郑州强降雨后水患之思考

郑州强降雨后水患之思考

河南省遭遇极端强降雨，多地出现历史最大降雨量，郑州市更是遭遇百年不遇强降水。河南大雨持续数日。据河南省应急管理厅消息，7月17日至20日河南省郑州、平顶山、许昌、焦作、洛阳、新乡、安阳等地部分地区有250~400毫米，郑州中西部达400~654毫米。仅7月20日16-17时一小时降雨量即达到201.9毫米。

河南此次暴雨为何如此强烈，持续时间如此之久，中央气象局对此给出三个原因：第一，台风。台风“烟花”虽然距离我国还有小一千公里，却远程控制了河南暴雨。在“烟花”和副热带高压的气流引导下，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。第二，地形原因。偏东气流在河南遇到太行山和伏牛山后，在山前出现辐合抬升，地形导致降雨范围集中，雨势更强。第三，大气环流形势稳定，导致降雨持续时间长。

降雨量是指从天空降落到地面上的雨水，未经蒸发、渗透、流失而在水面上积聚的水层深度，一般以毫米为单位，它可以直观地表示降雨的多少。

郑州7月20日16-17时一小时降雨量超过200毫米，意味着从天空降落到地面上的雨水，未经蒸发、渗透、流失而在理想的水平地面上积水的深度达200毫米。因前面郑州17日开始就已经下了大雨，降雨量大于100毫米。假定前面下的雨已经全部消化了，且地下土壤饱和度达80%以上，地表径流假定以平均0.3米/秒的速度汇聚到低洼地方，则地表径流1小时可运动约1公里。除了大部分流入沟渠、河流外，其余来不及消化的水在局部低洼地段很容易就会达1米 以上的深度。目前的城市各类建设及城市建筑物的密集布局，加上道路、广场等水泥硬化，原来可用于蓄水的湖泊、水塘、牛轭湖等水域，在城镇建设中被填埋，可用于疏通、排泄的沟渠无论是空间还是长度，均很难及时消化地表径流水对低洼地段的积水。

这几年出现一个新名词：海绵城市。海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的"弹性"，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。

真的能做到海绵城市吗？吸水、蓄水、渗水、净水，这确实是海绵的功能，但地表的土层不是海绵。土层的吸水、渗水与土层的渗透系数有关，渗透系数又称水力传导系数。在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度。请看各类土的渗透系数，黏土为<10^-7(米/秒)，几乎不渗水;粉土、砂与黏土混合物10^-7～10^-5(米/秒)，具极低渗透性；极细砂10^-5～10^-3(米/秒)，属低渗透性；中粗砂10^-3～10^-1(米/秒)，为中渗透性。郑州地区为黄河冲积平原，假定土层以砂与黏土混合物或极细砂为主，其渗透系数以10^-5(米/秒)计算，渗透24小时入土层深度还不到86厘米。其实不可能全是细砂层，如果含黏土加上地表硬化，则平均渗透深度一半都不到。

另砂土有孔隙度，土的孔隙容积占土体容积的百分比。土壤中各种形状地粗细土粒集合和排列成固相骨架。骨架内部有宽狭和形状不同的孔隙，构成复杂的孔隙系统，全部孔隙容积与土体容积的百分率，称为土壤孔隙度。水和空气共存并充满于土壤孔隙系统中。假定土层的孔隙度为40%，则地表持续浸水24小时，土层也只能容纳200～300毫米。

由此推算，如果短时（1天内）间暴雨超过200～300毫米的雨量，是难以排泄消化的。海绵城市这个概念也难以达到海绵功能的意义。

我们来看看江西赣州的地表径流水是怎么解决的。老赣州市区位于章江与贡江相汇的叉口。据说该市区有80多口水塘，水塘与水塘之间均有沟渠连接，在临江一面高筑有城墙，城门出入口下设有倒闸，河里水位高时可合闭，水位低时可开启。城内从未见涨水。

要解决水患问题，也要学这种方法。一是，无论是城市还是乡村，不允许在低洼地段建人居建筑物。也就是说，要让出这样的区域为水患应急之用。二是，根据汇水面积及低洼地段的分布，设置一定面积及深度的水塘。三是，水塘与水塘之间要有一定深度及宽度的沟渠连接。四是，沟渠太长的中间设置若干水闸，以为枯水季节关闸蓄水。五是，要设置强力排水的设施，尤其汇水量大的区域。甚至还要考虑在枯水季节将低位的水往高位补给。

2021.8.24