美國德州休斯頓都市洪災事件探討

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美國德州(Texas)自2011年10月以來到2015都是屬於乾旱的狀態,但是2015年5月起連續性的降雨,逐步減緩德州乾旱情況。但在5月23日受到地區風暴影響,旱澇急轉的德州卻遭受大雨侵襲,不僅解除旱象外還造成嚴重洪水災害,造成28人死亡,11人失蹤,德州州政府於25日宣布「緊急狀態」,共有110郡列為「災害狀態」,其中51郡列為「重大災害狀態」地區,而德州主要城市之一休士頓為此次災害最嚴重都市。聯邦緊急事務管理署(FEMA)針對民眾援助共有9454戶,援助金額共計3900萬美元(相當新台幣12億)。此次洪災預估30億美元經濟損失(約新台幣900億元)。德州部分地區為工業發展區,此次亦受到洪災波及,水災再保公司初步預估,德州洪災將成為美國2015經濟損失最嚴重的災害。

一、 前言

德州(Texas)自2011年10月乾旱等級達D4「罕見乾旱」[1],70%土地處於最嚴重乾旱等級,而長達四年乾旱狀態,到2014年還有65%處於「極端」與「罕見乾旱」狀態,2011年和2013年州政府更是宣布乾旱危機 (drought emergency),在2015年五月起連續性的降雨,逐步減緩德州乾旱情況(圖1)。但在5月23日受到地區風暴影響,德州卻遭受大雨侵襲,不僅解除旱象外,由於降水過多,使得山洪暴發,洪水漫淹鄉村、道路和德州主要都市,造成道路中斷,德州工業區也在此次洪水中受災。在2010年德州也曾遭受洪災侵襲,但今年(2015)這起災害損失規模超越過去紀錄。

圖1. 2011、2014和2015美國南部乾旱情況 (U.S. Drought Monitor)

[1]美國乾旱等級由輕到最嚴重,分為D0:異常乾燥(Abnormally Dry),D1:中度乾旱(Moderate Drought),D2:劇烈乾旱(Severe Drought),D3:極端乾旱(Extreme Drought),D4:罕見乾旱(Exceptional Drought)。

二、 地理環境

德州位於美國南部地區(圖2),與墨西哥相鄰,面積約70萬平方公里,共有2700萬人之多,人口多集中於三大城市休斯頓(Houston)、達拉斯(Dallas)、聖安東尼奧(San Antonio),是美國第二大州。德州地勢西高東低,州內共有5條主要河流流經,其流經方向為西北往東南流,最終流入墨西哥灣。墨西哥灣為颶風侵襲地區,而德州地勢較低地區緊鄰墨西哥灣,故沿岸地區因而經常發生淹水災害。德州的雨量分布由東向西遞減,圖4為德州年雨量分布圖,東邊約54英吋(約1400毫米)至西邊14英吋(約355毫米),而影響雨量的成因包括:地勢高低和距海的遠近;此外當地氣溫,以緯度影響最大,溫度由南向北遞減(圖3),其次是地勢高低的影響。

圖2. 德州位置圖 (en.wikipedia.org/wiki/Texas)

圖3. 德州氣溫圖(worldofmaps.net)

圖4. 德州年雨量圖(land with minerals)

三、 災害概述

美國德州洪水發生時間在5月23日至26日,由於多日連續性降雨,造成28人死亡,11人失蹤,德州州政府於25日宣布緊急狀態,有110郡列為災害狀態,其中51郡列為重大災害狀態地區,而德州主要城市之一休士頓為此次災害最嚴重都市,故本文將以休士頓洪災深入探討,並說明休士頓都市洪災防洪歷程。

由於休士頓上游洪水暴漲,橋梁摧毀,主要道路成為排洪水路,德州地區有10萬戶無電可用,主要城市休士頓部分地區停止上班上課,而聯邦緊急事務管理署(FEMA)援助9454戶的民眾,援助金額共計3900萬美元(相當新台幣12億)。此次洪災預估30億美元經濟損失(約新台幣900億元)。德州部分地區為工業發展區,此次亦受到洪災波及,水災再保公司初步預估,德州洪災將成為美國2015經濟損失最嚴重的災害。

