到关键作用。应急供电、应急通信、应急交通和停工停产可以有效断链减灾,并且以应急供电的断链减灾效果最显著。相关结果可以为有效应对城市洪涝灾害链提供知识图谱,辨识关键节点和传播路径,并建立断链减灾策略。

基于精细化水动力模型的城市内涝特征分析及风险评估

伴随着气候变化和城市化进程,城市水文循环发生了显著变化。为了精细刻画暴雨条件下的城市洪涝问题,以巢湖市典型城区为研究区,构建具有物理机制的全过程分布式水文水动力洪涝模型,以巢湖市10 a、20 a、50 a、100 a一遇的设计暴雨以及迁移郑州“7·20”暴雨作为输入条件,模拟不同工况下巢湖市洪涝淹没风险情况。研究表明:(1)研究区内风险等级为蓝Ⅳ级的面积占比超过研究区域的26%,在不超过10a一遇降雨条件下,现有的泵排工程能满足排水需求;(2)在4种设计暴雨情境下研究区内有8个点呈现较大内涝风险,而在迁移郑州“7·20”降雨条件下,全研究区将发生严重的洪涝;(3)在4种设计暴雨情境下,精细化水动力模型和SWMM比较结果相近,而在郑州“7·20”级别的极端暴雨情境下,精细化水动力模型由于模型机制,结果优于SWMM模型。

暴雨内涝情景下城市路网通行效率变化与修复策略——以郑州7·20暴雨灾害为例

测评城市交通运转效率、识别关键枢纽路段,对于提升城市韧性、增强城市应对极端天气或突发事件的能力具有重要意义。文章在空间句法模型基础上构建了一种新的城市路网运转效率评价方法,从“全局—局域”“穿行性—集成性”综合集成的视角评价了郑州7·20特大暴雨灾害前后的路网效率变化情况,开展关键节点识别和故障路段修复次序的优化研究。结果表明:①文章所提出的路网效率评价方法能够有效刻画城市道路网综合运转状态,定量评估网络节点失效对路网运转性能的影响程度。②交通网的受损将影响到交通流的重新分配,导致交通流分布与沿线设施的关联度下降。灾后交通运转效率的降低是绕行行为增加、路网集成能力减弱、局部出行行为减少以及交通流与沿线设施分布不匹配综合作用的结果。③根据路网效率恢复弹性可对比择优不同的修复策略,确定关键节点的修复次序,位于主干道上的半阻断点较之位于次干道上的全阻断点宜被赋予更高的优先级。