中原灾害的历史考察与现实借鉴学术研讨会1郑州“7﹒20”极端降水事件

中原灾害的历史考察与现实借鉴学术研讨会1郑州“7﹒20”极端降水事件

（1）科普几个降雨预警阈值概念

①以“24小时”计算降雨量标准，设6个等级

1. 小雨：降雨量小于10mm

2. 中雨：降雨量10～25mm

3. 大雨：降雨量25～50mm

4. 暴雨：降雨量50～100mm

5. 大暴雨：降雨量100～250mm

6. 特大暴雨：降雨量在250mm以上者。

②暴雨预警信号

1. 蓝色预警标准：12小时内降雨量将达50mm以上，或者已达50mm以上且降雨可能持续；

2. 黄色预警标准：6小时内降雨量将达50mm以上，或者已达50mm以上且降雨可能持续。

3. 橙色预警标准：3小时内降雨量将达50mm以上，或者已达50mm以上且降雨可能持续。

4. 红色预警标准：3小时内降雨量将达100mm以上，或者已达100mm以上且降雨可能持续。

③郑州市暴雨重现期标准

重现期在气象学中是指在一定年代的雨量记录资料统计期内大于或等于某暴雨强度的降雨，出现一次的平均间隔时间，为该暴雨发生频率的重现期。我们课题根据郑州市暴雨强度公式推求各个重现期的一小时降雨量：

1. 郑州市一年一遇一小时降雨量29.785mm

2. 郑州市五年一遇一小时降雨量53.727 mm

3. 郑州市十年一遇一小时降雨量64.038mm

4. 郑州市五十年一遇一小时降雨量87.979mm

5. 郑州市百年一遇一小时降雨量98.290mm

6. 郑州市千年一遇一小时降雨量132.543mm （远小于郑州20日16时~17时的一个小时的降雨量201.9mm）

（2）郑州市水系和水库情况

郑州市地跨黄河、淮河两大流域，总面积7446.3km2，黄河流域面积2011.8km2，占全市总面积的27%；淮河流域面积5434.5km2，占全市总面积的73%。如图1所示，全市有大小河流124条，流域面积较大的河流有29条，其中黄河流域6条，淮河流域23条。现有各类水库152座，其中中型水库14座，小型水库138座，水库防洪总库容5.54亿m3，兴利库容为2.89亿m3。总控制流域面积2547.55km2，有效灌溉面积3.31万hm2，下游保护耕地3.75万hm2，保护人口125.6万人。其中此次暴雨造成多座水库超过了汛限水位，具有重大安全隐患，其中，常庄水库、尖岗水库和郭家嘴水库最为严重：

图1 郑州市水系、水库和地形图

1. 常庄水库，7月20日21时，常庄水库实时水位130.54米，超汛限水位3.05米。常庄水库在郑州西侧，下游有京广、陇海铁路枢纽、310国道、郑洛高速公路等。绕过郑州市区，从常庄水库流出的贾鲁河、东风渠在中牟县附近交汇，一旦水库泄洪，会给下游带来无法估量的影响。

2. 尖岗水库，7月21日19时，尖岗水库水位为153.34m，汛限水位145.00米，超汛限水位8.34m，尖岗水库水将泄洪到贾鲁河，居住在贾鲁河周边100m范围内的居民被紧急撤离。

3. 郭家嘴水库也出现险情。最高水位为163.5m，汛限水位159米，超汛限水位4.5m。21日10时，水库水位高于坝顶0.3米，部分坝坡出现塌方，但未发生决口溃坝。通过扩挖临时泄流通道，降低水库水位。郭家嘴水库下游地区群众紧急疏散。郑州市防汛指挥部21日8时发布通知，郭家嘴水库下游，南水北调以南区域——大学路以西，南四环以北，西四环以东，南水北调以南范围人员全部转移。南水北调以北区域——东到嵩山路，北到航海路，西南到南水北调干渠，底层二层及以下住户全部转移。