四、 氣象水文分析

德州地區連續性的降雨,可由NOAA的日累積雨量圖顯示:5月24日至5月27日地區性低壓導致降雨,而降雨最劇烈時間集中在5月24日與26日這二日,由圖5為德州5月24至27日之日累積降雨,最大降雨約大於250毫米,24日最大降雨集中在聖安東尼奧,26日最大降雨集中在休斯頓。德州氣象資料有紀錄以來在2004年六月是降雨最多月份降雨量為6.66英吋(約169毫米),而今年五月超越過去紀錄。這是連續性的鋒面在德州與奧克拉荷馬州持續降水,雖然春季一直是美國南部州的雨季,但今年的雨季的雨量比往年來得多,甚至超過歷史紀錄,由圖6顯示2015年五月,德州中、北部都市達拉斯周邊雨量測站Dallas測得14.98英吋(380.5毫米)降雨,周邊另一個測站Dallas Fort Worth測得16.96英吋(430.8毫米)雨量,測站分別打破歷史紀錄,創下歷史第一紀錄;而德州南部都市休斯頓周邊雨量測站Houston測得14.17英吋(359.9毫米)雨量,為該測站五月歷史排名第五,聖安東尼奧都市中雨量測站測得8.57英吋(217.7毫米)雨量,為該測站五月排名第七。

圖5. 5月24日至27日日降雨累積圖(單位:毫米) (NOAA)

圖6. 2015年五月德州北部(左)、南部(右)累積降雨及歷史排序 (NOAA)

由圖7顯示為5月26日德州低窪地區和沿海地區已發生洪水災害,部分地區已達中度洪水和嚴重洪水狀態(圖7紅框)。另外,放大休士頓位屬哈里斯郡(Harris)的警戒情況,休士頓市中心和周邊外圍水位站,部分水位顯示紅標(圖8),表示水位已達堤頂溢堤情況。此外,將哈里斯郡分別取北、中、南三測站可得知降雨是由5月25晚間8時開始降雨(圖9),當南區降雨已經是晚間11時,可得知降雨雲雨帶是由北往南移動,而三區最大時雨量皆超過40毫米,而中部雨量站各測得二小時降下112.76毫米,相當於德州五月月雨量;另外,水位也隨著降雨增加因而上升,並在降雨5-8小時後水位達到峰值,甚至超過水位站之堤頂高,依水位重現期計算,此次洪水超過10年重現期,接近50年重現期之水位高。

註:橘色:列為已發生洪水地區、紅色:中度洪水地區、紫色:已達大洪水階段

圖7. 德州地區洪水警戒 (USGS Water Watch)

註:綠標:正常水位、黃標:警戒水位、紅標:水位已達堤頂溢堤

圖8. 休士頓隸屬哈里斯郡水位警戒資訊 (Harris County Flood Warning System - Harris County, Texas)

圖9.哈里斯郡北、中和南部雨量組體圖(左)及水位歷線圖(右) ( Harris County Flood Warning System - Harris County, Texas)

五、 災害衝擊影響

由於休士頓幾乎每年都遭受洪水襲擊,所以為了減少洪水衝擊影響都會區,災害汛洪期間將道路即時改成水道(圖10),讓洪水可以順勢道路(人工水道)排除,但此洪水發生之時,道路確實發揮了蓄洪、排洪效用,但是道路改成水道時,宣導不及,使得在道路上的車輛因而困在水中,動彈不得甚至滅頂,而車上民眾對於突如其來的洪水無處避難,因而求救警消脫困。

圖10. 德州快速道路災前後對照圖 (Richard Lewelling via twitter)

