气象条件对水利建设影响分析与对策思考

陈晓弟,钟有萍,晏理华,杨幸福,吕昌涛,冉国辉

(贵州省铜仁地区气象局,贵州 铜仁 554300)

气象条件对水利建设影响分析与对策思考

陈晓弟,钟有萍,晏理华,杨幸福,吕昌涛,冉国辉

(贵州省铜仁地区气象局,贵州 铜仁 554300)

利用铜仁地区 10个常规气象站近 40a历史基本资料并结合梵净山区 17个雨量观测站 10a观测资料,分析了铜仁地区气候特点以及水利工程建设、安全运行、管理与气象条件的相关关系,针对当前气象保障水利工程建设及运行安全存在的不足,提出水利建设气象保障措施对策建议,为铜仁地区水利建设的规划编制提供科学依据。

水利工程;气象条件;气象灾害;对策与思考

1 概况

铜仁地区处于全国 18个集中连片贫困地区之一的武陵腹地,境内属喀斯特地形地貌,山高谷深,水低田高,降雨量虽然较丰富,但降雨时空分布不均,干旱发生频率高,水利设施脆弱,工程性缺水严重。由于铜仁地区多山区雨源性河流,径流主要靠自然降水补给,水资源总量虽较为丰富,但时空分布不均;喀斯特地貌广泛发育,易涝易旱,夏季多暴雨,极易造成洪涝灾害;局部地区石漠化严重,保水蓄水能力差,地表水缺乏,有水存不住,没雨用不上,水土流失面广,因此,铜仁骨干水源工程的建设、运行管理、效益发挥与气象条件关系极为密切。为此,本文利用 10个常规气象站 40a历史资料、梵净山地区 17个观测站 10a气象观测资料,分析了铜仁地区水利建设、运行、管理与气象条件的相关关系,为铜仁地区水利建设的规划编制提供科学依据。同时,根据当地重大工程规划建设的需要,找准气象服务切入点,切入地方经济建设中,提升气象服务能力。

2 基本情况

2.1 全区水利工程建设现状

自水利部把铜仁地区作为全国首个地区新农村水利扶贫试点三年多来,大规模实施农村饮水安全工程、骨干水源工程建设、大型灌区改造、病险水库除险加固,雨水集蓄利用等基本建设项目,初步形成了以蓄为主,蓄、引、提相结合,小型为主,中、小、微相结合,灌为主,灌溉、发电、供水相结合的区域性供水体系,解决了部分农村人口的饮水安全问题,有效灌溉面积的提高,农业基础设施得到改善,对促进经济社会发展和解决民生问题的基础保障作用日益凸显。目前,铜仁地区已建有中型水库 5座,小(一)型水库 59座,小(二)型水库 295座。在建的中型水库 2座,小 (一)型水库 6座,小 (二)型水库 26座。

2.2 铜仁地区气候概况

2.2.1 主要气候特点 铜仁地区地处低纬山区,属中亚热带季风湿润气候区,主要气候特征为:季风气候明显,立体气候典型,四季分明、春温不稳,秋温陡降,雨热同季。由于各年季风的强弱及进退早晚不尽一致,因此,气象要素在年际间的变化较大,灾害性天气较多,主要有干旱、倒春寒、暴雨洪涝、冰雹、大风、雷暴、秋风、秋绵雨、凝冻、霜冻等,特别是夏旱 (伏旱),正如民间流传的“年年都有七月旱,不是大旱就是小旱”就是铜仁地区夏旱的典型特征。

2.2.2 降水时空分布 全区各地年降水总量在1 100～1 800mm之间,江口梵净山东南坡为多雨区,平均为 1 600～1 800mm;松桃、江口、万山一带为次多雨区,平均为 1 400～1 600mm;印江、石阡一带为少雨区,一般在 1 100～1 300mm之间。由此可见,梵净山地形与降水的关系具有一致性。全区降水主要集中期在 4～6月,总量为 500～600mm,占年总降水量的 40%～45%;4～8月内降水量为 800～1 300mm,占年总降水量的 63%～72%;雨季开始期一般在 3月底或 4月初,雨季平均终止期通常在11月上旬;7月中旬到 8月多伏旱天气。按季节划分,一年之中降水量主要集中于春、夏两个季节,春、夏两季的总雨量占全年降水量的 64%～74%,各季降雨量以夏季最多,春季、秋季次之,冬季最少。由此可见,铜仁地区降水时空分布极不均匀,即使在雨水集中期的 4～8月也常出现干旱天气,以梵净山为界,将铜仁地区分为东西两部,东部降水明显多于西部。

