瓊江兩次洪水過(guò)程的水文氣象論文

　　1前言

　　據統計，近10年水災造成的人員死亡中有2/3以上發(fā)生在中小河流（《水利部水文局（水利信息中心），2010》），目前，有很多學(xué)者和專(zhuān)家將研究重點(diǎn)聚焦在中小河流洪水、山洪地質(zhì)災害的監測與預警預報上。例如，Doswell等（1996）基于配料法研究了暴洪洪水的預報方法，Smith等（2010，2013）從水文氣候、水文氣象和水文方面著(zhù)手，研究了不同流域的洪水過(guò)程，Petersen等（1999）基于中尺度分析方法和天氣雷達觀(guān)測分析了Collins的一次暴洪過(guò)程，Borga等（2007）利用標準化時(shí)間距離討論了一次暴洪事件中降水的空間分布特征；Javier等（2007）和Shairf等（2006）討論了城市的暴洪預報問(wèn)題；崔春光等（2010）和彭濤等（2010）研究了水文模式在汛期洪水預報中的應用試驗；劉蘇峽等（2005）總結了無(wú)資料流域水文預報的研究進(jìn)展；曲曉波等（2010）重點(diǎn)分析了舟曲“8.8”特大山洪泥石流災害氣象成因分析，周雨華等（2004）分析了張家界特大暴雨山洪，張亞萍等（2013）基于精細化降水分布分析了綦江石角流域的山洪氣象條件；張亞萍等（2007，2008）利用TOPMODEL模型分別對佛子嶺流域和重慶溫泉小流域進(jìn)行了徑流模擬。重慶境內河流密布，水系發(fā)達，又有多條河流由四川境內進(jìn)入重慶，當河流上游四川境內發(fā)生暴雨造成的過(guò)境洪水與重慶本地暴雨疊加，易引發(fā)中小河流洪水暴漲。本文對兩次重慶西北部暴雨與過(guò)境洪水疊加造成的洪水過(guò)程進(jìn)行水文氣象條件分析，利用探空資料和新一代天氣雷達資料分析造成這兩次洪水的天氣形勢和風(fēng)暴尺度特征，并比較其異同點(diǎn)，最后著(zhù)重分析這兩次過(guò)程的洪水響應特征，以期為以后瓊江流域的水文氣象預報提供技術(shù)參考。

　　2研究區域

　　瓊江為涪江右岸一級支流，河長(cháng)233km，流域面積4440km2，主要支流位于右岸，有石洞溪、蟠龍河、姚市河、龍臺河、塘壩河和平灘河。瓊江發(fā)源于四川省岳至縣石佛鎮西北九龍寨，于重慶市銅梁縣安居鎮黑龍嘴入涪江（《中國河湖大典》編纂委員會(huì ),2010）。流域地處丘陵地帶，地勢自西北向東南傾斜，丘坡較緩，高程一般為200～450米，流域上建有多座船閘、大壩和水庫。

　　3數據和方法

　　本文研究使用的資料包括：四川和重慶的地面雨量計資料；泰安水文站的水位資料；2次/天的常規探空資料；重慶、永川、宜賓、南充和成都5部新一代天氣雷達資料。

　　首先，利用地面雨量計資料和泰安水文站水位資料分析這兩次過(guò)程的降水及洪水情況。采用常規探空資料分析這兩次洪水過(guò)程的天氣背景。利用SWAN(SevereWeatherAutomaticNowcastSystem)對上述5部雷達數據進(jìn)行拼圖，并利用其輸出的組合反射率因子拼圖分析瓊江流域上這兩次過(guò)程強對流系統的演變特征。最后，利用Borga等（2007）提出的標準化時(shí)間距離D(t)和實(shí)地調查成果，討論瓊江流域的洪水響應。

