长江中下游梅雨与三峡水库入库洪水遭遇规律分析

李娜 郭生练 王俊 熊丰

摘要： 依据1951～2020年长江中下游梅雨特征，包括入出梅时间、梅雨量和梅雨强度指数等参数，分析了梅雨与三峡水库洪水的遭遇规律。结果表明：三峡水库洪水一般发生在7～8月上旬，当出梅时间偏晚时，与三峡水库主汛期发生重叠，梅雨有可能与长江上游来水发生遭遇，遭遇严重时形成流域性大洪水;8月中下旬，尽管三峡水库入库洪水仍可能较大，但梅雨早已结束，一般不会与中下游洪水发生遭遇，此时没有对城陵矶进行补偿调度的任务。依据成因分析法和数理统计法得到三峡水库汛期分期结果，再结合长江中下游出梅时间，综合考虑将主汛期和后汛期的分期节点调整为8月8日至9月10日的动态区间，充分利用气象水文预报的预见期，在确保防洪安全的前提下，实行水库汛期运行水位动态控制和提前蓄水调度。

关 键 词： 梅雨特征; 洪水遭遇; 汛期分期; 三峡水库; 长江中下游

中图法分类号：  TV122.1

文献标志码：  A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.03.006

 0 引 言

地球上不同纬度地区受到的太阳辐射强度不同，导致地表受热不均匀，因此就形成了不同的风带系统，其中副热带高气压带、东北信风带和中纬度西风带，组成了中国风带系统的基本框架。由于中国地处亚欧大陆的东部以及太平洋的西部，又受到这种海陆分布带来的巨大影响，导致中国大部分地区的季风气候十分明显，即夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风。

长江是中国和亚洲的第一大河，世界第三大河。发源于青海省唐古拉山，最终于上海市汇入东海。长江干流宜昌段以上为上游，长4 504 km，流域面积100万km  2 ;宜昌至湖口段为中游，长955 km，流域面积68万km  2 ;湖口段以下为下游，长938 km，流域面积12万km  2 。长江流域在26°～32°N范围以内，屬于亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季低温少雨。夏季降水多，降水集中，多暴雨，容易诱发洪涝灾害。长江上游暴雨主要来自“华西雨屏带”和“华西秋雨”。长江中下游暴雨主要发生在梅雨（及台风）季节。

华西雨屏带处于成都平原到川西高原的过渡地带，地势的相对高差超过2 500 m。西南低涡为中国西南地区700 hPa或750 hPa等压面上的气旋性环流（或有闭合等高线的低涡），是影响中国降水的主要天气系统之一。每年的5～10月，西南低涡常被副热带高气压阻留在此，形成了中国仅次于台风的第二大暴雨系统，在这一带的山区会出现集中降雨现象，地处华西雨屛带的峨眉山和雅安等地常出现连续的暴雨。到了9～11月，随着副热带高压南退，高原频繁南下的冷空气与太平洋和孟加拉湾的暖湿空气交汇于此，带来丰沛的雨量，产生了一年中降雨的第二峰值期，形成了“华西秋雨”现象。

梅雨是东亚季风气候区一种特有的天气现象  [1] 。每年6月初至7月中下旬，从中国的长江中下游到韩国和日本南部一带，常常发生降水范围广、持续时间长、降水量大、暴雨频繁且雨日集中的阴雨天气，此时正值江南梅子成熟，故称为“梅雨”  [2] 。在中国按照气候类型的不同，可将梅雨分为江南梅雨（Ⅰ型）、长江中下游梅雨（Ⅱ型）和江淮梅雨（Ⅲ型）。长江中下游梅雨是中国夏季降雨的重要组成部分，也是夏季旱涝的重要特征之一  [3] 。

长江流域的洪水多由暴雨形成，洪水的时空分布与暴雨相一致，一般下游早于上游，先江南后江北。中下游鄱阳湖和洞庭湖水系的汛期一般为4～7月，上游洪水受支流的影响，主要发生在7～9月  [4] 。长江流域的洪水具有明显的季节性变化规律，70%以上的年径流量都集中分布在汛期，且大洪水多集中出现在汛期的个别月份，从入汛到汛末，洪水由弱变强，再由强变弱，分期特征较为显著  [5] 。通常，长江流域上游和中下游的雨期相互错开，洪水发生遭遇的机会少，不会在中下游形成严重的水灾  [6] 。但气象反常时，受西太平洋副热带高压的影响，长江上游主汛期的洪水与中下游梅雨发生遭遇，会形成峰高量大的流域性大洪水，在长江中下游引发严重的洪涝灾害  [7] 。因此，研究上游洪水与梅雨的遭遇规律，对长江流域的防洪减灾具有重要的指导意义。

