永宁江流域台风暴雨时空分布特征分析

2021-07-26丛娜姜姗姗陈琛

海河水利 2021年3期

丛娜，姜姗姗，陈琛

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 引言

近年来，全球气候变化加剧，区域乃至全球范围内极端气候事件发生频率及强度呈加剧趋势[1]，IPCC第五次报告中也指出中纬度地区强降水事件发生愈发频繁。台风作为极端天气中一种危害严重的气象现象，带来的降水多寡对台风活动频繁区域的旱涝而言是至关重要的。《气候变化国家评估报告》[2]指出，台风等自然灾害对我国沿海地区造成严重的影响，其中环渤海区域、长三角经济带与珠三角地区等经济发展好的地区尤为严重。究其原因，除了东部沿海人口密集、经济发达外，东部沿海地区经济高速发展带来的生态环境变化和高度城市化带来的地面沉降，增大了台风、暴雨、洪涝等自然灾害发生的可能性，所以对东部沿海地区的台风现象进行研究是有现实意义的。近年来，国内外许多专家学者对台风降水事件展开了研究，黎洋等[3]通过对安徽省台风降水的年间差异和大气环流特征的研究分析，发现降水偏多年欧亚大陆以经向环流为主、副高偏强。罗婷等[4]通过对海南岛台风降水和大气环流特征的研究分析，发现在海南岛降水偏多年份，长江以南地区冷空气影响偏弱、副热带高压偏弱、南支槽偏强。

永宁江是椒江的一条主要支流，主流长83 km，流域面积889.8 km2。永宁江干流上游建有1座大型水库，即长潭水库，其坝址位于潮济以上3.5 km，集水面积441.3 km2；永宁江下游流经台州市黄岩区，同时输水至温黄平原，东抵椒江市、南达温岭市松门镇，江北渠道贯穿江北平原，至临海市长甸乡。永宁江流域受台风灾害影响严重，目前对永宁江流域的台风暴雨研究多集中在洪潮遭遇与水利工程联合防洪调度上[5]，而对永宁江流域台风降水空间分布和雨量时程分布的研究还比较少，此项研究对经济较发达、防洪任务重同时兼具供水任务的永宁江流域而言显得尤为重要。因此，本文将基于近30 a永宁江流域典型台风暴雨资料，对台风暴雨的时空分布特征作出研究。

2 资料和方法

永宁江流域洪涝灾害频发，暴雨洪水主要分为台风、锋面暴雨洪水，而大洪水60%以上发生在台汛期，因此台风暴雨洪水是该地区最严重、影响最大的自然灾害。永宁江流域中上游河道及其支流均属山溪性河流，洪水暴涨暴落；流域下游的平原河道坡降平缓，常受潮汐涨落的影响，洪水下泄速度较慢，导致中下游黄岩区城区受灾严重。为重点研究对流域造成巨大损失的典型暴雨，本文选取近30 a对流域影响较大的9场典型暴雨和流域内及周边共10个雨量站（站点分布如图1所示）对流域典型暴雨空间雨量分布进行研究，同时对各典型暴雨时程分配作出研究。

针对暴雨空间分布，本文利用雨量站实测场次暴雨情况，通过ArcGis中的克里金插值方法进行空间插值，并对插值后空间分布特征进行了分析。

针对降雨时程分配即雨型的研究，国内外已经有了许多成熟且侧重点各异的方法，早在20世纪40年代，前苏联的包高马佐娃在对乌克兰等地的降水资料进行统计分析后，提出将降水分成7种典型类型，称为概化雨型，随着计算机技术的发展，人们利用计算机程序对降水类型进行分析与判断，从而确定降水是属于何种类型的，此种方法称为模糊识别法。1957年，Keifer和chu提出了一种根据强度-历时-频率关系得到了一种不均匀的设计雨型，称为芝加哥雨型。之后，Huff将降雨按雨峰出现的位置分成4种类型，称为Huff雨型。

