郑州“7·20”特大暴雨内涝成因及灾害防控

当前全球气候变化导致洪涝灾害频繁发生,尤其一些高强度、极端性的城市降水洪涝事件更是严重损害了人民群众的生命财产安全。郑州“7·20”特大暴雨内涝灾害是新中国成立以来最严重的城市内涝灾害,国内外专家学者对暴雨的特性及成因、内涝形成机理与防治途径等开展了大量研究。系统回顾郑州“7·20”特大暴雨城市内涝灾害,梳理了近年来城市内涝及郑州“7·20”特大暴雨内涝灾害的相关研究和主要成果,解析了郑州“7·20”特大暴雨的重现期、时空分布、形成机理等特性;分析了内涝形成机理与防治途径以及城市排水防涝基础设施、洪涝应急指挥、风险管理和城市规划中存在的主要问题。“7·20”特大暴雨具有极端性和难预测性的特点,其中单日和累积降水均超过历史极值。台风、地形以及“雨岛效应”的耦合影响造成了此次强降水天气过程。“7·20”特大暴雨城市内涝灾害暴露出郑州城区排水防涝基础设施、建设存在明显短板,河道防御体系存在瓶颈,应急设施和管理能力不足等问题。基于上述问题,应适当调整内涝防治标准,增强洪涝风险管理与规划建设管控措施,建设外洪内涝同防控的工程体系,加强城市洪涝智慧调度与应急指挥决策等方面的能力。

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。

突发暴雨灾害应急协作网络研究——以郑州“7·20”特大暴雨为例

构建突发灾害应急协作网络,明确应急主体职能分工,是我国应急管理体制建设的重要组成部分。基于郑州市“7·20”特大暴雨灾害,运用社会网络分析法,构建整体网络二维分析框架,依据网络规模、网络凝聚力、网络密度、中心度及凝聚子群等指标进行测度,揭示突发暴雨灾害应急协作网络整体结构与主体角色特征。研究结果表明,郑州突发暴雨灾害应急协作网络类型为闭合紧密型,组织间联系紧密,但领导组织较多,导致应急主体职能交叉,应急效率降低。因此,在突发暴雨灾害应对过程中,应明确领导机构权责划分,加强权力与资源的下放,进一步发挥协作网络在应急管理中的优势。

以郑州“7·20”特大暴雨为例探讨城市气象灾害应急响应处置机制

随着城市化进程的加快,城市气象灾害对城市生产和生活的影响日益显著,城市气象灾害的防御和处置工作将更加重要。以2021年河南郑州“7·20”特大暴雨为例,详述了本次特大暴雨过程及气象预警服务和应急处置措施,剖析了当前我国城市气象灾害应急响应机制不健全、应急处置滞后等问题,提出了如何进一步完善城市气象灾害应急管理机制及处置预案等建议。

郑州“7·20”特大暴雨雨滴谱特征分析

暴雨的发生是多尺度条件和宏微观物理过程相互作用的结果,对暴雨降水微物理特征的分析是研究暴雨形成机制的重要一环。2021年7月20日15:25-17:27(北京时,下同)一强中尺度对流系统影响郑州,累积降水量312.1 mm,简称为极端暴雨降水。除极端暴雨降水时段,20日08:00-20:00其他时间累积降水量183.4 mm,简称为暴雨降水。本文利用郑州降水现象仪观测资料,对比分析了极端暴雨和暴雨降水的雨滴谱和积分参数特征,主要结论为:(1)暴雨对流降水不同雨强的平均雨滴谱随着雨强增大,直径D小于1.0 mm的小雨滴数密度增加得较少,中等(1.0<D≤3.0 mm)和大(D>3.0 mm)直径雨滴数密度增加得较快;极端暴雨不同雨强平均雨滴谱随着雨强增大,各直径档雨滴数密度都明显增大,同时平均雨滴谱粒子数密度之间的差异比较复杂,有时小雨滴数密度差别大,有时较大雨滴数密度差别大,不同雨强平均雨滴谱之间的差异导致参数随着雨强增大的变化特征有显著不同。暴雨参数D_(m)(lgN_(w))随着雨强增大而逐渐增大(稍微增大),表明粒子直径的增大是暴雨降水雨强增大的主要因素,粒子浓度的增加是次要因素。极端暴雨降水参数D_(m)(lgN_(w))随着雨强增大的变化趋势有不同的变化特征,指示极端暴雨降水不同雨强雨滴谱的形成机制可能存在不同。(2)参数lgN_(w)-D_(m)分布显示,暴雨和极端暴雨对流降水雨滴谱都是以大陆性对流降水为主,暴雨对流性降水雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和少量冰相控制;而极端暴雨降水雨强小于100 mm·h^(-1)时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和冰相控制,雨强大于100 mm·h^(-1)时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合。(3)暴雨降水中存在少量平衡雨滴谱(约占2.8%)和较大比例的过渡谱(约占60.5%)。极端暴雨降水中没有平衡谱,但过渡谱有极高比例(约占83.9%),表明雨滴破碎过程在极端暴雨降水中有更广泛的作用。