随着科技进步和水文气象预报精度的提高，目前气象部门可以准确地预测判断梅雨结束时间，若能判断上游来水与中下游的暴雨洪水不会发生遭遇，则可考虑逐步抬高水库运行水位并提前蓄水，充分发挥洪水资源的综合利用效益。本文通过分析梅雨与三峡水库洪水遭遇规律和对三峡水库汛期分期的调整，为长江上游梯级水库群汛期运行水位动态控制和提前蓄水调度提供理论基础和参考依据。

1 长江中下游梅雨的基本特性

长江中下游梅雨是东亚主要大气环流系统副高压和阻塞高压等共同作用的集中体现  [8] 。正常年份的7月，副热带高压增强，季节性向北推进，到7月中旬脊线稳定在20°～25°N之间。当中高纬出现的东亚阻塞高压活动频繁时，会遏制副热带高压的北进，迫使其位于偏南的位置，导致梅雨持续时间延长，长江流域雨量丰沛，易引发洪涝灾害  [9] 。

依据中国气象局国家气候中心提供的1951～2020年长江中下游梅雨的特征量资料，包括入出梅时间、梅雨季长度、雨量和梅雨强度指数等参数，表1列出了5个梅雨参数的统计特征。在1951～2020年期间，长江中下游平均入梅时间为6月14日，平均出梅时间为7月14日，梅雨季的平均长度为30 d，平均梅雨量为293.5 mm。梅雨的年际变化较大，无论是入梅、出梅的早晚，梅雨历时的长短，以及梅雨量的多少都存在较大的差异。有些年份梅雨显著，有些年份不显著，甚至出现空梅。入梅最早的是5月25日（1962年），最晚的是7月9日（1982，2005年），入梅最早和最晚相差45 d。出梅最早的是6月11日（2000年），最晚是8月8日（1993年），出梅最早和最晚相差58 d。1965年的梅雨，在7月4日入梅，7月10日出梅，历时最短，仅持续6 d，梅雨量46.9 mm为历年最少。

图1为长江中下游入梅和出梅时间的散点图。可以看出，散点的分布大体上以6月29日为对称轴，呈开口向上的抛物线形式。入梅时间主要分布在左侧，出梅时间主要分布在右侧。梅雨量随着梅雨历时的延长而增大。抛物线两端，散点分布较为稀疏，雨量基本在450 mm以上，抛物线的中部和底部，散点分布十分密集，多为100～400 mm的梅雨。入出梅时间的散点频率呈现由弱至强、再由强至弱的规律，入梅时间的散点大小由强变弱，出梅的则反之。入梅时间存在前后分期的现象，主要集中分布在6月3～23日之间。6月23日至7月1日出现一个小的空档期，在这之后 入梅时间出现的机会明显减少，且与之对应的梅雨量不大。出梅时间在6月27日和7月29日的分期特征显著，集中分布在这一时段内。总体来看，入梅主要发生在6月份，有55次，占总次数的78.57%，且以6月中旬居多，发生了23次;出梅主要发生在7月份，有57次，占总次数的81.43%，以7月下旬居多，发生了22次。

入梅时间早，出梅时间晚，梅雨历时长，梅雨季雨量就越大。梅雨量一般在100～600 mm，小于100 mm的仅有2次，分别出现在1965年和1991年。大于600 mm的有3次，依次出现在1954，1996年和2020年，且这3次梅雨的入梅均发生在6月中旬以前，出梅均发生在7月中旬以后，梅雨持续时间长。梅雨量主要集中在100～400 mm，共发生55次，占总数的78.57%;其中，梅雨量在100～250 mm的最多，有28次，入梅时间大体集中在6月到7月上旬，出梅时间主要在7月;梅雨量在250～400 mm的次之，有27次，入梅时间主要在6月中上旬，出梅时间集中在7月的中下旬。

