三岔河上游一次暴雨洪水过程分析

2022-03-02醋院科周皞王加敏何东坡

科技风 2022年5期

醋院科周皞王加敏何东坡

摘要：本文利用流域自建雨量站与气象局国家站、區域站雨量资料，结合平寨水库坝上水位、流量数据，分析了2020年7月7日至7月9日三岔河上游洪水过程的雨情、水情特点，以及气象成因，研究结果表明：本次降雨过程持续时间长、范围广、强度大，降雨形成径流时间短，入库流量陡升陡降，并呈现双峰型分布，本次洪水过程主要由上游流域地表径流产生，高空槽、低空低涡切变线与地面辐合的配合，以及副高外围云系带来充沛的水汽条件、低层系统移动缓慢在流域内维持时间较长是形成本次暴雨洪水过程的重要原因。

关键词：暴雨洪水;地表径流;高空槽;低涡切变;配料法

Analysis of a rainstorm flood process in the upper reaches of Sancha River

Cu Yuanke1 Zhou Hao2 Wang Jiamin2 He Dongpo3

1.Guizhou Qianyuan Power Co.，Ltd. GuizhouGuiyang 550002;

2.Guizhou new Meteorological Technology Co.，Ltd. GuizhouGuiyang 550002;

3.Guizhou meteorological station GuizhouGuiyang 550002

Abstract：Based on the data of Selfbuilt precipitation station，National Meteorology precipitation station and Regional Meteorology precipitation station，Combine data of water level and rate of flow in Pingzhai Reservoir，Analysis the characteristics of rain condition，water regimen and meteorological causes of the flood in the upper reaches of Sancha River from July 7 to July 9，2020.The results show that the rainfall process lasts for a long time，has a wide range and high intensity.The runoff time caused by rainfall is short，and the inflow discharge rises and falls sharply，and presents a bimodal distribution.The flood process is mainly generated by the surface runoff of the upstream basin.The main reasons for this rainstorm and flood process are the coordination of the highaltitude trough，lowaltitude vortex shear line and ground convergence，the abundant water vapor condition brought by periphery of Subtropical high，the slow movement of the lower layer system in the basin area and lasts for a long time.

Keywords：rainstorm flood;surface runoff;highaltitude trough;vortex shear;batching method

1 概述

2020年7月，长江流域发生多轮强降雨过程，造成的多地发生较重洪涝灾害。三岔河是乌江的重要支流，其位于贵州省西北侧，自西向东流经毕节市、六盘水市、安顺市、贵阳市。由于三岔河上游流域海拔高落差大，降雨形成径流快，且上游除平寨水库外无大型电站的截流，因此，依据贵州省气象局区域站常规观测资料，研究三岔河上游流域洪水特征以及发生发展的机理，对于整个三岔河流域的防洪调峰，生产安排都有非常重要的意义。

在以往的暴雨洪水过程分析中，由于受掌握资料的局限，气象部门更侧重于雨情与天气过程气象成因的分析[13]，而水利部门则更侧重于水情与洪水影响的分析[45]，且没有充分考虑前期土壤湿度和降雨对洪水过程的影响，随着大数据技术的不断发展[6]，气象与水文的紧密合作已成为行业趋势，通过数据共享使得洪水过程的分析精度得到了更精确全面的进步。

本文利用贵州省气象局66个区域站、2个国家站气象站，以及流域19个自建雨量站以及平寨水库坝上水位、入库流量，结合纳雍站逐小时土壤相对湿度资料，分析了2020年7月7日至9日三岔河上游流域暴雨的时空分布特征及洪水过程的流量、水位变化特征，并利用常规地面、高空气象资料，采用“配料”法从稳定度条件、水汽条件、垂直速度、散度等基本物理量场分析了此次暴雨洪水过程的气象成因。

2 流域概况

三岔河上游流域位于22°～23°N，104°～105°E之间，流域面积3400平方千米，约占三岔河流域总面积的三分之一，其地处云贵高原东侧，属亚热带季风气候，地形西高东低，主要河道呈西北东南向分布，大小支流繁多，落差大，常年年降雨量为930mm，且主要集中在7～10月份。流域内唯一的中大型水库为平寨水库，其库容为10.89亿m3，电站总装机140.2兆瓦，最大发电流量112m3/s，年平均入库流量在64.3m3/s左右。