（2）郑州“7﹒20”极端降水特征

自7月17日以来，河南省出现了历史罕见的极端强降雨天气，大部地区降暴雨或大暴雨，郑州市处于此次暴雨的最中心位置，发生了震惊国内外的极端降水事件，嵩山、新密、新郑、登封、偃师等国家级气象观测站突破建站以来日雨量历史极值，引发了严重的城市内涝和山洪地质灾害，造成多处基础设施损毁，造成了重大社会影响和生命财产损失。

其中此次强降雨过程，具有以下特点：

一是持续时间长，从17日8时开始至7月22日晚间郑州市强降雨基本结束，持续了6天，其中18日20时到20日20时，全市普降大暴雨、特大暴雨，累积平均降水量449毫米，暴雨天气持续了3天。

二是累积雨量大，郑州20日16时~17时，一个小时的降雨量达到了201.9mm；19日20时到20日20时，单日降雨量552.5mm。其中小时降水，单日降水均已突破自1951年郑州建站以来60年的历史记录。17日20时到20日20时，三天的过程降雨量617.1mm，郑州常年平均全年降雨量为640.8mm，相当于这三天下了以往一年的量，其中郑州市中原区尖岗水库站，累计最大点雨量855mm。

三是雨强大，20日16时~17时最大小时雨量201.9mm突破了全球陆地最大小时雨量的记录（台湾澎湖1974年7月6日最大小时雨量214.8mm）。从气候学的角度来看，小时降水、日降水的概率，重现期通过分布曲线拟合来看，郑州此次暴雨超千年一遇。

四是影响范围大，17日20时至21日8时，20个河段流量超20年一遇，62个河段流量超50年一遇，6331个村庄受山洪威胁，市政道路损毁2730处，洪涝影响范围达4010km2，郑州城区（1181.5km2）大片区域最大积水深度超过城市内涝防治要求的0.25m，部分区域最大积水深度甚至在2m以上，最大积水深度超0.25m的面积为479.1km2，占总面积的40.6%，其中，0.5~2m的面积为272.4km2，占比23.1%；2m以上的面积达到116.0 km2，占比9.8%。

五是水库风险大，多处水库超过了汛期限制水位，并且有些水库还存在着一定的病险和隐患，一旦溃坝对整个郑州市将产生无法估计的影响。

六是灾害损失大，根据郑州市统计，此次降雨全市倒塌房屋5.28万间，农作物受损167.24万亩，受灾人口188.49万人，郑州市遇难292人，失踪47人，造成直接经济损失532亿元。

（3）“7﹒20”极端降水事件成因分析

一是极端天气背景，受“烟花”和副热带高压的气流影响，大量的水汽通过偏东风源源不断从海上输送到陆地，在河南集结成雨，造成河南中西部长时间出现降水天气，并且气流在河南受伏牛山和太行上地形的抬升和阻挡作用后，水汽堆积为极端降水提供了充足的水汽来源，雨势增加。

二是高度城市化建设与脆弱防灾减灾设施之间的不匹配，我们课题曾经做一个研究“郑州市洪涝承灾风险综合评价”（发表在SCI期刊“Natural Hazards”上），考虑城市承灾易损性和防灾减灾能力两大类因素，发现自2006年开始郑州市洪涝承灾风险呈上升趋势，风险越来越大，主要原因就是是快速发展的城市化建设与缓慢提升的防灾减灾能力之间的不匹配，①高度发展的城市化进程：10年间，郑州市城市人口密度、地均GDP等社会经济要素都在快速增加；②缓慢提升的防灾减灾设施建设：城市排水管网建设除2006年-2007年的剧烈上升后，剩余年份基本处于没变化；不透水面积从2000年373km2增加到2021年的1147km2，增加了2倍以上，另外郑州古代至少有3个超级大的湖泽（西边荥泽、东边圃田泽、五里堡南仆射陂湖）发挥调蓄作用，随着城市发展这些调蓄湖如今基本消失；郑州大部分河道治涝标准只有为5年一遇～10年一遇，防涝标准完全不能抵挡此次千年一遇的暴雨。这些情况其实也是我国北方半干旱城市洪灾特征“频率高、空间分布数量多，但受灾强度不大、量级小”相关，对城市特大洪涝的防灾减灾措施和反应经验不足。③地形影响：郑州市地形上由西南向东北倾斜，由山区、丘陵过渡到平原，呈阶梯状降低（如图1），所以这次金水区、管城区和郑东新区普遍水深比中原区二七区高新区深，受灾影响也相对较重，影响时间较长。