2 梅雨与三峡水库洪水遭遇分析

三峡水利枢纽坝址以上是长江上游，上游干支流洪水易发生遭遇，洪水相互叠加，常在宜昌段形成峰高量大的洪水，洪水的持续时间较长，一般短的为7～10 d，長则可达1个月以上  [10] 。出三峡水库后，长江的江面逐渐开阔，河槽的调蓄能力增强，水流减缓，洪水过程坦化，河水涨落趋于平缓，与中下游洪水汇合后，一次洪水过程的历时较长，经常要持续30～60 d  [11] ，遭遇严重时即产生流域性洪水。新中国成立以来，长江流域在1954，1998年和2020年先后发生过3次流域性大洪水。本文选取1954，1998年和2020年作为典型年，根据长江中下游梅雨监测区157个站点的平均日降雨实测资料分析梅雨期的日降雨过程，探究梅雨特征与三峡洪水的遭遇规律。

2.1 长江1954年梅雨与洪水

1954年，中高纬形势稳定，副高压脊线一直稳定在20°N以内，致使梅雨期异常偏长，共持续了60 d，比常年多1个月左右。梅雨期分为两段：5月16～25日为早梅雨期，6月12日至7月31日为正常梅雨期，梅雨量达到811.5 mm，为历年最多。早梅阶段，长江中下游发生了2场大规模的暴雨，第一次发生在5月19～20日，第二次发生在5月23～25日。正常梅雨期，长江中下游降水强度较大，降水历时长，雨量集中，暴雨面积广。6月中下旬出现了2次较大规模的暴雨过程，其中，6月12～20日的暴雨持续了9 d，为该汛期内历时最长的一次;6月22～28日的暴雨强度最大，多地都出现特大暴雨，6月24日的雨量为年最大，达到 56.2  mm。

从1954年宜昌站汛期的日流量过程来看（见图2），5月份宜昌站的流量虽有涨落，但变幅不大，日流量均在30 000 m  3 /s以下。6月中旬以后，受上游金沙江、岷江和嘉陵江等重要干支流洪水和区间暴雨径流的共同影响，宜昌站流量迅速增大，连续出现4次较大的洪水过程，形成高大的洪峰，且洪峰流量持续时间较长，汛期内有45 d的流量超过40 000 m  3 /s。7月7日出现第1次洪峰，7月23日出现第2次洪峰，此时中下游受梅雨天气影响，降水强度大，暴雨频发，上游来水与中下游暴雨洪水先后叠加，发生全面遭遇。7月底至8月中旬宜昌站出现第3次大洪水，峰型庞大，历时长久，8月7日宜昌站的流量达66 800 m  3 /s，为全年最大，紧接着在8月下旬出现第4次洪峰，上游洪水提前出现，中下游洪峰滞后发生，全江河段干支流洪峰累聚，相互影响，而长江排涝能力微小，先涝后溃，最后酿成了一次特大的流域性洪水，导致大范围的洪灾。

2.2 长江1998年梅雨与洪水

1998年，中高纬形势稳定，但副高脊线位置南北摆动比较大，形成了两段梅雨。长江中下游在6月11日入梅，8月4日出梅，梅雨持续时间为54 d，梅雨季雨量为572.4 mm。第一段梅雨期是6月12日至7月3日，第二段是7月20～30日（二度梅雨），中间出现16 d的间歇期。第一段梅雨期，中雨和大雨频发，穿插有多场暴雨，有8 d出现大到暴雨，日雨量较大，在15.2～36.8 mm之间;间歇期内，降雨较少，多为无雨;第二段梅雨期，中雨和大雨常连续发生，雨量集中，多在15.0 mm以上，有3 d发生暴雨，7月22日的雨量达到41.0 mm，为整个梅雨期最大的日降雨。

从1998年宜昌站汛期的日流量过程来看（见图3），中下游入梅前，上游宜昌站来水相对较小;进入第一段梅雨期，流量呈逐步上升的趋势，增幅较大，在7月2日出现第一个峰值，流量为54 500 m  3 /s，上游洪水迅速增涨，加之中下游降雨频发，二者发生明显遭遇，使得江河的水位猛涨，中下游出现大洪水，防洪形势严峻;在间歇期，长江中下游基本没有降雨，但宜昌站发生了一场大的洪水，在7月15～17日形成了一次流量为53 800～55 900 m  3 /s的平头洪峰;7月下旬，随着二度梅雨的出现，中下游降水强度增大，而8月份长江上游暴雨频发，形成一场历时较长的大洪水，连续出现5个洪峰，二度梅雨的洪水与长江上游的多个洪峰在中游发生严重遭遇，导致洪水相互顶托，水位长时间居高不下，长江出现流域性大洪水。