3 雨情分析

2020年7月7日08时至9日08时，三岔河上游流域连续两日傍晚到夜间自西向东出现强降雨天气过程，雨量普遍大雨到暴雨，其中48小时累积降水暴雨53站，大暴雨8站，流域累计面雨量81.3mm，单站累计最大降雨量为231mm（岩脚站）。

本次强降雨过程可分为两个阶段：第一阶段为7日08时至8日08时，大暴雨中心主要位于流域下游地区，流域24小时累计面雨量为44.2mm，最大小时面雨量达8.8mm（8日00时），单站最大小时雨强为52.0mm（岩脚）。

第二阶段为8日08时至9日08时，大暴雨中心仍然出现在平寨流域下游地区，流域累计面雨量37.1mm，最大小时面雨量达10.5mm（8日20时），本阶段降水主要为成峰暴雨阶段。9日05时后，随着天气系统的南压，流域内以分散阵雨为主。

4 洪水过程分析

由于前期降水较少，平寨水库水位维持在1324米左右，入库流量维持在110m3/s左右，2020年7月7日23时，受上游降雨影响，平寨水库入库流量开始上涨，起涨水位132466米，相应流量108.47m3/s，至8日05时达到峰值765.68m3/s，然后逐渐回落，至8日18时降至348.66m3/s，此时，第二阶段降水所产生的洪峰紧随而来，入库流量再次急剧上涨，并于8日23时达到新峰值1060.34m3/s。

随着降雨云团移出流域，降雨逐渐减弱，入库流量也相应减小。由于平寨水库最大发电流量为112m3/s，此时入庫流量仍然大于出库流量，库水位继续上涨，至7月11日10时，库水位上涨至1330.67米，接近警戒水位，开始泄洪，水位逐渐下降。自7月7日23时开始到11日10时，入库水量达1.45亿立方，水位上涨6.01米。

由于两次降雨过程时间间隔短，雨量大，且强降水区域重叠，结合流量与土壤相对湿度变化曲线可以看出，第一段降水主要起填洼、饱和土壤作用，并在流域中下游地区出现明显超渗效应。第二阶段降水过程，受前一阶段降水影响，流域内土壤含水量接近饱和，径流系数大，入库流量现峰后又复涨，呈现双峰型分布。

5 气象成因分析

5.1 形势与中尺度环境场

图中可见：在500hPa，7日20时至8日20时，亚欧中高纬度维持两槽一脊的形势。河套地区及其后部的冷舌持续加深，带动冷空气南下，副高北界588线位于27°N附近，并随系统南压，7日20时（图5a）高空槽位于四川东南部，呈东北—西南向分布，随后逐渐东移南压影响流域上空，槽前正涡度有利于流域上空的垂直上升运动加强。8日20时（图5b）高空槽南压至贵州省南部边缘一线，副高588线从7日20时在流域上空逐渐缓慢南退至23°N附近，使得高空槽在流域区域停留时间较长，导致了7—9日的两次暴雨过程，副高外围气流为流域带来了充沛的水汽条件，有利于暴雨的产生。

700hPa上，7日20时低涡切变位于重庆中部到8日20时南压至重庆南部与贵州北部交界处，流域上空受西南气流影响，风速在10～12m/s，且相对湿度较大。随着冷空气快速南下，低涡切变西段不断南压接近流域上空，至8日20时到达贵州省北部边缘，流域上空仍然为西南气流控制，流域区域相对湿度较大，水汽条件较好。

在850hPa，7日20时，湖南北部有低涡切变存在，低涡西段切变位于流域上空，并缓慢南压东移，至8日20时流域由西南气流转为偏北气流控制，低涡切变从流域北部南压至流域南部，且影响持续时间长，导致7—9日流域降水偏强。

从地面可见，7日20时（图5c）—8日20时（图5d）流域区域一直有地面辐合线长时间维持影响，为流域的降水提供了触发条件和一定时间的持续降水。

7—9日流域两次暴雨过程从形势场分析中可知，流域区域从地面到高空，两天的相对湿度均很大，高空槽配合低涡切变缓慢南压，副高的阻挡和外围水汽输送，地面辐合线抬升触发了这两次流域降水过程。