三是自然灾害的应急响应机制，公开信息显示，7月19日21时59分，郑州市气象台发布本轮降雨的第一条暴雨红色预警信号，至20日，郑州市气象台共发布了10条暴雨红色预警。根据中国气象局发布的《气象灾害预警信号发布与传播办法》规定，暴雨红色预警信号的防御指南为政府及相关部门按照职责做好防暴雨应急和抢险工作；停止集会、停课、停业（除特殊行业外）；做好山洪、滑坡、泥石流等灾害的防御和抢险工作。但这些预警并未取得应有的效果，因为从法理的角度看，气象局发布的预警信息并不具有强制性，气象局制作的防御措施是气象部门的建议性措施，气象局并没有要求强制停课、停工的权力。而且这种重大的“停课、停业”决策要经过指挥部层层批准之后才能作出，响应时间较长，滞后性严重。

四是市民缺乏灾害应急管理意识，对气象台预警，应该如何执行？没有强制法律规定。长期以来，相关部门和市民习惯地认为，气象台消息只是参考。这次连续发布了10条暴雨红色预警，大多数市民看到后视若无睹，少部分人或许都没看见，极少具有气象、水文等背景的人才会意思到灾害的降临，采取及时的应对措施，这其中主要的原因就是公众对于自然灾害应急的法律法规、规章制度等一知半解，所以加强全社会公众对灾害知识的科普，是十分迫切的。

此次郑州极端暴雨事件，从自然因素来讲是一种极端的气象事件。同时，也说明了现在城市洪涝防御的基础设施还比较薄弱，需要下大力气加强城市防洪除涝能力建设，增强城市抵御灾害的能力和恢复力。此外，要进一步加强城市洪涝基础研究和技术研发，提高灾害天气和洪涝灾害的预警能力，同时加强城市应急管理，完善应急调度预案，强化风险管理，最大限度的减少灾害损失。

（4）“7﹒20“极端降水事件和河南历史洪水事件比较

新中国成立以来，河南历史上曾出现过多次次全省性强降雨过程，分别发生在1963年8月、1975年8月、1982年8月、1996年8月、2007年7月、2016年7月等，其中造成灾害最惨重、最广为人知的当数“75·8”暴雨。而本次“7·20”暴雨过程中，河南全省累计雨量最大值及1小时最大降水量，均大于上述过程。日最大降水量和6小时最大降水量仅次于“75·8”暴雨过程，灾害损失是历史之最，以下是河南省重大历史暴雨灾害事件的简介：

表1 河南省重大暴雨灾害事件

此次720特大暴雨洪水事件，小时雨量、受灾人口、倒塌房屋、农作物成灾面积、直接经济损失都超河南洪灾历史影响之最。

（1）中国洪灾发生的特点

全球气候变暖已成不争事实，气候变暖会加速全球和大陆尺度的水文循环，影响水文条件时空格局的改变，从而导致水文极端事件概率增加（IPCC, 2013）。由于特殊的地理位置，中国气候主要受东亚季风的影响，由暴雨引发的洪洪灾害尤其严重。尤其自1990年起，中国极端天气事件频率和强度都显著增加，洪洪灾害更加频繁。此外，近年来快速的城市化进程使中国各主要河流流域洪泛平原及沿河两岸人口与财富快速聚集，洪洪灾害对人类社会的影响加剧。综上，洪灾具有突发性、分布广、发生频率高等特点, 而且会对人类社会造成巨大的经济损失和人员伤亡。