　　4實(shí)況氣象條件分析

　　4.1實(shí)況介紹

　　2012年7月3～5日（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“7.4”）和2013年6月30日～7月2日（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“6.30”），四川盆地東部和重慶西北部交界處的瓊江流域出現了暴雨過(guò)程，這兩次過(guò)程的總降水量和小時(shí)最大降水量在量級和分布上存在較大差異，“6.30”的降水比較強（圖3a），6月30日00:00～7月1日20:00整個(gè)瓊江流域的累積降水均超過(guò)了100mm，250mm以上的強降水主要集中在瓊江上游的左岸，小時(shí)最大降水量（圖3b）基本上在15mm以上，40mm/h的強降水除分布在瓊江中上游的左岸外，還有一處在流域出口；“7.4”過(guò)程（圖2a）中50～100mm的降水主要分布在姚市河、蟠龍河、石洞溪和桅桿溪流域及瓊江上游，小時(shí)最大降水量（圖2b）主要介于15～40mm，落區與圖2a中50～100mm的降水落區基本一致。

　　這兩次暴雨過(guò)程均造成瓊江干流泰安水文站出現了超保證水位的洪水過(guò)程。其中“7.4”過(guò)程泰安站（圖1中紅色實(shí)心圓點(diǎn)）5日4:30出現洪峰水位249.62米，超過(guò)保證水位1.62米；“6.30”過(guò)程泰安站出現有歷史記錄以來(lái)的最大洪水，7月1日21:14洪峰水位達253.07米，超保證水位5.07米，超警戒水位7.07米，6月30日08:00開(kāi)始起漲，水位漲幅9.53米；一直到7月2日22時(shí)，洪水才逐漸回落至保證水位以下，為247.86m，但仍超警戒水位1.86m；直到7月3日7時(shí)回落至警戒水位以下。與“7.4”相比，“6.30”具有洪峰水位高，漲幅大，高水位歷時(shí)長(cháng)，退水慢等特點(diǎn)。

　　4.2天氣形勢

　　比較造成這兩次洪水的天氣形勢發(fā)現，500hPa（圖4b）上，“6.30”在四川盆地東部為低壓，持續時(shí)間比較長(cháng)，6月30日08:00～7月1日08:00低壓中心一直位于四川盆地中東部，“7.4”在這一地區為高空槽，東移較快，7月3日20:00位于青藏高原東部（圖略），4日08:00位于四川盆地中東部-云南西北部（圖4a），4日20:00移至重慶中部（圖略），同時(shí)向北收縮；“6.30”西太平洋副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高）588dagpm線(xiàn)一直維持在（110oE，23oN）附近（圖4b），“7.4”副高588dagpm線(xiàn)位于25oN附近和120oE以東（圖4a），重慶和川東主要位于副高西北側的輻合上升區；700和850hPa上，“6.30”為典型的西南渦，其中，700hPa（圖略）上306dagpm等值線(xiàn)和850hPa（圖略）上140dagpm等值線(xiàn)穩定維持在成都-沙坪壩-達州之間，“7.4”的`西南渦比較淺薄，850hPa（圖4a）上風(fēng)場(chǎng)表現為明顯的氣旋性，700hPa（圖略）主要為西南風(fēng)和東北風(fēng)的切變線(xiàn)；“6.30”過(guò)程中低空急流更顯著(zhù)，持續時(shí)間更長(cháng)，6月29日20:00～30日20:00，700hPa西南低空急流一直維持在貴州-湖南-湖北一線(xiàn)，6月30日08:00～20:00,同一地區850hPa也存在風(fēng)速≥12m/s的西南低空急流，“7.4”只在4日08:00西南低空急流顯著(zhù)。天氣形勢的分析表明“6.30”比“7.4”更有利于強降水的產(chǎn)生和持續。

　　4.3風(fēng)暴特征分析

　　為了深入細致的分析這兩次洪水過(guò)程中瓊江流域上強對流系統發(fā)生發(fā)展的變化趨勢，這里利用SWAN輸出的組合反射率因子拼圖（圖5～6）來(lái)表征強對流系統在不同發(fā)展階段的特征。這里主要討論小時(shí)面雨量基本在5mm以上時(shí)段（2012年7月4日00:00～13:00，2013年6月30日08:00～7月1日04:00）強對流系統的演變特征。

