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降雨量用mm衡量的现实意义

来源:中国数据分析行业网 | 时间:2021-08-13 | 作者:数据委

(作者:CPDA大发888dafabet:?刘程浩)

7月17日以来,河南省郑州市持续出现的强降水天气,我相信大家一定都看了相关新闻,微信群里也能收到群友转发该地水灾内涝的视频。据新闻报道,这次强降水“千年一遇”,一天的降雨量相当于北京市1年的降雨量。用具体的降雨量数字衡量,根据河南省气象台发布的天气状况,20日17—20时,郑州平均降雨量38.4毫米,最大小时雨强出现在郑州本站201.9毫米(16—17时)。这么大的降雨造成了市区内严重内涝。20日16-17时200多毫米这个峰值降雨量,为啥会造成这么大的内涝呢?

 

作为一名大发888dafabet:,我仔细用卷尺看了下200毫米有多长,也就是20cm。如果站在地面,20cm也就刚过脚踝。我农村老家门口、我夫人老家村口小河的水,都比20cm要深。我印象中在河里抓鱼玩水不知多好玩儿。就连城市里游泳池的娃娃池,水也比这20cm要深,还不是照样一群孩子玩得痛痛快快?!带着这个疑问,我仔细找了下资料,认真分析后才发现200毫米的降水量,放在特定的地理环境里,真不是开玩笑的。为什么这么说呢?

 

先解决第一个问题:降雨量是怎么测出来的

雨量计?rain gauge,大家一定都听说过,没见过实物在课本里也见过插图。不过说实话,我还真没见过,但感谢现在高度发达的互联网,我总算看到了实物。下面上图:

这是一个筒状的雨量计,直径5英寸(12.7厘米)。照片中拿在人物左手的就是雨量计的雨水收集装置,很像一个大号的打酱油漏斗是吧。雨水就是经过这个漏斗细长的管子,流到下面的玻璃瓶的。

等雨停了后,就可以拿出来玻璃瓶,把雨水倒进试管里去测量。读取和换算很简单,因为1小时1毫米降雨量,等于1小时内1㎡的地面上采集到了1毫米高的雨水。也就是相当于1小时内1㎡的地面上降了1kg的雨水(1㎡×1mm×ρ=1kg)

由于雨量计的敞口肯定没有1㎡那么大,因此计算时,用雨量计的漏斗敞口面积做分母(单位㎡),采集到的雨水毫升数做分子。然后数值随分母放大到1㎡,就得到结果了。

以上图为例,直径12.7cm的雨量计,假设1个小时收集到了35毫升的雨水,就等价于1小时降雨量2.8毫米:

 

当然了,还有这种透明的雨量计,读取数字非常方便

那雨量计上面的采集雨水的装置,为啥要做成漏斗状呢?

我认为主要为了防止蒸发。因为测量降雨量,有很多种时长指标,例如我在网上能找到的种类就包括:1小时降雨量、6小时降雨量、12小时降雨量、24小时降水量,旬降水量,年降水量等等。如果我们要测24小时降雨量,那么用敞口的雨量计来收集,由于24小时之内不是连续降雨的,甚至还会出大太阳,这样一来,出太阳的间隔期间敞口的雨水筒很容易蒸发掉收集到的雨水,造成计量不准。

 

接下来再到第二个问题,降雨量mm的现实意义是啥

上面说到了,每小时降雨量1毫米(1mm),相当于1个小时内1㎡面积上收集到了1kg的雨水。那么这次郑州峰值1小时降雨量201mm,就相当于1㎡面积上收集到了201KG重的雨水,这相当于一平方米站3个成年人。对于一个简易结构的屋顶或者雨棚而言,如果这个雨持续个2小时,并且排水不畅的话,那么在402kg/㎡这个压强下,是很容易压垮的。

其实这还不是最关键的问题。

 

