16上海暴雨灾害的系统特征与脆弱性分析2010

第2期2010年3月华东师范大学学报(自然科学版)Journal of East China Normal University (Natural Science )No.2　Mar.2010文章编号:100025641(2010)022*******上海暴雨灾害的系统特征与脆弱性分析陆　敏,　刘　敏,　权瑞松,　张丽佳,　王静静(华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海　200062)摘要:利用近30年暴雨和灾害资料,对上海城市系统受暴雨灾害影响下的暴露程度和敏感性等进行了动态分析,得出了该系统受暴雨灾害的脆弱性演化特征.研究结果表明,上海近30年来暴雨的数量和强度均有明显增加趋势,城市多强暴雨天气增加了城市内涝灾害的危险程度.低强度暴雨造成的城市水情灾害影响已很小,但极端强度暴雨仍构成严重的威胁.在城市建设发展过程中,地面排水能力的设计和提高、旧区改造和房屋建筑标准的提高等社会系统的变迁,会影响不同暴雨类型所造成的灾害程度与脆弱性;而城市在发展中又会出现新的薄弱和危险区域.因此,必须对灾害脆弱性进行动态分析和评估.关键词:脆弱性;　暴雨灾害;　上海中图分类号:X 43 文献标识码:A　收稿日期:2009203　基金项目:国家自然科学基金(40730526)　第一作者:陆敏,女,博士,副教授,主要研究方向为城市自然灾害与环境变化.E 2mail :mlu @.Analysis of system characteristics and vulnerability ofrainstorm hazards in ShanghaiL U Min ,　L IU Min ,　QUAN Rui 2song ,　ZHAN G Li 2jia ,　WAN G Jing 2jing(Key L aboratory of Geog rap hic I nf ormation S cience of t he Minist ry of Education ,East China N ormal Universit y ,S hanghai 200062,China )Abstract :　Based on nearly 30years rainstorm data ,this paper did dynamic research on the exposure ,vulnerability of the Shanghai urban system under the impact of rainstorms.Under the rainstorm envi 2ronment ,the evolution process characteristic of the system was also studied.The result showed that the amount and the intensity of rainstorm indicate a significantly increasing tendency in recent 30years ;the rainstorm increased the hazard of urban waterlogging.While the impact of urban flood disaster caused by low intensity rainstorm is slight ,extreme rainstorms still bring great threat to the city.In urban construction and development process ,social system change ,such as the design and the im 2provement of drainage capacity ,rebuilding of old district and the improvement of housing standards ,reduced urban waterlogging hazards and vulnerabilities.However ,with the development of the urban area ,new weak and hazardous regions emerge ,thus it is necessary to contnue doing dynamic analysis on the disaster vulnerability of the system.K ey w ords :　vulnerability ;　rainstorm ;　Shanghai华东师范大学学报(自然科学版)2010年0　引 言进入2008年6月汛期,我国北京、上海和广州等大城市相继遭受强暴雨袭击.2008年6月13日,深圳遭遇百年来最强暴雨导致广深铁路中断1h ,深圳机场130个出港航班延误,多个航班迫降广州、福州等地,暴雨还使许多街道严重积水3.2008年7月4日晚,北京突降暴雨,市区一些地下通道积水严重,地铁5号线的南段一度因售票大厅进水而停运;仅仅3h ,北京首都国际机场的降雨量累计达到130mm ,通往机场高速路积水严重,造成150个航班延误或取消≥.2008年8月25日清晨一场暴雨突袭上海,中心城区部分地区的降雨强度超过百年一遇暴雨标准,远远超出城市现有排水设计能力(27～36mm/h ),造成全市150多条马路严重积水,1.1万户民居进水,中环吴中路、衡山路和祁连山路等7个下立交因积水严重而被封闭(.