2.2.3 暴雨时空分布 铜仁地区年平均暴雨日在1.8～4.0次之间,其中,万山、松桃、江口、德江等地年平均暴雨日为 3.3～4.0次,是铜仁地区出现暴雨最多的地方,铜仁、思南、石阡、印江、沿河等地年平均暴雨日为 2.2～2.7次,玉屏年平均暴雨日仅有1.8次,是铜仁地区暴雨最少的地方。全区以 5～8月为暴雨集中期,其中 6月为暴雨的高峰月。全区历年一日最大降水量为 130～281.6mm,其中以江口、铜仁、思南、万山等地较大,均在 220mm以上,以江口 1995年7月1日降 281.6mm为最大。

2.2.4 铜仁地区夏旱时空分布特点 据铜仁地区近 40a气象资料统计 (见表 1),各地无旱的年份仅有 2～9a,而有夏旱的年份达 31～38a,占总年数的77%～95%,几乎年年都有夏旱,就平均而言,中、大旱的年份约为 2～3a一遇,特大干旱的年份约为 4～5a一遇。

表 1 铜仁地区各地 1960—2009年夏旱频次统计表

地区分布特点:利用干旱指数计算公式[1](Ii= Gi-Ri)分别计算了各地干旱指数多年平均值。由图 1可见,铜仁地区西部和南部为重旱区,其中有 4个特重夏旱区:一是印江县城区至沿河县谯家铺一带;二是沿河县西北部边山附近;三是思南县西南部文家店至石阡县西部聚凤一带;四是铜仁市西南部老羊坪至玉屏县北部的田坪一带。地区东部东北部为轻 -中旱区,其中,位于梵净山东南坡的松桃县大路、孟溪、普觉和江口县凯马、太平、匀都等地为无旱区。

2.3 降水资源评价

①铜仁地区降水资源丰富。各地平均年雨量为 1 100～1 800mm,是亚热带雨水较多的地区之一。降水强度不算很大,水份的有效性较高。但降水时空分布极不均匀,一般为地区东部多于西部,各季降雨量以夏季最多,春季次之,秋季再次之,冬季最少。在作物主要生育期 (4～8月)内降水量为800～1 300mm,占年总降水量的 63%～72%。

②春雨较多,初夏暴雨频繁。4～6月为多雨时期,有利于春耕春播。但是,有些年份绵雨较重,容易引起小麦、油菜的湿害,是造成小麦低产的重要气候原因之一,应采取积极的预防措施。5～6月多暴雨天气,对水库蓄水、水力发电、农业生产等较为有利,但是强降水易导致洪涝、山体滑坡、泥石流、坍塌等次生灾害,应积极防范。

③夏旱较重。就多年平均而言,7～8月降雨量较多,但年际变化较大,时空分布极不均匀,旱涝交替,7月中旬到 8月常出现伏旱。此时正是秋收作物生长旺盛时期,耗水量大,一些年份水分供不应求的矛盾突出,常常酿成旱灾,对农业生产影响较大。

3 气象条件对水利工程产生的影响分析

3.1 气象灾害影响分析

在水利设施运行过程中,影响其安全运行的主要气象灾害及其衍生灾害主要如下:

①局地突发性强降水。水库坝址多选在峡谷、河谷等处,一旦出现局地突发性强降水,极易因泄洪不及时导致厂房淹没、设备毁坏以及溃坝、冲毁沟渠等危害。

②大范围洪涝灾害。在全球变暖大背景下,极端天气气候事件频繁发生。出现极端大范围洪涝灾害时,水库库容极易陡增漫过排洪口,发生管涌、泄漏、水库决堤等危害,影响到水利设施的安全运行,威胁下游人民的生命财产安全。

③滑坡、泥石流等衍生灾害。铜仁地区山高坡陡、切割强烈、岭谷高差明显,强降水易引发山洪、滑坡、泥石流、山体崩塌等地质灾害,直接影响到水库、沟渠等水利基础设施的安全。