（2）中国洪灾发生的规律

我们利用我国近70年洪涝灾害受灾数据进行时空分布进行了分析（发表在SCI期刊International Journal of Disaster Risk Reduction），得到了以下几点规律：

a. 我国年度洪涝灾害强度呈下降趋势，南方省区年度洪涝灾害强度较北方地区高，但近年来呈现出由南向北转移的趋势。

b. 极端降雨指标没有呈现一致的全国性的空间格局。总体而言，年最大降雨量和降雨持续时间在长江流域下游、珠江流域中下游地区和淮河流域有增加，年最大降雨强度的空间分布相对复杂，显著增大和减小的站点分布较为零散。

c. 华中、华南、东南和西南等地区县域洪灾频次在增加，但因洪死亡人数在全国范围内大幅减少，说明全国的洪水设防能力有显著提升。同时，各个县的因洪受灾人数和直接经济损失在增加，尤其是长江流域中下游和珠江流域中下游地区。值得注意的是西北和东北地区的因洪死亡人数在增加。

b. 对因洪受灾人数影响力最大的因素是极端降水，其次是高程、GDP和河网密度；对因洪死亡人数影响力最大的是高程、坡度、人口密度和GDP；对经济损失率影响最大的是高程、城市化率和距海岸带距离。

并基于重力模型（Gravity model）分析中国洪灾对农业影响的重心转移路径趋势（图2）。从图中可以看出，1990年-2010年，洪洪灾害的重心一直向西南方向移动，2010-2018年重心向东北方向移动，但幅度不大。结合图3，1978-1989年全国洪灾主要分布在东北、中南和华中地区；而在1990-2010年，中国东北地区受洪灾威胁程度降低，西南和中南地区洪灾明显增多；自2010年之后，西南方向洪灾明显减少，而西北、华北、东北地区与往年相比，有所加强。综上，洪灾多集中在西南、中南和华北地区，东北地区个别年份会发生严重洪灾，而且近十年洪灾呈现出由西南向东北加强的趋势。

图2 洪灾重心移动路径

（1: 1978-1989年; 2: 1990-1999年; 3: 2000-2009年; 4: 2010-2018年. ①, ② 表示转移路径）

图3 分省（市）洪灾受灾占全国受灾程度的百分比 （颜色越深，洪灾威胁程度越高）

（3）中国洪灾的成因机制与影响模式

洪灾成因机制复杂，中国洪涝灾害是由于包括海洋、大气和陆地所组成的东亚季风气候系统各成员的变异和相互作用所引起。具体来说，中国洪涝灾害的发生主要是由于东亚季风气候系统变化所引起。这些物理因子初步归纳如图4所示。除此之外，中国洪涝灾害频发还受到全球气候变暖、极端天气与降水、厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)循环、Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO)和西太平洋暖池热力等的影响。其中，热带太平洋海表热力异常是引起大气环流异常的重要原因, 也是引起东亚季风异常和旱涝灾害发生的重要原因。ENSO循环的不同阶段对中国夏季风异常和旱涝分布有着不同影响。当ENSO事件处于发展阶段, 即当赤道东太平洋海温处于上升阶段时，该年夏季中国江淮流域降水将会偏多, 可能发生洪涝，而黄河流域、华北地区的降水往往偏少，易发生干旱，且中国东北往往发生低温。

