瓊江兩次洪水過程的水文氣象論文
1前言
據(jù)統(tǒng)計(jì)，近10年水災(zāi)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)者和專家將研究重點(diǎn)聚焦在中小河流洪水、山洪地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)警預(yù)報(bào)上。例如，Doswell等（1996）基于配料法研究了暴洪洪水的預(yù)報(bào)方法，Smith等（2010，2013）從水文氣候、水文氣象和水文方面著手，研究了不同流域的洪水過程，Petersen等（1999）基于中尺度分析方法和天氣雷達(dá)觀測分析了Collins的一次暴洪過程，Borga等（2007）利用標(biāo)準(zhǔn)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(yù)報(bào)問題；崔春光等（2010）和彭濤等（2010）研究了水文模式在汛期洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用試驗(yàn)；劉蘇峽等（2005）總結(jié)了無資料流域水文預(yù)報(bào)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(zāi)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(xì)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(nèi)河流密布，水系發(fā)達(dá)，又有多條河流由四川境內(nèi)進(jìn)入重慶，當(dāng)河流上游四川境內(nèi)發(fā)生暴雨造成的過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境洪水疊加造成的洪水過程進(jìn)行水文氣象條件分析，利用探空資料和新一代天氣雷達(dá)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)，最后著重分析這兩次過程的洪水響應(yīng)特征，以期為以后瓊江流域的水文氣象預(yù)報(bào)提供技術(shù)參考。
2研究區(qū)域
瓊江為涪江右岸一級支流，河長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(zhèn)西北九龍寨，于重慶市銅梁縣安居鎮(zhèn)黑龍嘴入涪江（《中國河湖大典》編纂委員會,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(shù)據(jù)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(jì)資料；泰安水文站的水位資料；2次/天的常規(guī)探空資料；重慶、永川、宜賓、南充和成都5部新一代天氣雷達(dá)資料。
首先，利用地面雨量計(jì)資料和泰安水文站水位資料分析這兩次過程的降水及洪水情況。采用常規(guī)探空資料分析這兩次洪水過程的天氣背景。利用SWAN(SevereWeatherAutomaticNowcastSystem)對上述5部雷達(dá)數(shù)據(jù)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程強(qiáng)對流系統(tǒng)的演變特征。最后，利用Borga等（2007）提出的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間距離D(t)和實(shí)地調(diào)查成果，討論瓊江流域的洪水響應(yīng)。
4實(shí)況氣象條件分析
4.1實(shí)況介紹
2012年7月3～5日（以下簡稱“7.4”）和2013年6月30日～7月2日（以下簡稱“6.30”），四川盆地東部和重慶西北部交界處的瓊江流域出現(xiàn)了暴雨過程，這兩次過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(qiáng)（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了100mm，250mm以上的強(qiáng)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(qiáng)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(qū)與圖2a中50～100mm的降水落區(qū)基本一致。
這兩次暴雨過程均造成瓊江干流泰安水文站出現(xiàn)了超保證水位的洪水過程。其中“7.4”過程泰安站（圖1中紅色實(shí)心圓點(diǎn)）5日4:30出現(xiàn)洪峰水位249.62米，超過保證水位1.62米；“6.30”過程泰安站出現(xiàn)有歷史記錄以來的最大洪水，7月1日21:14洪峰水位達(dá)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，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(xiàn)，500hPa（圖4b）上，“6.30”在四川盆地東部為低壓，持續(xù)時(shí)間比較長，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(qū)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（以下簡稱副高）588dagpm線一直維持在（110oE，23oN）附近（圖4b），“7.4”副高588dagpm線位于25oN附近和120oE以東（圖4a），重慶和川東主要位于副高西北側(cè)的輻合上升區(qū)；700和850hPa上，“6.30”為典型的西南渦，其中，700hPa（圖略）上306dagpm等值線和850hPa（圖略）上140dagpm等值線穩(wěn)定維持在成都-沙坪壩-達(dá)州之間，“7.4”的`西南渦比較淺薄，850hPa（圖4a）上風(fēng)場表現(xiàn)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；“6.30”過程中低空急流更顯著，持續(xù)時(shí)間更長，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，6月30日08:00～20:00,同一地區(qū)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。天氣形勢的分析表明“6.30”比“7.4”更有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生和持續(xù)。
4.3風(fēng)暴特征分析
為了深入細(xì)致的分析這兩次洪水過程中瓊江流域上強(qiáng)對流系統(tǒng)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）來表征強(qiáng)對流系統(tǒng)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(qiáng)對流系統(tǒng)的演變特征。
5洪水響應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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，意味著流域內(nèi)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(qiáng)度主要在25～35dBZ一致。
6結(jié)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程的水文氣象條件進(jìn)行分析，得到主要結(jié)論如下：
�。�1）兩次過程的主要影響系統(tǒng)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(xiàn)為西南渦，且“6.30”中低空急流更顯著、持續(xù)時(shí)間更長。
（2）天氣雷達(dá)組合反射率因子拼圖表明，兩次瓊江流域的強(qiáng)降水均由多段強(qiáng)對流雨帶導(dǎo)致，對流系統(tǒng)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(yīng)。“7.4”過程中，強(qiáng)對流系統(tǒng)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”過程中，除30日08:00～11:00較強(qiáng)回波主要位于瓊江上游外，30日12:00～7月1日4:00，強(qiáng)回波幾乎覆蓋了整個(gè)瓊江流域。
（3）標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間距離客觀地反映了降水（尤其是強(qiáng)降水）的時(shí)空分布情況，“7.4”過程中D(t)的值主要接近1或大于1，表明強(qiáng)降水距離流域出口比較遠(yuǎn)，與強(qiáng)降水主要分布在姚市河及瓊江上游一致；“6.30”過程中，D(t)最顯著的特點(diǎn)是隨時(shí)間明顯減小，與強(qiáng)回波沿匯流方向移動(dòng)具有較好的對應(yīng)關(guān)系，表明D(t)隨時(shí)間減小時(shí)，需關(guān)注流域內(nèi)降水的疊加效應(yīng)。
�。�4）“6.30”比“7.4”的降水范圍更大，強(qiáng)度更強(qiáng)，但其峰值響應(yīng)時(shí)間卻比“7.4”長約13h。初步分析表明，“6.30”過程中強(qiáng)降水在全流域維持約16h，導(dǎo)致嚴(yán)重的洪水疊加效應(yīng)，致使洪水漫過瓊江原有河道，而瓊江沿岸平坦的地形造成河道寬度向兩側(cè)延展，水面漫過河道后水流狀態(tài)發(fā)生變化，并且形成大面積滯洪區(qū)，加之下游河道收窄，對洪峰有淡化作用，錯(cuò)峰明顯，造成下游水文站洪峰時(shí)間滯后�！�7.4”過程雖然強(qiáng)回波也主要在瓊江右岸新生，但其強(qiáng)度較“6.30”弱，持續(xù)時(shí)間也只有6h左右，河道向兩側(cè)的延展程度低于“6.30”。
中小河流洪水氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警工作中，在認(rèn)真監(jiān)測降水情況的基礎(chǔ)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程進(jìn)行總結(jié)時(shí)，還需要進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，以發(fā)現(xiàn)一些在今后的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)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(dǎo)致水面寬度大幅向兩側(cè)延展，形成大面積滯洪區(qū)，洪水流態(tài)也可能發(fā)生改變、并對洪水有削峰、錯(cuò)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程，針對不同流域的不同洪水過程將標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間距離進(jìn)行更深入細(xì)致的研究和總結(jié)，以期為預(yù)報(bào)員提供一些參考指標(biāo)。
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