导读： 城市内涝防治是一项系统工程, 包括源头控制设施、排水管渠设施和综合防治设施。城市降水的强度及其持续时间是源头控制中首先需要考虑的要素, 直接影响到城市排水能力的设计。已经发生的气候变化导致了中国不同区域的降水强度及其持续时间的显著增加。强度较大的降水主要发生在105°—122°E之间和35°N以南, 而持续时间越长、强度也越强的极端降水事件主要发生在100°—122°E之间、40°N以南的中国东部地区。建议, 城市内涝防治体系在进行城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期的规划时, 应该充分预估已经发生的气候变化的影响, 以科学有效地实现城市内涝防治的源头控制。

近年来, 中国城市内涝灾害频发, 不仅造成了惨重的人员伤亡和财产损失, 也严重影响了城市经济的正常发展。2007年7月18日, 山东省济南市因洪涝灾害造成至少34人丧生, 直接经济损失达12亿元^[1]；2008年6月13日, 深圳市因暴雨灾害造成5人死亡、2人失踪、数十万人受灾, 全市1000多处内涝水浸, 近万家企业被迫临时停业^[2], 直接经济损失超过5亿元^[3]；2008年8月25日, 上海市因暴雨灾害造成中心城区150多条马路积水, 超过1.1万户民居进水, 徐家汇等地一度交通严重拥堵^[4]。2010年住房和城乡建设部组织开展的全国范围内351个城市调研发现, 在2008—2010年的3年间, 全国有62%的城市都曾发生过内涝事件, 内涝发生3次以上的城市有137个^[5]。2012年中国有184个县级以上城市遭受了不同程度的内涝灾害^[6], 特别是北京“7·21暴雨”, 造成79人死亡、10660间房屋倒塌, 160.2万人受灾, 经济损失116.4亿元。以2012年的北京“7·21暴雨”为契机, 中国相继出台了《国务院办公厅关于做好城市排水及暴雨内涝防治设施建设工作的通知》(国办发[2013 323号)、《城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲》、《城镇排水与污水处理条例》、《室外排水设计规范》(GB 50014—2006, 2014版)和《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》(国办发［2014) 27号)等政策和标准文件, 建立了包括源头控制设施、排水管渠设施和综合防治设施的三段式城市内涝防治体系, 强化了源头控制政策措施, 排水管网标准已经与国际普遍标准接轨, 并确立了中国内涝防治标准, 城市排水防涝标准化工作取得了阶段性进展。由于城市内涝产生的原因非常复杂, 如何系统有效地解决城市排水防涝难题已经成为当前国家面临的严峻挑战。特别是, 2014年版的《室外排水设计规范》是以已经发生的强降水及其持续时间为基础规定的城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期, 没有充分预估气候变化影响导致的降水强度及其持续时间出现的新特征, 从而将可能严重影响城市内涝防治体系的排水能力。

2011年修订的《室外排水规范》首次提出城市内涝定义, 即强降水或连续性降水超过城市排水能力, 导致城市地面产生积水灾害的现象。城市内涝防治的根本目的在于将降水期间的地面积水控制在可接受的范围。根据2014年版的《室外排水设计规范》, 城市内涝防治设计重现期, 特大城市为50年到100年, 大城市为30年到50年, 中等城市和中小城市为20年到30年, 表明特大城市内涝防治设施至少应能抵御50年到100年一遇的暴雨。新标准还提高了雨水管渠设计重现期, 特大城市的中心城区为3年至5年, 大城市为2年至5年, 中等城市和小城市为2年至3年, 表明特大城市中心城区的雨水管渠最低应能抵御3年一遇的暴雨。

研究表明, 已经发生的全球气候变暖不仅导致了许多热带地区和高纬度地区的降水量增多, 而且使得强降水事件在美国、中国、澳大利亚、加拿大、挪威和墨西哥、波兰和前苏联均有所增加^［7]。全世界许多地区的研究都表明^[8], 20世纪后半叶中高纬度大部分地区的降水量增加, 强降水或极端降水频率也相应增加。气候变化背景下降水强度与降水持续时间的变化必将严重影响当前基于已经发生的强降水或连续性降水规定的城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期, 从而影响城市内涝防治体系的排水能力。为此, 城市内涝防治体系在进行城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期的规划时, 应该充分预估已经发生的气候变化的影响, 以科学有效地实现城市内涝防治的源头控制。