图4 东亚气候系统示意图

自然因素恶化加剧了洪涝灾害，但人为因素也导致洪涝灾害更加频繁。近些年，随着人类活动及其对自然改造的加剧，土地利用格局发生了很大变化，城市化率的不断提高，虽然使人类应对自然灾害的防灾减灾能力得到提高，但也不断加剧应灾脆弱性。此外，人类活动导致原有的水文下垫面条件发生变化，会影响流域产汇流条件，出现新的水循环模式，进而可能致使水文极端事件发生概率增加。自然条件难以改变，人类发展又是必然趋势，因此，为了减少洪灾损失，只有在社会发展的同时，注重防灾减灾技术与应灾措施。在软技术上，构建大数据支撑下水旱历史资料库、实时监测、灾情模拟、预警预报、灾后评估一体化的水旱灾害预警预报管理系统十分必要。

天灾的来临本质是大自然的客观发展规律，没有永远不受灾的城市，我们必须要真正地树立敬畏自然之心，赋予城市更强的生命力，然后与自然和谐共处。我们课题结合近些年区域洪涝事件的历史经验教训，提出几条灾害治理的建议及措施，如下：

（1）建立韧性城市

要建立韧性社会和韧性城市，更加关注人民生命安全和财产安全，提高我们的抗灾能力和恢复能力。提高城市韧性是一个综合性问题，其中最重要的就是因地制宜地提高城市生命线系统（主要指基础设施，如水、电、交通、通讯）设计标准。需要强调的是，很多城市抗洪防涝设施是按照一二百年一遇洪水的标准建设的，更高标准意味着更高投入，也意味着我们不能无限制的提升。所以提升多少必须要认真调研反复商讨。

打造韧性城市能够有效应对突发自然灾害，但必须因地制宜、真抓实干，重视山水林田湖草自然生态的系统化涵养，重视排水系统的自然导向，重视地域性对韧性城市建设的特色需求，制止城市建设对自然排水系统的切断和阻隔，在基础设施建设中体现对突发情况的预见性、对城市发展的预见性及适应性。无论是“韧性城市”还是“海绵城市”，无非是使我们生产生活的城市更加安全、更加便捷、更加舒适，这些均直接或间接地保障了城市的社会经济发展。

（2）加强城市基础设施建设

城市基础设施标准的提升，能够有效缓解和降低灾害带来的影响与损失，过去这些年中国城镇化一路高歌猛进，速度很快，但质量还有很大提升空间，城市基础设施不均衡、不充分矛盾非常突出。地下空间、城中村都是雨季痛点，需要进一步补齐基础设施和治理短板。不少城市排水系统还存在系统不完善、“小马拉大车”、大管接小管等问题。以郑州这座人口超千万大城市为例，城市品质提升的路还很漫长，给出以下几点城市防灾减灾措施：

①实施河湖水系和生态空间治理与修复

保护城市山体，修复江河、湖泊、湿地等，保留天然雨洪通道、蓄滞洪空间，构建连续完整的生态基础设施体系。恢复并增加水空间，扩展城市及周边自然调蓄空间，按照有关标准和规划开展蓄滞洪空间和安全工程建设；在蓄滞洪空间开展必要的土地利用、开发建设时，要依法依规严格论证审查，保证足够的调蓄容积和功能。在城市建设和更新中留白增绿，结合空间和竖向设计，优先利用自然洼地、坑塘沟渠、园林绿地、广场等实现雨水调蓄功能，做到一地多用。因地制宜、集散结合建设雨水调蓄设施，发挥削峰错峰作用。

②实施管网和泵站建设与改造

加大排水管网建设力度，逐步消除管网空白区，新建排水管网原则上应尽可能达到国家建设标准的上限要求。改造易造成积水内涝问题和混错接的雨污水管网，修复破损和功能失效的排水防涝设施；因地制宜推进雨污分流改造，暂不具备改造条件的，通过截流、调蓄等方式，减少雨季溢流污染，提高雨水排放能力。对外水顶托导致自排不畅或抽排能力达不到标准的地区，改造或增设泵站，提高机排能力，重要泵站应设置双回路电源或备用电源。改造雨水口等收水设施，确保收水和排水能力相匹配。改造雨水排口、截流井、阀门等附属设施，确保标高衔接、过流断面满足要求。