河南省西平县小洪河郑州“7·20”特大暴雨移置洪水响应分析

为提高河南省西平县小洪河流域防洪水平,通过暴雨移置法将郑州“7·20”特大暴雨移置到洪汝河流域,分析小洪河流域在“7·20”特大暴雨条件下的洪水过程。结果表明:在郑州“7·20”特大暴雨条件下,西平县小洪河流域水利工程(除石漫滩外)均超保证水位;水库大坝、河道堤防均有可能出现漫溢、溃坝、决堤险情;小洪河堤防险工处可能决口;滞洪区、行洪区需全部投入运用。提出了针对性改善建议:在防洪工程调度运用中对大中型水库工程防洪库容试行全部拦蓄原则;完善滞洪区、行洪区群众转移预案编制;变更小洪河桂李站保证水位为62.51 m,保证流量为420 m^(3)/s;建立小洪河洪水演进模型等。

重大自然灾害事件的网络舆情传播及网络表达——基于河南郑州“7·20”特大暴雨

随着网民在微博等社交媒体平台参与度不断提升,越来越多的网民开始关注热点事件,并不断发表个人言论。以2021年河南郑州“7·20”特大暴雨为研究个案,基于新浪微博2021年7月18日至8月6日的全量数据,分别从时间、发布主体、网民情绪演化和高频词四个视角探寻网民对该网络舆情事件发布主体情绪的类型、特征、强度和规律。研究发现:预警期“好”“恶”、应急期“好”“恶”、灾后期“好”“哀”等这几个类别平均情感强度较大,通过了解和把握发布主体的情绪呈现及其舆情特征,可为政府及其有关部门舆情监测和舆论引导提供新的思路。

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“7·20”特大暴雨河道堤防险情调查分析

2021年郑州“7·20”特大暴雨期间,郑州市域内河道堤防出现河道漫溢、堤防决口、岸坡坍塌及拦(跨)河建筑物损毁等险情。在现场查勘基础上,围绕河道堤防等工程治理、运行维护、应急处置等环节分析了河道堤防有关险情发生的原因,总结了经验教训,并对灾后重建提出了对策建议。

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。

准组织化:“互联网+线上应急救援”的实践路径和现实困境——以河南郑州“7·20”特大暴雨灾害事件为例

为响应我国应急管理现代化和信息化建设需要,采用参与式观察、网络民族志和深度访谈方法,从准组织化集体行动视角切入,对河南郑州“7·20”特大暴雨灾害事件中救援模式相对成熟的“互联网+线上应急救援”实践路径和现实困境进行探讨。研究结果表明:线上应急救援实践路径涵盖聚合、运转、高效、离散4个阶段,且以持续不断的行动流呈现,具有准组织化集体行动特征;同时,线上救援形式面临“合法性”不确定、救援质量不稳定、风险评估主观性和政府正式沟通渠道有限性等现实困境,研究结果可为我国应急管理信息化建设提供参考。

基于遥感数据光流场的2021年郑州“7·20”特大暴雨动力条件和水凝物输送特征分析

本文针对2021年7月20日河南省郑州市发生的"7·20"特大暴雨天气过程,主要基于FY-4A静止气象卫星成像仪和地基天气雷达遥感数据,利用光流法分别计算遥感数据图像的光流场(Optical Flow Field)。经与FNL数据水平风和地面风速观测对比表明,气象卫星和雷达光流场可以近似反映大气和云系的高空和低空的运动特征。在此基础上,分析了与暴雨天气过程有关的动力条件和水凝物输送特征。结果显示,在20日午后,存在从华南经河南延伸至华北"西南—东北"走向的水汽和云水输送带,其中对流活动非常明显,并一直延伸至河南中北部的既有云系中,为河南郑州地区特大暴雨的形成提供了有利的水汽和云水输送条件。20日午后至16时(北京时)最强降水发生前,郑州地区低空由辐散转为强烈的气旋状辐合,并且高空的反气旋涡度增强,表明郑州地区整个降水系统上升运动增强。在最强降水发生前,从郑州地区南侧输入的水凝物急剧增加。这些结果表明,郑州地区不仅存在大量水汽输入,同时还有大量水凝物随强对流云输送进入到大范围降水系统的上升运动区,可能极大地加速了水汽转化为云水进而形成降水的微物理过程转化速率,这可能是此次郑州特大暴雨快速增强的主要成因。本文提出的基于遥感数据光流场的分析方法在暴雨短临预报和预警中有显著的应用潜力。

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。

城市地下空间洪涝水灾应急响应:问题、成因与对策——基于郑州“7·20”特大暴雨国务院灾害调查报告的启示

城市地下空间已成为城市关键基础设施,但也日益成为风险积聚洼地,如何科学认知并应对城市地下空间各类灾害成为城市公共安全治理的重要问题。通过梳理典型自然灾害对城市地下空间的冲击及应对过程,借鉴应急管理经典理论,构建了城市地下空间洪涝水灾应急响应分析框架。对河南郑州“7·20”特大暴雨灾害调查报告进行了内容分析,揭示“7·20事件”暴露出的应急响应典型问题,从空间特征和因素(制度、行为)两个维度分析其成因,进而提出应急响应优化对策,以期减轻因灾导致的人员伤亡和财产损失。