■气候变暖背景下中国气候变得涝时更涝

中国地处地球环境变化速率最大的季风气候区, 气候条件年际变化很大, 极端天气气候事件与气象灾害频发。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出^[9], 过去60年中极端天气气候事件, 特别是干旱、强降水、高温热浪等呈不断增多与增强的趋势。1901—2013年中国地表年平均气温呈显著上升趋势(图 1)。1914—2013年中国地表平均气温上升了0.91℃, 最近10—15年升温趋缓, 总体特征与全球一致。

气候变暖背景下1901—2013年尽管中国全国平均年降水量并无显著线性变化趋势, 但1961—2013年全国年累计暴雨站日数呈显著的增加趋势, 增加速率达3.8%/10a(图 2)。

1961—2013年, 中国全国区域性强降水事件的频次也呈弱的增多趋势(图 3), 期间共发生390次区域性强降水事件, 其中极端强降水事件37次, 严重强降水事件81次, 中度强降水事件158次, 轻度强降水事件114次。

研究表明^[10], 1956—2013年中国全国平均年暴雨量、平均年暴雨日数和年暴雨强度均呈增加趋势, 增加速率分别为3.18mm/10a、0.03d/10a和0.11mm/(d·(10a))。东部季风区1日、连续3日和连续5日最大降水量增加(减少)的站点数百分比分别为59.2%(40.8%)、54.4%(45.6%)和51.5%(48.5%), 显著增加(减少)的站点数百分比分别为5.1%(1.2%)、4.2%(2.5%)和3.7% (2.8%)。这表明, 中国极端强降水事件频数和强度确有增加趋势, 同时极端降水持续时间呈短历时性倾向, 使得气候变暖背景下中国气候变得涝时更涝。

■气候变暖背景下中国强降水的强度及其持续时间均出现新的特征

降水强度及其持续时间直接关系到城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期, 直接影响城市内涝防治体系的排水能力。研究表明, 1960年以来中国极端降水事件和极端降水量与降水总量的比值均呈增加趋势, 四季(春、夏、秋、冬)的降水量均有向极端化方向发展趋势。其中, 西部地区四季的极端降水事件均呈显著增加趋势；江淮华南地区除秋季外均呈增加趋势；华北、东北地区除冬季增加外其它季节增减参半^[11]。

总体而言, 中国的极端降水事件多发于35°N以南, 特别是在长江中下游和江南地区以及青藏高原东南部, 且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。在季节分布上, 极端降水事件主要出现在夏季, 以低持续性事件为主。特别是, 在中国东部地区发生的极端降水事件通常呈持续时间越长且其降水强度也越强的特征^[12]。中国极端降水事件持续l 天的频数占总频数的70%以上, 即中国大部分极端降水事件仅能持续1 天；持续2天的极端降水主要分布在江南、西南、东南沿海与华南沿海等地区；持续3 天的极端降水主要发生在云贵高原西部和长江以南的东南地区；持续4天及以上的极端降水发生较为偶然, 主要发生在中国南方多雨地区和云贵高原西部。同时, 中国持续l 天的极端降水强度呈东南向西北减弱趋势, 东南部地区强度都在40mm/d以上, 强度大于70 mm/d的降水主要发生在华南沿海和长江中下游部分地区, 西北大部分地区强度在20 mm/d以下；持续2天的极端降水强度分布与持续l 天的差异在于70 mm/d以上的降水范围更大；持续3天的极端降水主要发生在东部地区, 且强降水的范围进一步扩大, 特别是华南沿海局部地区强降水强度进一步增大；持续4天以上的极端降水事件主要分布在中国南方, 且在部分站点强度也更强^[12]。强度较大(50mm/d以上)的降水主要发生在105°—122°E之间和35°N以南, 而持续时间越长、强度也越强的极端降水事件主要发生在100°—122°E之间、40°N以南的中国东部地区。尽管高持续性极端强降水事件发生次数较少, 但由于降水的强度更大、持续时间更长, 由此带来的降水量也越多, 更容易造成城市积水以及泥石流等灾害, 对社会经济和人民生命财产的危害不容忽视。

■中国城市内涝防治展望

城市内涝防治是一项系统工程, 涵盖从雨水径流产生到末端排放的全过程控制, 包括产流、汇流、调蓄、利用、排放、预警和应急等。尽管2014年版的《室外排水设计规范》规定了中国城镇雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期, 但由于气候变化背景下中国的强降水强度及其连续时间均出现了新的特征, 而且其空间分布也发生了变化。因此, 迫切需要在规划城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期时考虑气候变化背景下中国不同区域城市强降水强度及其持续时间的变化特征, 以确保城市具有足够的排水能力, 有效减少城市内涝灾害的发生。