随着社会经济的快速发展,特别是城市规模的不断扩大,济南城市化程度有了显著提高。城市化水平的提高改变了城区的自然地理条件,影响了水文要素的变化规律,总体而言,增加了洪水总量,减少了对洪水的调蓄能力,即“增量减蓄”。
1.热岛效应导致“雨岛效应”
如本章第一节所述,城市化的发展,造成了城市的“热岛效应”、“阻碍效应”、“凝结核效应”,影响了城市的降雨,造成降雨量偏多。济南城区受南部山区地形影响,对降雨系统形成明显的阻碍,且大气污染比较严重,空气中凝结核较多,导致济南城区“雨岛效应”更加明显。
根据多年降水资料统计,济南市区多年平均降水量较周边地区多59mm,济南市20世纪60年代年城郊平均雨日数差为-0.14天,而70年代、80年代分别变为3.22天、4.44天,呈明显增多趋势。城市扩展对暴雨的影响也比较显著,根据实测资料分析,雨量大于100mm的暴雨,暴雨中心在济南市区及近郊的占小清河全流域暴雨次数的2/3左右。
2.城市化导致径流变化
洪涝灾害是受土地利用影响较大引起的灾害之一,土地利用所引起的流域下垫面变化严重影响着洪涝灾害的致灾过程。随着济南城市规模的不断扩大,下垫面发生巨大变化。市区降雨后,用于植物截流、填洼和下渗的雨水损失量大幅减小,城区下垫面硬化严重,排水系统不完善,使城区集水区天然调蓄能力减弱,降雨产流量增大,洪水总量增加,汇流速度明显加快,径流系数也明显增大。
据有关文献统计,济南1960~1965年间最大次降雨径流系数仅为0.41,1991~1993年汛期径流系数平均为0.62,最大次降雨径流系数达0.82,径流系数明显增大。这一变化导致雨洪径流及洪峰流量增大,峰现时间提前,洪水陡涨陡落,行洪历时缩短。发生大暴雨时,洪峰常在暴雨发生后2~3h内出现,对于一般暴雨而言,峰现时间也只有4~5h,洪水总量增加,洪水过程线比城市化前明显变得峰高坡陡,给济南城区以及下游的防洪造成极其不利地影响。(www.xing528.com)
3.河道滞洪调蓄功能减弱
城区河道形态的改变、低洼地的改造利用等人类活动降低了原来城市水文系统的滞洪调蓄功能。
改造前的天然冲沟横截面多呈V字形,沟道曲折且支流众多,遇有洪水发生时,沟内水位上涨,沟道能够滞蓄大量洪水。这些沟道经人为改造后,河槽两侧用石板修葺,一方面降低了河道的糙度,减小了河道下渗能力;且横截面形状多变为矩形、梯形,沟坡变陡,过水断面面积缩小,再加上裁弯取直的影响,减少了河槽蓄水量,降低了河道的蓄洪能力。另一方面,人工排水系统与天然河道相比糙率减小,排水速度提高,使增加的地表径流以高速流出城区,从而使城区下游河段的洪水流量增大,滞后时间缩短,洪水陡涨,更容易导致洪涝灾害的发生。1956年6月21日与1991年7月28日两次洪水的降雨量分别为53.2mm和57mm,前期影响雨量也相近,而1991年洪水洪峰明显增大,滞时明显减小,后者是前者洪水洪峰的1.6倍、洪量的2.1倍,洪峰滞时相差8~9h。
4.城市外部排水变内部排水
济南城区面积很小时,城外洪水经护城河向北汇入小清河,不从城中通过。另外,城内积水面积小,排水距离短,地表降水能及时排除,城市抗御暴雨能力较强。随着城市的扩展,这种状况逐渐发生变化。城区沿山前地带东西伸展,使原来处于城外的沟、河成为穿越市区的沟渠,原先古城那种外部排水形式变为既要排除市区内积水又要担负山洪排泄的内部排水形式,加上部分城区雨污混流,城区排水系统在突降的暴雨面前就显得更加脆弱。
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