国内关于短历时暴雨雨型研究多是具体应用实践方面，我国在计算当地设计暴雨时，多数选择当地典型暴雨过程，采用同频率或同倍比的方式进行时段控制，但选择过程中存在很多人为的影响。此次研究选择了永宁江流域9场典型台风暴雨，使用模糊识别法相同的思路，将各降水历时等分为5个时段，分别统计各时段降水量占整场降水的百分比，对台风暴雨时程分布进行研究。

永宁江流域雨量站点分布，如图1所示。永宁江流域历史典型暴雨特征，详见表1。

表1 永宁江流域历史典型暴雨特征 mm

图1 永宁江流域雨量站点分布

3 永宁江流域典型降水空间及时程分布

3.1 典型降水的空间分布

近30 a永宁江流域典型台风降水空间分布如图2—3所示，9场典型降水暴雨中心都分布在永宁江上游长潭水库以上区域，降雨空间分布不均匀，降雨量自上游至下游逐渐减少。

图2 1992、1994、1997、2004、2005、2007年流域典型暴雨空间分布

（1）1992年暴雨中心在流域外黄家寮站附近，降水最少的区域在坝头闸站附近，面雨量最大为540 mm，最小为252 mm，最大为最小的2.14倍。

（2）1994年暴雨中心在黄家寮与上垟站附近，降水最少的区域在西江闸站附近，以长潭水库为界，长潭水库以上降水量明显大于长潭水库以下，面雨量最大为458 mm，面雨量最小为176 mm，最大为最小的2.6倍。

（3）1997年暴雨中心在苗寮站附近，降水最少的区域在宁溪、长潭站附近，降雨集中在全流域最上游，降雨最大为572 mm，降雨最小为276 mm，最大为最小的2.07倍。

（4）2004年暴雨中心分布在黄家寮、苗寮、上垟站，降雨较多区域往下游偏移，降水最少的区域在秀岭站附近，降雨最大为690 mm，最小为298 mm，最大为最小的2.32倍，2004年最大1、3 d雨量均为所有典型年中最大的。

（5）2005年暴雨中心分布在苗寮、上垟站附近，降水最少的区域在西江闸站附近，最大为592 mm，最小为282 mm，最大为最小的2.1倍，与暴雨中心沿线区域相比，全流域降雨量都不大。

（6）2007年降雨空间分布情况与2005年基本一致，最大为552 mm，最小为292 mm，最大为最小的1.89倍。

（7）2013年暴雨中心分布在苗寮站附近，降水最少的区域在宁溪雨量站附近，全流域降雨相比于暴雨中心都比较小，最大为451 mm，最小为315 mm，最大为最小的1.43倍，流域降雨分布比较平均。

（8）2015年暴雨中心分布在苗寮站附近，降水最少的区域在坝头闸站附近，最大为531 mm，最小为157 mm，最大为最小的3.38倍。

（9）2019年暴雨中心分布在黄家寮站附近，降水最少的区域在西江闸站附近，最大为747 mm，最小为241 mm，最大为最小的3.1倍。在以上9个典型年中，2015、2019年面雨量空间分布不均匀程度最高。

3.2 典型降雨时程分布

对降雨时程分布的研究方法有很多，本次研究选取了对本流域影响最大的9场典型暴雨，由于暴雨场次较少，选取概化雨型的分析方法，将9场典型降雨时长分为5个相等的时段，对各时段内降雨量占场次降雨总量的百分比进行统计，详见表2。

表2 永宁江流域典型暴雨时程分布

从统计结果看出，永宁江流域降雨时段多为第2、3、4时段，特别是第3时段，在9个典型年中，1994、1997、2004、2007、2013年第3时段降水量占总量50%以上，降雨呈尖瘦型；1992、2005年降雨呈矮胖状；2015、2019年降水集中在正常降雨的后半程，特别是2015年强台风“苏迪罗”影响永宁江流域，造成严重的灾害，第5时段降水占总量50%以上。