近几年,我国大城市极端暴雨成灾事件屡见报道,这些发达城市在日益频繁的气候灾害面前表现出异常脆弱的一面.因此,城市防洪与应急管理成为媒体与公众关注的热点,城市型水灾害的减灾对策已成为政府和学者研究的重点课题.灾害是人与环境耦合系统共同形成的结果,脆弱性这一概念现已广泛应用于自然灾害的研究和管理中[1].大量研究表明,脆弱性不仅是单纯自然物质本身的脆弱性,而且可看作是自然和社会系统上意义更为广泛的综合概念,包含着特定自然灾害暴露程度、社会群体的敏感性和适应能力等复杂的和动态的关系;人对于脆弱性形成以及降低脆弱性的作用会影响脆弱性评价结果[227].人的发展需要以及对适应方式的选择会深刻影响现在和未来自然社会系统的脆弱性.“全球环境变化人文因素计划”组织(IHDP )提出了脆弱性评价应体现动态特征和以人为中心的评价理念,在2005年推出“交互式脆弱性评估框架”[8,9].而Turner 等发展建立了耦合的人与环境系统的脆弱性研究分析框架,在理清系统受扰动、压力与灾荒的发生及驱动力的来源后,进一步分析系统在面对这些扰动和压力时的暴露性、敏感性和适应性,并评估系统的脆弱性[10,11].虽然脆弱性研究存在着理论、方法和数据等因素的种种限制,但还是能够为决策者进行灾害防治和管理提供大量有效的信息和依据.基于此,本文以近30年资料为基础,对上海城市系统受暴雨灾害的敏感程度和暴露程度,以及系统对于暴雨灾害影响的适应能力等进行动态分析,以探究上海城市系统受暴雨灾害的脆弱性演化特征.3据新华网,http :///newscenter/2008206/13/content _8362335.ht m.≥据新华网,http :///newscenter/2008207/05/content _8492702.ht m.(据新华网,http :///newscenter/2008208/25/content _9708314.ht m.1　上海城市暴雨致灾的环境条件上海属亚热带季风气候,气团变化频繁,形成梅雨和强对流等天气系统;又地处滨江临海,易受热带气旋影响.上海地势平坦,一般海拔高度在3～5m ,而吴凇口平均潮位达3.25m ,实测最高为5.98m ,虽然城市河道水网密布,但受到低洼地势和潮汐顶托影响,城市自然排水能力弱.因此,特定的地理环境和气候条件,使得上海城市每年都要在不同程度上受到台风、暴雨和天文潮上游洪水等城市内涝灾害[12].上海中心城区和城镇地区以不透水地面为主,城市地面排水主要依靠排水管网系统,随着城市的发展和建设,地面排水管网系统及泵站均得到了明显改善,但排水设计标准一般以暴雨强度的重现P =1(27～36mm/h )确定,01第2期陆敏,等:上海暴雨灾害的系统特征与脆弱性分析仅重要的局部地区P 提高到3～5.因此,自然和人为因素,尤其是暴雨强度和排水标准决定着上海城市暴露于内涝灾害的危险程度和强度.上海暴雨主要产生于台风、梅雨和强对流天气系统,一般以局部暴雨为主,大范围和全境暴雨一般占三分之一[13].根据相关资料3[14,15],统计1979-2008年这30年间不同时期上海城市大范围普降暴雨的降雨事件,不同暴雨强度发生的频率(见表1).结果显示,30年间大范围降雨过程中,大暴雨以上的降雨平均为半年一遇,特大暴雨或强降雨超过101mm/h 共有11次,为3年一遇.从暴雨数量和强度变化趋势上看,大暴雨和强降雨强度均有明显增加的趋势,城市多强暴雨天气增加了城市内涝灾害的危险.表1　1979-2008年不同降雨强度发生的平均频次Tab.1　The average f requencies of different precipitations during 1979-2008次/年降雨性质前15年(1979-1993年)后15年(1994-2008年)近8年(2001-2008年)30年(1979-2008年)暴雨(50-100mm/d )0.931.670.881.30大暴雨(100-200mm/d )1.131.601.381.37特大暴雨(≥200mm/d )0.130.130.250.13强降雨(≥26mm/h )0.331.802.001.072　上海城市暴雨灾害影响分析强暴雨极易造成城市地面积水,房屋或地下建筑进水,财产损失,城市交通枢纽的瘫痪,电、水、煤气、通讯等城市生命线系统的破坏,以及因暴雨漏电触电等意外人身伤害等多方面的损失.