此次洪水,使得人口眾多的休士頓都會低窪地區淹水(圖11),也造成環市公路中斷。德州又是重工業地區,本次洪災也遭受波及,所以相關的再保公司聲明,德州洪災的經濟損失將會是本年度美國之最。

圖11. 德州都市淹水照片 (美聯社)

六、 其他洪災課題探討

(一)防汛區的規劃

休士頓淹水事件不外乎受到颶風與雨季影響,而休士頓地勢相對低漥,所以僅只要瞬間大雨或連續性降雨,便造成淹水災害發生。表1分別為休士頓都市周邊水位站站名及羅列出近15年較大的三起洪水事件,分別是2001年艾里遜颶風(Allison)、2008年艾克颶風(Ike)和2015年五月的洪災,這三場災害瞬間水位高,都超過堤頂高,造成河水溢淹的情況,而Brays Bayou at Beltway 8 此站在今年五月的水位高逼近過去歷史紀錄。

表1. 休士頓近年來重大洪水事件之水位 (HCFCD)

由於休士頓隸屬哈里斯郡中,這周邊遭受洪水侵襲的頻率高(圖12),如何解決都會區洪災,降低災害帶來的損失。因此德州州政府在1937年依法成立哈里斯郡防汛區(Harris County Flood Control District, HCFCD),該防汛區成立目的為了減少洪水侵襲和降低災害帶來的損失,因此將哈里斯郡劃分22個子集水區(圖13),每一個集水區都有各自淹水問題,因此規劃設計了多種方法(圖14),包含:滯洪池、增加綠帶、濕地劃設、回收河川氾濫用地及相關防災教育等,做為全面性規劃考量,以減少整個郡洪水災害。

圖12. 哈里斯郡歷史淹水房屋分布 (HCFCD)

圖13. 哈里斯郡22個子集水區 (HCFCD)

 

 

圖14. 哈里斯郡整治照片 (HCFCD)

(二)連續降雨水庫滿水

雖然德州在2015年五月以前處於乾旱災害型態,但五月起連續性的降雨,不僅讓乾枯的土地含有水分,甚至造成洪水氾濫,不過上游水庫也發揮效用,圖15是德州境內科羅拉多河(Colorado)上的馬歇爾福特水庫(Marshall Ford)水庫歷線圖,在超過月平均雨量的降雨下,使得水庫由原先低水位至五月立即飆升,水庫不僅解決旱象,另外亦發揮了蓄洪效用,削減河水流量降低水位高,不然河水溢堤漫淹情況會更加嚴重。

圖15. 馬歇爾福特水庫2010-2015水位歷線 (http://www.lakelevels.info/)

(三)都市擴張與河搶地

縱觀過去都市地帶,人們的居住地都坐落在河道旁邊,因為不僅提供了交通、能源、供水或肥沃土壤,儘管有這麼多的好處,但是這樣吸引力並非沒有缺點,居住在洪氾區相對的洪水災害發生機率來得高。德州也不例外,德州人口約2700萬人,是美國人口第二多的州,人口大多集中於德州三大城市,休士頓、達拉斯和聖安東尼奧(圖16),此三都市人口都超過500萬人,又稱德州人口三角地帶。由於人口持續在德州增加,僧多粥少地區,為求更多開發用地,河川氾濫平原地區因此加速開發,此次河岸邊遭受洪災影響,使得民眾必須強制撤離,千人流離失所。

圖16. 德州人口分布 (Forourfamily.info)

結論

旱澇急轉近年世界各地屢見不鮮,此次美國德州也發生同樣的情況,乾旱不僅限制民生、工業和農業用水,付出龐大經濟損失,但突發的極端降雨造成都會型洪災發生,工業設備和關鍵基礎設施等,因而淹沒水中,造成更嚴重的經濟損失。因應極端氣候中,旱澇翻轉頻率高,必須重點加強防護計畫,持續改善防洪或蓄水能力與調適作為,以因應旱澇翻轉造成各項損失。

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