③实施雨水源头减排工程

在城市建设和更新中，积极落实“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，建设改造后的雨水径流峰值和径流量不应增大。要提高硬化地面中可渗透面积比例，因地制宜使用透水性铺装，增加下沉式绿地、植草沟、人工湿地、砂石地面和自然地面等软性透水地面，建设绿色屋顶、旱溪、干湿塘等滞水渗水设施。优先解决居住社区积水内涝、雨污水管网混错接等问题，通过断接建筑雨落管，优化竖向设计，加强建筑、道路、绿地、景观水体等标高衔接等方式，使雨水溢流排放至排水管网、自然水体或收集后资源化利用。

④实施防洪提升工程

统筹干支流、上下游、左右岸防洪排涝和沿海城市防台防潮等要求，合理确定各级城市的防洪标准、设计水位和堤防等级。完善堤线布置，优化堤防工程断面设计和结构型式，因地制宜实施防洪堤、海堤和护岸等生态化改造工程，确保能够有效防御相应洪洪灾害。根据河流河势、岸坡地质条件等因素，科学规划建设河流护岸工程，合理选取护岸工程结构型式，有效控制河岸坍塌。对山洪易发地区，加强水土流失治理，合理规划建设截洪沟等设施，最大限度降低灾害影响。

⑤加强城市防御外洪与治理内涝并重、生态措施与工程措施并举

坚持防御外洪与治理内涝并重、生态措施与工程措施并举，“高水高排、低水低排”，更多利用自然力量排水，整体提升城市内涝治理水平。城市防洪排涝是一个系统工程，不仅包括排蓄水系统等硬件，也包括应急预案等软件，有时甚至还会受到流域防洪排涝政策与措施影响，抓紧开展内涝治理，全面解决内涝顽疾，妥善处理流域防洪与城市防洪排涝的关系。

（3）加强灾害预警系统建设

在全球气候变暖、突发灾害事件频发背景下，需要进一步提高气象预警水平，进一步加强气象研究的国际合作，增强数据的准确性、预报的前瞻性。同时建立完善的多部门协同机制，包括气象、应急、交通、市政等，积极发挥新媒体优势，形成在救灾中更广泛的科学化的社会参与，创新“守望相助”模式，及时处置险情，最大力度降低损失。建立完善城市综合管理信息平台，整合各部门防洪排涝管理相关信息，在排水设施关键节点、易涝积水点布设必要的智能化感知终端设备，满足日常管理、运行调度、灾情预判、预警预报、防汛调度、应急抢险等功能需要。

（4）全面加强抢险救灾、转移安置的能力建设

面对超标准规模的城市洪涝灾害，要全力搜救死伤人员，为因灾陷入困境的人与家庭提供帮助，尽快恢复城市生命线系统（交通、通讯、网络、供水、供电、供气等），保障城市基本生活用品的供给，尽快排除关键区域的积水，恢复与保障医疗系统的正常运转，做好卫生防疫，清理与处理好倍增的水灾垃圾，等等，需要各级政府、相关部门的协调联动，也需要全社会的动员与参与。没有平常时期的准备和足够的能力建设，再好的预案，也可能无力实施。

（5）加强市民灾害应急管理意识

当前全球气候形势不容乐观，可以预见的是未来我们将面临更多突发挑战，包括天气灾害、地质灾害等，这是无法回避的现实问题，是全世界的共同问题。这就要求在建设城市时必须让民众建立更加强烈的忧患意识，要意识到灾害可能会常伴于日常生活当中。

（6）大灾之后，务必认真总结与反思

找出水灾中暴露的薄弱环节与新的迫切需求，为修订与完善相关法规，创新防灾减灾与减轻风险的运作机制，健全灾害风险管理与应急管理体系提供基本的依据。

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