地面积水和建筑物进水是造成各种灾损的主要因素,本文主要通过地面马路积水和民居房屋进水状况两方面分析研究暴雨灾害对上海的影响.1979-2008年,每年市区暴雨造成马路积水超过50条、民居进水超过1000户的灾害发生次数[14216],平均为3次;1993年和1995年最大,分别为10和12次;总体上,暴雨灾害发生的次数与年雨量大小呈正相关(见图1),多雨年份灾害发生的次数也较多.由于上海多以局部暴雨为主,同一场暴雨降雨强度空间差异很大,持续的时间也不同,这为灾害资料的统计和比较带来一定的困难.因此,我们选择那些上海市普降暴雨的降雨事件,并以中心城区某一区或测站出现的最大暴雨强度作为该次降雨事件的代表,统计分析暴雨强度与水情灾害影响程度关系.暴雨强度等级划分主要依据降雨量和降雨强度对城市排水的影响进行分级(见表2).暴雨强度与灾损的关系则通过地面马路积水和民居房屋进水数量进行分析.3上海水务网,http ://.统计1979-2008年56场90天的降雨事件,不同暴雨等级与马路积水和民居进水数量分析结果如图2和3所示,由于早期无短时强降雨记录资料,前15年(1979-1993年)暴雨等级中的1和2级、3和4级灾情资料归为同一级进行统计.统计结果显示,马路积水和民居进水数量均与暴雨强度呈正相关趋势,暴雨强度越低,灾情越小;反之,暴雨强度越高,则灾情越重.30年中,以前15年(1979-1993年)的灾情最重,近8年(2001-2008年)的灾情显著减小.从马路积水状况看,2000年前暴雨时马路积水数量在20～190个路段,差异很11华东师范大学学报(自然科学版)2010年大,最深处积水达70cm.而大暴雨以上强降雨时,马路积水一般在120～200个路段,最多的是在1991年8月7-8日特大暴雨,全市一片汪洋,市区共有574条马路积水30-40cm,最深处达120cm,交通全面瘫痪.而近8年暴雨时马路积水数量显著减少,一般在10个路段以下,大暴雨且降雨强度小于57mm/h时,马路积水数量一般在30个路段以下,极端暴雨事件(5级)仍会造成数百条以上马路积水,尤其是高架交通下立交地道等地因地势远低于周围区域,极易造成雨水倒灌聚积产生严重灾情.从民居进水数量分析,前15年(1979-1993年)民居房屋进水极其严重,即使在暴雨时,居民进水户数平均超过4500户,最多是1993年6月25日,暴雨造成1万2千多户民居进水,而大暴雨民居进水户数平均超过2万,极端暴雨(5级)民居进水总户数均超过10万,最高的是1991年8月7、8日两天民居进水总户数达到20万户.后15年(1994-2008年)降雨过程中民居进水户数显著减少,尤其是近8年(2001-2008年)降雨达到暴雨程度的民居进水户数一般少于50户,而大暴雨且雨强超过排水能力时,民居进水数则超过千户,极端暴雨(5级)超过万户,最多是2001年8月5-6日,两日民居进水数达到3万户.综合上述,在同等暴雨强度下,随着时间推移,地面马路积水和民居房屋进水均呈现减少的趋势,特别在近期(近8年)显著减少.暴雨强度低的降雨造成城市水情灾害已很小,说明在目前城市排水条件下城市内涝脆弱性已明显降低,但极端暴雨强度仍会产生较严重的水情灾害.图1　1979-2008年上海市暴雨灾害与年雨量关系Fig.1　The relationship between rainstorms and annual precipitations of Shanghai in1979-2008表2　暴雨强度等级划分Tab.2　The rank of rainstorm intensities等级划分标准降雨量/(mm・d-1)降雨强度(最大小时雨量)/(mm・h-1)对城市排水影响150-100均匀未超过排水设计标准250-100﹥27短时强降雨,超过排水设计标准3100-200均匀雨量过大过强,排水不畅4100-20027-100雨量大且短时降雨集中,超过排水设计标准5﹥200﹥101特大暴雨或短时极强降雨,远远超过排水设计标准21第2期陆敏,等:上海暴雨灾害的系统特征与脆弱性分析图2　上海市暴雨强度与马路积水数量关系Fig.2　The relationship between rainstorm intensity and quantity of inundated road ofShanghai图3　上海市暴雨强度与民居进水户数关系Fig.3　The relationship between rainstorm intensities and inundated house quantities of Shanghai 3　上海城市暴雨灾害的脆弱性演化上述近30年上海城市暴雨灾害影响分析统计结果表明,在同等暴雨强度下,灾情的表现随着时间而改变.总体灾情有下降的趋势,但极端暴雨事件灾情依然严重,这说明近30年上海城市暴雨灾害脆弱性发生了变化.林冠慧在对台湾集集地震后中部地区土地利用与覆盖变迁研究认为,地方的脆弱性具有演化与多元化的特性,不同社会群体或个体对灾害的脆弱性皆不同[7].分析表明,城市发展建设、城市防灾预警管理、地面排水管网系统及泵站的改造及房屋建筑标准的提高等是上海城市暴雨灾害脆弱性变化的主要原因.