郑州“7·20”特大暴雨移置合肥市洪涝分析

分析郑州“7·20”特大暴雨形成条件,合肥市发生郑州“7·20”特大暴雨的可能性是存在的。为深刻吸取特大暴雨灾害教训,将郑州“7·20”特大暴雨移置至合肥市,开展模拟计算和洪涝分析,为防范此类暴雨洪水、完善防御超标准洪水预案及城市防洪规划提供参考。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

“7·20”强降雨影响下的常庄水库泄洪风险分析

“7·20”强降雨影响下常庄水库大流量泄洪对下游防洪风险影响显著,尤其是下游贾峪河倒虹吸段的安全泄洪直接关系南水北调中线干渠的运行安全。通过常庄水库调度记录推算“7·20”强降雨引发的入库洪水过程和泄洪过程,综合泄洪期间的多源影像资料获取泄洪淹没信息;然后通过无人机航拍并基于运动恢复结构技术获取水库下游分析区域地形数据,借助二维水动力学模型反演分析“7·20”强降雨期间的常庄水库泄洪下游淹没情况;通过模拟分析水库下游至贾峪河倒虹吸处的淹没水深、淹没时长和流速等特征数据,研究分析“7·20”期间贾峪河倒虹吸的泄洪安全性,对常庄水库泄洪引起的洪水风险进行了综合评估。

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。

对郑州“7·20”洪水中水库作用的分析与思考

为了及时复盘“7·20”洪水期间水库的调度运用过程,总结调度方法和效果,为今后水库调度运行提供案例参考和科学指导,本文通过收集气象、水文及水库管理部门的实测资料,经现场调研和数据分析,对水库的防洪抗洪作用进行了客观论述与评价。结果表明,水库承担着防洪、供水、灌溉等重要兴利减灾功能,利用水库调蓄洪水,削减洪峰,能够有效地减免下游洪灾损失,最大程度地保障下游防洪安全。

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。