④强雷电、风雹灾害。强雷电、风雹等灾害极易破坏水利设施的运行管理系统,如大坝监测系统、雨情测报系统、水库自动调度系统等,一旦遭受雷击、大风,将导致运行管理系统不能正常运行,影响水利设施安全。

3.2 气候变化对水利设施建设、运行带来的挑战

铜仁地区多为雨源性河流、客水少,水资源的丰富程度取决于大气降水量的多少,但在全球变暖的背景下,降水的季节分布和极端天气正在发生变化,这将导致水资源时空分布不均问题更加突出,暴雨洪涝灾害更加频繁,持续干旱现象更加严重,较高的水温和极端变化将加剧富营养化而影响水质,给铜仁地区解决工程性缺水问题提出了新的要求和挑战。

从铜仁地区平均温度历史演变情况看 (图略),铜仁地区平均温度与全球温度变化趋势一样存在变暖的趋势,自 20世纪 60年代开始到 2009年,全区平均温度增加了 0.2(江口)～0.4(万山)℃。在全球气候变暖背景下,近 20a来铜仁极端天气气候事件频发,多灾并发,点多面广,多次出现了严重的局地暴雨洪涝、强雷电、强风雹、严重干旱、严重冰冻等极端天气气候事件。随着气候变暖的趋势,气候变化对铜仁地区的重要影响主要表现为:

①气候变化将导致铜仁的冰雹、暴雨洪涝、干旱、凝冻天气等极端天气气候事件及次生灾害的增多增强,而且,极端天气气候事件的间歇期预计将缩短。这就可能导致更频繁的洪水、山体滑坡、干旱等,并伴随人员伤亡、疾病传播 (如流行病、传染病、食物中毒)、财产损失、基础设施和房屋的损失、土壤流失及农业损失等。

②气候变化将使铜仁地区水土流失加重导致石漠化问题日益凸显,对生态及环境造成严重影响。由于气候变暖,温度增加,持续干旱现象更加严重,生态植被减少。

③气候变化将带来铜仁地区水资源时空分布不均问题更加突出。由于气候变暖,导致降水时空分布的极不均匀和极端天气正在发生变化,暴雨洪涝灾害更加频繁,持续干旱现象更加严重,可能导致水资源时空分布不均问题更加突出。另外,温度增高意味着下降到地表的水将更多地被蒸发,特别是夏季高温,导致径流减少。

4 当前气象保障水利工程建设及运行安全存在的不足

①气象监测站点布设密度不足,降水动态监测信息与水利设施安全建设和科学、高效运行所要求的高精度、高密度存在差距。

目前,铜仁地区 161个乡镇建立了自动气象观测站,已开工建设新一代天气雷达。但是气象降水监测站点主要布设在城镇,而在江河流域存在着监测盲区,不能有效监测水利设施所在区域的降水及雷暴、大风等气象要素;缺乏对空中水资源分布及其流量、流速、流向的有效动态监测。

②气象预报预警准确率和针对性有待进一步提高,预报预警信息与水利设施安全建设和科学、高效运行所要求的精细化存在差距。

铜仁地区降水存在集中性、局地性、突发性等特点,在实时水资源调度中,降水预报信息已成为决定水利设施蓄、泄的最有效科学依据。因此,准确、精细地开展水利设施所在区域的降水趋势预报,不仅可为科学地、最大效益地调控上下游水利设施的蓄水量、发电量,制定合理的蓄水、调水方案等提供科学依据,也为洪水来临时提前采取泄洪、下游人员安全转移等应急措施提供决策依据。目前,降水预报尚处在分区分片阶段,未能真正实现“定点、定时、定量”的精细化预报,特别是针对特定流域断面的面雨量预报、定点山洪灾害和滑坡、塌方、泥石流等地质灾害的精细化预报预警还有待进一步加强。

③气候可行性论证尚未纳入规范化轨道。

在水利设施规划过程中,依托区域自动站的资料分析水利设施所在区域降水量季节变化及年际变化、暴雨日数、历史暴雨极值和重现期等气象条件,深入研究气候变化趋势对水利设施所在区域未来降水的影响并进行预评估,这是水利工程合理布局、科学规划的基础性工作。目前,气候可行性论证粗放,又加之流域间自动站布局不合理,不能为水利工程建设提供全面、科学、系统的气候可行性论证,与水利工程建设规划所要求的科学、精细的决策支撑存在差距。