上海地势低洼,中心城区和城镇地区以不透水地面为主,地面降雨排水主要依靠地面排水管网系统,地面排水能力的大小直接影响地面积水的状况.用上海城市排水管道长度建设表示地面排水能力的变化,结果显示(见图4):前15年(1979-1993年)城市排水管道长度增加速度较缓慢,从1300km 增加到2100km ,而后15年,尤其是2001年后快速增加,2007年达到8100km ,大大提高了地面排水能力,改变了过去逢暴雨必涝的现象.但由于目前排水管网系统标准和改造是按照暴雨强度的重现期(P =1)确定的,排水设计标准偏低,仅能应付小于36mm ・h -1的一年一遇降雨强度或降雨均匀的暴雨和大暴雨,而近年来受气候变暖和土地利用变化等影响,上海极端暴雨事件发生的频率有增加的趋势,所以原有的系统已不能满足上海这个特大型城市发展的需要.31华东师范大学学报(自然科学版)2010年房屋和地下建筑是否进水除受地面积水状况影响外,还与其自身结构有关.旧式里弄和简易房入口的门槛较低,一般在40cm 以下,甚至仅10～20cm ,极易在大暴雨或强降雨中造成房屋进水.近30年来旧式里弄和简易房占上海居住房屋比例呈下降的趋势(见图4),从1978年的54%下降到1990年的35%,2000年以后下降到10%以下.因此,民居进水数量已显著减少,但仍有一定数量老住宅小区易在暴雨中遭水淹.另外,目前上海重要的地下建筑排水设计标准较高,如地铁车站敞开式入口的雨水量按照50年一遇的暴雨重现期计算[16],高架道路和地道按十年一遇标准设计,分别能应付81mm ・h -1和66mm ・h -1的强降雨.但在极端暴雨情况下仍受到严重威胁,近8年已多次发生地铁和交通立交地道因遭受暴雨侵淹进水而停运关闭事件.根据上海城市规划,上海正进入轨道交通和地下空间的高速发展期,这些地区将成为未来城市暴雨最危险和脆弱的地域之一,也将是城市暴雨防灾的重点区域.图4　1979-2008年上海城市排水管道和房屋结构类型变化图3Fig.4　The change of urban drainage pipelines and building structure of Shanghai during 1979-20083据上海统计网,http :∥www.stat s .4　结 论上海近30年来暴雨发生频次和降雨强度均有明显增加的趋势,城市暴雨天气增加了城市内涝灾害的危险程度.近30年来的水情灾害分析结果表明,在同等暴雨强度下,地面马路积水和民居房屋进水数量均呈现减少的趋势,特别在近期(近8年)显著减少,暴雨强度低的降雨造成城市水情灾害已很小,但极端强度暴雨仍可能造成较严重的水情灾害.上海城市灾害影响和暴雨脆弱性演化对研究发现,除了自然环境因素以外,在城市建设发展过程中,地面排水能力的改善、旧区改造和房屋建筑标准的提高等社会发展的因素,也会降低或减少不同暴雨类型所造成的灾害程度与承灾体脆弱性.但城市在发展过程中又会出现新的薄弱(危险)区域.因此,必须动态地分析研究环境和社会系统的变化特征和规律,才能对自然灾害做出合理的分析评估并找到正确的应对策略.[参　考　文　献][1]　李鹤,张平宇,程叶青.脆弱性的概念及其评价方法[J ].地理科学进展,2008,29(2):18225.LI H ,ZHAN G P Y,CHEN G Y Q.Concepts and assessment methods of vulnerability [J ].Progress in G eography ,2008,29(2):18225.41第2期陆敏,等:上海暴雨灾害的系统特征与脆弱性分析51[2]　BIR KMANNN J.Measuring Vulnerability to Hazards of National Origin[M].T okyo:UNU Press,2006.[3]　SMIT B J,W ANDEL.Adaptation,adaptive capacity and vulnerability[J].G lobal Environmental Change,2006,16:2822292.[4]　ADGER W N.Vulnerability[J].G lobal Environmental Change,2006,16:2682281.[5]　CALLOPIN G C.Linkages between vulnerability,resilience,and adaptive capacity[J].G lobal Environmental Change,1998,16:2932303.[6]　方修琦,殷培红.弹性、脆弱性和适应———IHDP三个核心概念综述[J].地理科学进展,2007,26(5):11222.FAN G X Q,YIN P H.Review on the three key concepts of resilience,vulnerability and adaptation in the research of global environmental change[J].Progress in G eography,2007,26(5):11222.