陳驥 - 氣候變化環境下 香港的極端水災（上）｜科研創新
2023-12-04 12:53 
2023年9月7日晚上至翌日凌晨，香港和深圳遭遇了破歷史紀錄的極端暴雨。香港天文台總部1小時錄得158.1毫米降雨量，刷新了天文台小時降雨量紀錄。當天12小時降雨量超過600毫米，也是天文台自1884年開始有降雨紀錄以來的新紀錄。
此次創歷史紀錄的暴雨造成極端水災，香港多區發生嚴重水浸，造成重大破壞和財物損失。政府相關部門解釋今次極端水災的原因時稱：此次極端降雨為「500年一遇」，而防洪設施只能應付「200年一遇」的洪水。到底，普羅大眾應怎樣理解「500年一遇」的降雨？在全球氣候變化的環境下，香港又該如何應對極端水災？
「500年一遇」的暴雨
簡單來說，「500年一遇」的意思，500年其實是所謂的「重現期」，也可以稱為「頻率」，是統計上的概念。頻率是指某一特定降雨強度在未來出現的機率。500年「重現期」並不是指500年才出現一次，而是指每年出現這樣嚴重程度的降雨有0.2%（=1/500）的發生機率。一年之內出現兩個「500年一遇」的強降雨也是有可能的。事實上，9月7日半夜11時至12時，降雨量達158.1毫米後，暴雨並未停止，9月8日早上7時至8時，又錄得1小時103毫米的降雨，該小時降雨強度是「10年一遇」，即出現的機率是10%（=1/10）。
在防洪工程設計中，工程師們需要用客觀的標準，對降雨和洪水的強度進行劃分。這些標準對於洪水預警、防洪設施設計和城市規劃等具有實際意義。譬如，一場歷時5小時的降雨，可以選取不同時間長度（比如10分鐘、半小時或1小時）的最大降雨強度，用於評估此場降雨在不同時間尺度上的「重現期」。降雨強度是指單位時間內的降雨量；例如，10分鐘內有10毫米降雨量，其降雨強度就是60毫米/小時。
一個地區降雨的「重現期」，是基於該地區長期（一般需要30年）觀測的降雨資料進行分析獲得。首先，將實測降雨資料，按不同時間長度進行歸類；然後對於同一時間長度（比如10分鐘）一系列的實測降雨強度，進行從大到小排序，將每個降雨強度應用統計方法賦予一個對應的「重現期」（即「頻率」）。最後，分析同一頻率不同時間長度的不同降雨強度，獲得相對應的專業統計函數，應用該函數獲得一條頻率曲線。該頻率曲線可以延伸到不同時間尺度（比如1分鐘），從而獲得在該頻率下其他不同時間尺度的降雨強度。
洪水嚴重程度定義
同時，依據專業統計函數，可以推算出不同時間長度上其他頻率對應的降雨強度，從而得到其他不同頻率的曲線。例如，我們只有60年的實測降雨資料，通過頻率分析可以得到500年、1000年的不同頻率曲線。此次歷史暴雨指的是1小時時間尺度的降雨強度（158.1毫米/小時），對應渠務署降雨頻率曲線，是接近500年一遇「重現期」的降雨強度，簡稱為「500年一遇」的暴雨。
描述洪水嚴重程度，也是採用「重現期」這一概念，也是應用頻率曲線，但是與降雨的頻率曲線有根本性的區別。降雨的一條頻率曲線，針對的是一個頻率在不同時間長度上的降雨強度，不同的頻率有不同的曲線。對於洪水，在地面上的一個位置（通常是河流的一個斷面），洪水頻率只有一條曲線，用來表達不同頻率對應的不同洪水強度。洪水嚴重程度不僅與降雨強度有關，也與匯水區域的地形、土地利用、前期降雨量等因素密切相關。
香港山多坡陡，高度城市化；雨水降落到地面上後匯流迅速。很多區域，山坡頂的洪水短短10幾分鐘就可到達山腳，所以在香港往往可以用1小時的降雨強度，來初步評估水災程度。由於山坡陡斜，坡面水流速度較快，土壤侵蝕嚴重；同時，滑坡頻發，洪水中往往夾帶大量泥沙，甚至樹枝和其他雜物，堵塞河道或排水管網，造成局部洪水。所以，香港極端水災的成因複雜，需要加強調查研究。
文：香港大學土木工程系教授香港海外學人聯合會理事陳驥
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文章刊於《星島日報》2023年12月4日教育版專欄「大學之道」
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