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%。

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。

“全民看海”到“自救互救”:极端天气事件的社会化传播与救援实践——以郑州“7·20”特大暴雨灾害为例

近年来极端天气事件更加频繁、剧烈,成为社会化媒体中灾难议题的新面向。现以郑州“7·20”特大暴雨微博话题为研究对象,采用社会网络分析对社会化实时传播与救援实践展开研究。研究发现,多元主体在合奏中形成自由、互通、互达的传播网络;通过多重叙事建构此次事件,以官方界定为分界点,划分为在场化调侃和全民行动两个阶段。因此认为极端天气事件具有液态的自发性组织传播机制和“非正式”救援与“全民”救援并存的实践机制。

郑州“7·20”特大暴雨卫星云图和双偏振雷达特征分析

利用常规气象观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、FY-2G静止卫星及郑州和洛阳CIN-RAD/SA雷达资料,结合探空和地面逐小时区域自动站资料,对“7·20”郑州特大暴雨的环流背景、卫星云图、双偏振雷达特征进行了分析。结果表明:中低层低涡、切变线和200 hPa强辐散的叠置,为郑州“7·20”特大暴雨提供了强劲的动力条件;副热带高压偏强偏北,致台风“烟花”和“查帕卡”外围的东南和偏东急流持续向郑州输送水汽,为“7·20”特大暴雨提供了充分的水汽和能量。卫星云图上,“7·20”特大暴雨主要由2个MαCS和1个MCC所致;在中低层低涡发展初始阶段,2个MβCS增强合并形成MαCS;随着低涡环流的增强,MαCS发展为“块”状和半封闭的螺旋弯曲云带,郑州特强降雨(≥100 mm/h)发生在弯曲云带内。雷达图上,风暴低层前部出现“V”型弱反射率回波缺口,入流速度达16~18 m/s,促使分散的积云回波聚集形成“团”状强风暴;风暴低层强入流的前方有ZDR≥3 dB的半圆弧,而ZDR弧内侧则对应KDP≥3.1°/km和反射率≥55 dBZ的强回波。极强入流促使大量水汽在郑州上空辐合抬升,形成高密度和大直径雨滴聚集区,是郑州极端雨强(201.9 mm/h)产生的直接原因。暴雨过程中,小时最大雨量≥40 mm时,对应区域KDP值为1.7~2.4°/km;小时最大雨量≥100 mm时,KDP≥3.1°/km的回波连成片,伸展高度超过2.2 km,并持续30 min以上。

郑州“7·20”特大暴雨灾害对中国铁路运网的冲击过程和机制

特大暴雨是极端天气,其引发的洪涝灾害给社会经济带来严重损失。铁路是国民经济的大动脉,铁路枢纽既是线路连接的中枢,也是客货流集散的中心。发生在枢纽地区的特大暴雨,在网络关联效应等规律的支配下,将灾害影响通过线路向外传导并放大,从而波及整个铁路网。本文基于列车停运数据,系统分析了郑州“7·20”特大暴雨灾害对中国铁路运网的冲击过程和灾情传播机制。结果表明:(1)从冲击初期到冲击中期,中国铁路运网受冲击节点逐渐增多,停运强度从暴雨冲击中心向外围递减,停运线路从局部线路向关联网络扩散,停运网络从受冲击中心中原地区沿“米”型网络向外围蔓延;冲击末期,停运节点数量减少,停运强度降低,停运强度高值节点和停运网络从外围向暴雨冲击中心收缩。(2)不同承灾体面对同一冲击时,运网形态和结构作出的响应存在分异,高铁更敏感,其恢复力更强。(3)停运网络层级性显著,择优链接效应明显,灾情首先传导至直接关联节点和关联线路再进行扩散;层级性减弱时择优链接效应也随之减弱,集聚性降低,区域小集团数量减少,一体化程度增强,传输效率提升;层级性增强则相反。(4)由于运网的一体性、关联性、沿线传导性等特征,导致运网受灾害冲击时,不仅仅在灾害中心发生停运现象,还会涉及相关节点、线路及其关联区域。本文可为提升中国铁路运输综合防灾、减灾能力,实现安全、可靠运营提供科学依据。

郑州“7·20”特大暴雨后常庄水库主坝综合物探分析

2021年郑州市“7·20”特大暴雨过程中,常庄水库主坝下游坝坡先后出现多处渗水、塌坑等险情。为探测坝体是否存在渗流隐患、查明险情后主坝质量情况,采用探地雷达与高密度电法相结合的综合物探手段对大坝进行探测分析。依据工程特点和出险位置,分别采用探地雷达对上、下游坝坡及坝顶进行探测,并采用高密度电法对下游坝坡进行探测。结果表明:在探测范围内大坝土体总体均匀密实,未见明显的空洞缺陷或渗漏通道等不良病害,但大坝下游坝坡浅层土体相对欠密实,可能是暴雨过程中诱发下游坝坡出现渗水、塌坑等险情的主要因素。