④人工影响天气装备与技术有待进一步完善和加强。

铜仁地区地处地纬,来自印度洋孟加拉湾洋面上空和南海上空西南、偏南水汽通道由南向北输送的大通道上,常年空中水汽含量丰富,上空有待开发的水汽资源是非常丰富,其开发潜力是巨大的。目前,铜仁地区仅有人工增雨作业点 27个,火箭增雨作业装备 8具,人工影响天气装备、人工影响天气作业基地、人工影响天气技术等不完善,且基地建设欠帐太多,不能满足水利工程对空中水资源开发的需求。

5 提高气象保障水利工程建设及运行安全的对策思考

①建立装备先进、功能完善的气象监测网,提高监测能力

在大中型水利设施区域和天气上游、关键区、敏感区,特别是在流域间、暴雨和地质灾害频发区域建立多要素自动气象站,实现对降水、气温、风向风速等气象要素进行连续、系统的观测,并充分依托铜仁地区即将建成的新一代天气雷达资料,为精细化预报预警气象服务提供气象科技的基础性支撑,满足水利设施安全建设和科学、高效运行对降水动态监测信息的高精度、高密度要求,保障水库安全运行。

②完善以数值预报为基础的预测预报业务系统,提高预报预警能力。

广泛应用卫星、雷达、自动气象站资料,建立精细化、定量化水平更高的气象预测预报系统,进一步完善数值预报解释应用技术方法,对灾害性、关键性、转折性重大天气以及极端天气气候事件进行监测和预警,特别是加强对重要江河流域致洪暴雨的分析研究,为水利设施安全建设和运行提供针对性更强、时效性更快、科学性更高的预报预警产品,为调洪蓄洪,洪水资源化赢得预警时间,提高水利设施建设效益。

③进一步加强气象台站基础设施建设,提高水库安全运行气象保障能力

切实抓好铜仁地区新一代天气雷达及其配套设施建设,建立气象卫星地面接收系统,提高装备水平,建立现代气象业务体系,增强对灾害性天气和极端天气气候事件监测预警能力,为大中型水库安全运行提供重要的气象保障。

④建立人工增雨作业基地及指挥系统,开发空中云水资源,解决工程性缺水问题

铜仁地区水资源主要来源于空中自然降水,但时空分布不均,工程性缺水问题突出。适时有效地开展人工增雨作业,每年可给铜仁地区增加降水量2-3亿m3。就目前开发空中云水资源是缓解工程性缺水的有效途径。因此,在水利工程建设区域建立较完善的人工增雨作业基地及指挥系统,能有效提高空中水资源开发能力,着力解决水资源短缺和工程性缺水问题。

⑤加强水利建设气候可行性论证。

在水利建设规划中,按照《气候可行性论证管理办法》的要求,强化气候可行性论证,对涉及气候、生态、环境等方面的影响进行充分论证,遵循自然规律,科学规划、合理布局,避免不利影响,充分发挥水利工程建设效益。开展气候变化对铜仁水资源供需平衡的影响研究、暴雨洪水极端天气气候事件变化趋势研究等重大专题研究工作,为水利工程建设应对气候变化提供有力的技术支撑。

6 结束语

①在水利设施运行过程中,突发气象灾害及其衍生灾害是影响安全运行的主要因素。因此,针对影响水利设施安全运行的各类气象灾害,规范水利设施所在区域的气象预报预警联防机制,研究影响水利设施安全运行的气象灾害预报预警模型,能有效避免或减轻水利设施安全运行的气象灾害威胁,是确保水利设施安全运行的重要保障措施之一。

②在水利建设中,充分考虑气象条件和气象灾害的影响,将气象灾害监测预警纳入水利工程建设规划,通盘考虑,统筹规划实施,提高流域水库安全运行气象保障能力,保障水利建设安全。

[1] 储昭庆,等 .铜仁地区气象志[M].贵阳:贵州人民出版社,1994.

P49

B

2010-09-10

陈晓弟 (1954-),男,高工,主要从事气候分析应用及综合管理工作。

1003-6598(2010)增刊 -0107-04