　　5洪水響應分析

　　2012年7月3日08:00～4日14:00瓊江流域的總面雨量為79.0mm，小時(shí)面雨量（圖7a）在5mm/h以上的時(shí)段主要集中在4日04:00～9:00，共6h，這一時(shí)段的標準化時(shí)間距離（圖7b）由1.32逐漸遞減至0.97，表明降水有從流域邊界向流域出口匯集的趨勢，但降水仍主要集中的流域邊界，尤其是06:00之前，這與風(fēng)暴尺度特征中分析的06:00之前30dBZ以上的回波主要集中的蟠龍河、姚市河、石洞溪、桅桿溪流域和瓊江上游一致，07:00～9:00，D(t)的值基本接近1，意味著(zhù)流域內的降水分布比較均勻，與泰安水文站以上的瓊江流域的回波強度主要在25～35dBZ一致。

　　6結論與討論

　　對2012年7月3～5日和2013年6月30日～7月2日瓊江流域兩次洪水過(guò)程的水文氣象條件進(jìn)行分析，得到主要結論如下：

　�。�1）兩次過(guò)程的主要影響系統之一均為西南渦，位于四川盆地東部，但“6.30”從850～500hPa均為低壓，“7.4”只在850hPa上表現為西南渦，且“6.30”中低空急流更顯著(zhù)、持續時(shí)間更長(cháng)。

　�。�2）天氣雷達組合反射率因子拼圖表明，兩次瓊江流域的強降水均由多段強對流雨帶導致，對流系統多在右岸支流源頭新生并向北偏東方向移動(dòng)，移向與河流流向一致，在干流產(chǎn)生洪水的疊加效應�！�7.4”過(guò)程中，強對流系統4日00:00進(jìn)入到蟠龍河上游，11:00基本移出泰安站以上的瓊江流域�！�6.30”過(guò)程中，除30日08:00～11:00較強回波主要位于瓊江上游外，30日12:00～7月1日4:00，強回波幾乎覆蓋了整個(gè)瓊江流域。

　�。�3）標準化時(shí)間距離客觀(guān)地反映了降水（尤其是強降水）的時(shí)空分布情況，“7.4”過(guò)程中D(t)的值主要接近1或大于1，表明強降水距離流域出口比較遠，與強降水主要分布在姚市河及瓊江上游一致；“6.30”過(guò)程中，D(t)最顯著(zhù)的特點(diǎn)是隨時(shí)間明顯減小，與強回波沿匯流方向移動(dòng)具有較好的對應關(guān)系，表明D(t)隨時(shí)間減小時(shí)，需關(guān)注流域內降水的疊加效應。

　�。�4）“6.30”比“7.4”的降水范圍更大，強度更強，但其峰值響應時(shí)間卻比“7.4”長(cháng)約13h。初步分析表明，“6.30”過(guò)程中強降水在全流域維持約16h，導致嚴重的洪水疊加效應，致使洪水漫過(guò)瓊江原有河道，而瓊江沿岸平坦的地形造成河道寬度向兩側延展，水面漫過(guò)河道后水流狀態(tài)發(fā)生變化，并且形成大面積滯洪區，加之下游河道收窄，對洪峰有淡化作用，錯峰明顯，造成下游水文站洪峰時(shí)間滯后�！�7.4”過(guò)程雖然強回波也主要在瓊江右岸新生，但其強度較“6.30”弱，持續時(shí)間也只有6h左右，河道向兩側的延展程度低于“6.30”。

　　中小河流洪水氣象風(fēng)險預警工作中，在認真監測降水情況的基礎上，還要熟悉河網(wǎng)分布，以判斷降水可能的匯流情況和影響。同時(shí)，在對一些極端洪水過(guò)程進(jìn)行總結時(shí)，還需要進(jìn)行實(shí)地調查，以發(fā)現一些在今后的風(fēng)險預警工作中需要關(guān)注的方面，如本文提到的在平坦地形時(shí)要關(guān)注漫壩可能導致水面寬度大幅向兩側延展，形成大面積滯洪區，洪水流態(tài)也可能發(fā)生改變、并對洪水有削峰、錯峰的作用，造成下游河段洪洪峰時(shí)間滯后等情況。由于本文個(gè)例有限，今后將遴選更多的洪水過(guò)程，針對不同流域的不同洪水過(guò)程將標準化時(shí)間距離進(jìn)行更深入細致的研究和總結，以期為預報員提供一些參考指標。

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