最关键的问题是产生的内涝。那为什么我平时感觉老家门口的小河,以及娃娃池的水都比200毫米高的多,但没有感觉像是这次郑州那样发洪水那么严重呢?原因很简单,地形+长时间强降水所致。举个例子,下雨天,拿一个敞口大杯和一个大脸盆接1个小时雨水,雨停时哪个容器的水面高?答案当然是敞口杯高了。很简单,因为敞口杯的底面积远远比脸盆小,并且敞口杯的体积也比脸盆小。

假设敞口杯能装1.2kg的水,脸盆能装5kg的水。1个小时假设下了1mm的雨(1㎡下了1kg的雨水),脸盆远远没装满,敞口杯就快要满了。

 

把这个例子转换成地形,就更容易理解了。假设有个城市洼地,这个洼地上空有一片乌云,刚好这个片乌云的雨只下到这个洼地里面。我们不考虑这片洼地排水情况,假设这片洼地没有下水道,地表也不会渗透雨水。那么只要雨不大,或者下的时间不长,那么这片洼地其实也不会怎么样。顶多出门穿水鞋,等出个大太阳,或吹一晚上夜风,第二天就干了。

 

但是,如果这块洼地两边出现了同样的降雨云层,那么问题来了。水往低处流,这洼地两侧的雨水只会往地势低的洼地汇集。

那么就相当于本来1小时降个N毫米的降雨量,一下子就变成了1小时3N毫米的降水量了。

 

 

这样一来,洼地的积水程度就严重多了。

 

回到刚才郑州这次强降水数值的例子。峰值1小时201毫米,也就是20厘米,如果像上面的场景就变相等于1小时60厘米的降水。60厘米,对个子矮一点的人来说那可是齐腰深了啊!

如果这个洼地上方,连同四周都有这样的降雨云,那么1小时的降水就相当于5×201mm=1米多深了。你想一下,一个小时平地涨了1米深的水,要是下个2小时水位就比人高了!下个3小时,1楼都淹了!这就是200毫米?降雨量的现实严重性!

 

再到第三个问题,郑州就这么容易被淹?

这个问题比较专业,是水文、水利等相关专业的课题。我相信读者里有肯定有这方面的专业人士,在这里我就不在关公面前耍大刀了。我只讲一下,结合我刚才分析的过程,对这次郑州为啥会容易淹的原因分析。

 

首先,降雨量很大,降水时间长,这个是不争的事实。其次,郑州的地貌很关键,因为郑州市的地理环境是容易产生内涝的。

我在网上查到的郑州的地貌如下:

郑州市横跨中国第二级和第三级地貌台阶,西南部嵩山属第二级地貌台阶前缘,东部平原为第三级地貌台阶的组成部分,山地与平原之间的低山丘陵地带,构成第二级地貌台阶向第三级地貌台阶过渡的边坡。

郑州地势自西南向东北倾斜,西南部最高海拔258米,东北部的柳园口海拔82.5米,西南部是受到侵蚀而形成的低山丘陵,逐渐向南过渡为黄土倾斜平原和黄淮冲积平原以及少量的沙丘和沙地。

 

我们可以看下图:

 

这个地形图,郑州市北面是黄河,黄河堤坝相当于在郑州北面修了一道墙;郑州的西南方向的山地如果遇到强降水,那么这些雨水肯定不会在山坡上停留,必然会沿着红色箭头往郑州市区排泄。这些山地的坡面自古以来又形成了很多峡谷,这些峡谷的走向很多是西南-东北走向,就好像排水沟一样定向排到了郑州市区。这样以来,郑州市区本身上空的降雨,加上西南山地排泄下来的洪水,一下子就全堵在郑州市区了。而郑州北面的黄河堤坝,又刚好像一堵墙那样,洪水+雨水来了后,挡着不让这些水散去,市区肯定会严重内涝。当然,再加上郑州的市政的排水系统排水设计速度远比不上洪水+雨水的聚集速度,也是造成市区内涝严重的成因。

 

结尾:

降雨量用mm表示,它的现实意义搞清楚了,那么以后看新闻或天气预报的时候,对降雨量会不会造成洪涝灾害的影响,结合历史数据、地形地貌、以及基础市政信息,我们也就有了更多理性的认识和预判。