5.2 基于“配料法”的基本物理量场分析

配料法是Doswell et al在1996年结合Chappel和Johns and Doswell的工作提出的一种新的用于产生暴洪的暴雨预报方法，它强调抓住暴雨发生发展过程中影响水汽垂直输送的主要动力、热力条件和环境场配置[78]。

水汽是暴雨产生不可缺少的条件之一，比湿是记录大气水汽状况的指标[2]，本次暴雨过程从比湿条件看，7日20时、8日20时流域上空500hPa比湿达5～7g/kg，700hPa比湿达13g/kg，850hPa比湿达15～17g/kg，均达到了贵州省暴雨阈值，流域上空水汽条件很好，能够为本次暴雨过程提供充沛的水汽条件。

假相当位温是包括温度、气压、湿度的综合物理量，其不仅反映了气压对温度的影响，也反映了水汽的凝结和蒸发对温度的影响，其分布反映了大气中能量的分布，7日20时和8日20时流域低层假相当位温值达80℃～84℃，处于高能高湿的环境中，并且假相当位温随高度减小，有明显的对流不稳定层结存在，此外流域区域7日20时K指数达44、SI指数为-1.41、cape值达1420，各个指数都为此次暴雨过程提供了较好的能量和较好的不稳定条件，使暴雨区对流活动旺盛。

7日20时到8日20时流域区域500hPa（-8hPa/s）和850hPa（-2hPa/s）垂直速度均为负数，即从底层到高层均为上升运动，高层150hPa以辐散为主，尤其是7日20时，流域区域有10*10-5辐散中心，大值区8日20时移动到贵州省西南部。500hPa流域为辐散区，数值较小为1～5*10-5，850hPa均为辐合区。低层辐合高层辐散的形式有利于上升运动的加强，因此从垂直速度和散度的变化能够得出7—9日流域暴雨具有很好的抬升条件。

通过对各个物理量的分析可知，7—9日的两次流域降水具有很好的水汽条件、稳定度条件、抬升条件，结合上述形势场分析中的高空槽、低涡切变、地面辐合线、副高和系统的持续影响条件，使得流域内产生暴雨过程。

总结

通过对7月7—9日三岔河流域洪水过程进行分析得到以下结论：

（1）三岔河流域强降水过程持续时间长，覆盖面广，面雨量达到大到暴雨，特别是中下游流域，为大暴雨区域重叠区，是本次洪水过程的主要产流区。

（2）本次暴雨洪水过程，主要为阳长以下流域地表径流，汇流时间短，入库流量呈双峰型分布，且具有明显陡升陡降特征，两个降雨阶段间隔时间短，特别是后一阶段，由于受7日降水影响，流域土壤含水量接近饱和，降雨径流系数大，而导致洪峰流量巨大，可预见期短，为水文预报带来很大的困难。

（3）此次暴雨过程发生在“两槽一脊”的环流形势下，同时高空槽低涡切变系统活动活跃，带动北方冷空气南下与副高外围的西南暖湿气流在流域上空交汇，且地面辐合线长时间维持在流域内，也是降雨区沿流域分布，累計降雨大的重要原因。

（4）副高外围充足的水汽条件、高能高湿的不稳定条件和低层辐合高层辐散的抬升条件都达到了贵州暴雨阈值，为本次强降水提供可靠依据，为后续气象水文预报提供了有力参考。

参考文献：

[1]罗静，叶金印，邱旭敏，等.淮河上游一次暴雨洪水过程的气象成因分析[J].人民长江，2013，44（2）：3942.

[2]张艳梅，杨宏宇，彭芳，等.贵州中西部两次区域性暴雨成因对比分析[J].贵州气象，2016，40（1）：711.

[3]李华宏，陈小华，许迎杰，等.云南白水江流域一次暴雨洪水过程成因分析[J].云南地理环境研究，2018，30（2）：7277.

[4]廖春华，郭海峰，张永锋，等.东江水库入库流量与流域面雨量变化分析[J].水利科技与经济，2017，23（8）：3238.