[7]　林冠慧,张长义.巨大灾害的脆弱性:台湾集集地震后中部地区土地利用与覆盖变迁[J].地球科学进展,2006,21(2):2012210.LIN G H,ZHAN G C Y.Vulnerability after a devastating hazard:an interpretation of land use and land cover change in central T aiwan since1999Chi2chi earthquake[J].Advances in Earth Science,2006,21(2):2012210.[8]　ACOST A2MICHL IK L,MARK R.From generic indices to adaptive agents:shift foci in assessing vulnerability to thecombined impacts of climate change and globalization[J].IHDP Newsletter,2005(1):14216.[9]　ACOST A2MICHL IK L.Intervulnerability assessment:Shifting foci from generic indices to agents in assessing vulnerabili2ty to global environmental change[R].Report on a project of the advanced institute on vulnerability to global environmen2 tal change,2005.[10]　TURNER B L,MATSON P A,MCCARTH Y J J,et al.Illustrating the coupled human2environmental system for vul2nerability analysis:Three case studies[J].Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of Ameri2 ca,2003,100(14):808028085.[11]　TURNER B L,KASPERSON R E,MATSON P A,et al.A framework for vulnerability analysis in sustainability science[J].Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America,2003,100(14):807428079. [12]　陈振楼,王军,刘敏,等.上海市主要自然灾害特点与应对策略[J].华东师范大学学报(自然科学版),2008(5):1162125.CHEN Z L,W AN G J,LIU M,et al.Characters of main natural disasters and coping strategies in shanghai[J].Journal of East China Normal University(Natural Science),2008(5):1162125.[13]　上海气象志编纂委员会.上海气象志[M].上海:上海社会科学院出版社,1997.Shanghai Meteorological Affairs Compilation Committee.Shanghai Metrological Affair[M].Shanghai:Shanghai Publish2 ing House of S ocial Sciences Institute of Religious Studies,1997.[14]　温克刚.中国气象灾害大典・上海卷[M].北京:气象出版社,2006.WEN K G.Chinese Climate Ceremony(Volume of Shanghai)[M].Beijing:Chinese Climate Ceremony,2006. [15]　周传文,汪松年.上海水务年鉴[M].北京:海洋出版社,200222005.ZHOU C W,W AN G S N.Shanghai Water Y earbook(200222005)[M].Beijing:Ocean Press,200222005.[16]　彭海清,高乃云,范瑾初.上海地铁工程的给排水设计[J].中国给水排水,2001,17(4):41243.PEN G H Q,GAO N Y,FAN J C.Design of water supply and sewerage planning on the shanghai subway engineering [J].China Water&Wastewater,2001,17(4):41243.。