城市暴雨积水成因分析与人工模拟降雨器

摘要：

随着城市化的发展，暴雨积水现象日益突出。本文在分析积水成因的基础上，建立了人工模拟降雨器，监测不同级别的雨水对城市的模拟影响，从而为城市建设提供宝贵数据。

关键词：城市暴雨；积水原因；人工模拟降雨器

1. 引言

近20年来，随着我国城市化进程的迅猛发展，城市地区由于人口密集，物资和财产密度不断加大等特点，高强度暴雨积水形成的洪涝灾害对城市化地区产生的威胁和带来的损失愈来愈大。灾害一旦发生，不仅给人们的日常生活带来不便，严重的话还可能危及人民和集体的生命和财产安全，破坏城市整体形象。通过人工模拟降雨器可以对暴雨积水形成的原因进行分析，可以找出防汛工作中及建设中的薄弱点与空白点，由此加以改进，减轻灾害带来的损失。同时，如何对城市地区地面积水的发生区域及形成过程进行预测，以有效地分析涝情可能造成的后果，及时可靠地制定城市排涝减灾对策和措施是日前城市防汛研究和实践的重要课题。

2. 城市暴雨积水成因分析

2.1 城市地区的流域特性

相对于天然流域而言，城市地区的水文气象特性和产、汇流机制远较前者复杂。

首先，城市地区由于城市化影响产生的“热岛”、“尘罩”和“雨岛”效应，影响了区域的降雨特性。主要表现为汛期大暴雨次数及在大暴雨中降水总量和平均雨强增大，使得城市地区暴雨出现的几率明显增加。其次，城市化的过程，显著改变了土地利用特性，致使城市地区与天然流域的产汇流特性大为不同。土地利用特性的改变突出表现为建筑物密集、高楼林立、道路纵横交错，绿化率和水面率降低，增加了不透水面积，天然透水面积的比率却大幅下降。由此直接改变了当地雨洪径流的形成条件，导致径流总量增加，流速加大；峰量增高，峰现提前，历时缩短。再次，为了迅速排出城市地区产生的雨水径流，市政部门兴建了排水管网系统。加上地面沉降等因素，低洼区不得不依靠泵站动力抽排的强排水模式。这使汇流速度显著加快，而入河强度明显提高。

最后，我国城市在建设发展过程中，往往存在与水争地，侵占河道，破坏水系的现象，致使城市地区水面率大幅降低。结果使得城市滞蓄雨洪的能力急剧减弱，影响城市的防洪安全。

2.2 城市地区暴雨积水的形成原因

综合来说，城市暴雨积水的产生主要有以下三个方面的原因

1自然原因：

①
  球气候变化和城市化等原因，暴雨次数增多和强度加大。

②沿海城市多属感潮河网地区，地势平坦，如暴雨时恰逢外河道发生高水（潮）位时，会影响到城市排水能力，内河水无法外排。同时，为保护防汛墙设施安全，防止河水漫溢，防汛泵站停泵，从而造成暴雨积水。特别是遭遇风、暴、潮“三碰头”时，情势更加严峻。

2排水设施抵御暴雨能力不足：

①
  多老城区的设计暴雨重现期标准偏低，当遭遇超标准暴雨时，容易造成暴雨时积水。

②一些系统泵站和主干管线虽已建成，但收集支管由于种种原因尚未完善，造成实际排水能力达不到系统标准。系统中一些地区管道处排水系统的末梢，或下游管道管径偏小造成瓶颈导致积水。

③排水系统的改造，使得原有系统的服务区域范围发生变更，存在泵站与管道系统排水能力不相配套的情况。

3人为因素：

①市区面积逐年扩大，且市区不透水面积比例迅速提高；下渗量减小，产流增大，汇流加快，形成暴雨洪水。

②长期超采地下水引起地面沉降，形成一些排水不畅、地势低洼区，容易造成暴雨积水。

③城市发展，施工建设管理不善造成建筑垃圾或居民生活垃圾堵塞或淤积管道，造成排水不畅，局部地面积水成灾。

④突发因素的影响，如泵站故障停泵导致的积水。

3. 城市暴雨积水人工模拟降雨器

降雨过程是开展这项工作的基础条件，天然降雨周期长，受环境气候影响大，很难获得理想效果。人工模拟降雨大厅可以克服这一特点，引进这一项目对城市暴雨积水科学利用具有相当重要的意义。

人工模拟降雨器实验平台中可以引入不同的模块完成不同地形的模拟实验，如：“渗水模块、滞水模块、蓄水模块、净水模块等可以完成生态透水材料，雨水花园，人工湿地、可渗透路面、透水性广场，雨水湿地实验，屋顶绿化，高花坛，低位花坛，浅沟渠渗透实验，雨水净化，排水管网概化布置，管道实时水深、流速等多种实验， “实现雨水→地面积水→管道中水→河道中水”一体实验 .