2.3 长江2020年梅雨与洪水

2020年，副高系统持续异常，6月中上旬副高脊线位置偏北，6月下旬到7月又一直偏南，有利于冷暖空气相互交汇，形成多次大范围暴雨过程。长江中下游在6月9日入梅，7月31日出梅，梅雨持续时间为52 d，梅雨季雨量为753.9 mm，较往年偏多168.3%，为1961年以来最多。整个梅雨期，降雨分布相对均匀，雨量较大，常有小雨发生，一半以上的时间出现中到大雨，7月上旬有4 d集中出现暴雨，7月5日的降雨量达到55.5 mm，为整个梅雨期最大的日降雨。

从2020年三峡水库入库汛期的日流量过程来看（见图4），中下游入梅后，上游三峡水库入库流量逐渐增大，7月初出现1号洪水，洪峰为53 000 m  3 /s，此时中下游的梅雨强度较大，上游洪水与梅雨发生中等程度的遭遇;7月中下旬，三峡水库出现2，3号洪水，入库洪峰流量分别为61 000 m  3 /s和60 000 m  3 /s，中下游进入梅雨后期，雨量减少，二者出现一定的遭遇，但程度适中。出梅后，8月中旬，三峡水库入库流量迅速加大，出现4，5号洪水，在8月20日达到年最大流量 75 000  m  3 /s，与中下游槽内高水位交汇，形成长江又一次流域性大洪水。

通过分析长江上游洪水与长江中下游梅雨遭遇的规律后发现，只有在副高异常、梅雨期偏长特别是出现二度梅时，三峡水库入库洪水才可能与长江中下游梅雨发生遭遇，形成长江流域性大洪水。纵观宜昌站百余年水文资料，只有1870，1931，1954，1998年和2020年才出现过流域性大洪水;一般年份仅发生区域性或局部性洪水。而历年的最晚出梅时间为8月8日，说明一般梅雨都在此前结束，后续不会再出现长江上游与中下游洪水遭遇的情况，故给三峡水库调度运行创造了有利条件。

3 三峡水库汛期分期

至2019年底，长江上游已建成大型水库111座，总调节库容800余亿m  3 ，预留防洪库容397亿m  3 ，干支流控制性水库群已经形成规模，并在水资源综合利用和管理中发挥着关键性作用。水库群的兴利库容占流域年均径流量的比例大幅提高，汛末蓄水对河道天然水流的影响程度显著增强，上游水库蓄水和下游需水的矛盾日益凸显。按照原设计蓄水方案，这些水库蓄水时间大致相同，多集中在汛后1～2个月内，存在竞争蓄水情况;若后续来水不足，水库蓄至正常水位难度加大，直接影响水库兴利目标的实现。同时，蓄水时段蓄水量占径流量比例增大，使得水库下游等地区存在明显的减水过程，可能造成供水不足等生态环境问题。因此，如何科学地划分流域分期洪水、制定水库提前蓄水方案，实现洪水资源的高效利用，具有重要的理论价值和现实意义。

依据宜昌站1951～2020年的实测资料（其中，2003年以后的洪水资料受三峡水库调蓄影响进行了还原），分析梅雨与其年最大洪峰流量的关系。整个梅雨期内，年最大洪峰共出现了47次，占总数的 67.14% ，以6月29日作为入梅和出梅的分界线来看，除1次洪峰出现在6月27日以外，其余46次洪峰均发生在出梅时段。8月中下旬，出梅以后，洪峰出现的机会有所减少，为23次，占总数的32.86%。

选用宜昌站1951～2020年汛期（5月1日至9月30日）的日流量资料作为研究对象，对三峡水库防洪库容而言，以洪量控制更符合调度实际，故构造7 d最大洪量序列进行分析，具体步骤为：首先取每日为中心的前后某7 d时间序列计算得到洪量序列;然后在各年洪量序列中选出洪峰值（两侧连续两个流量均小于该流量的即为洪峰）;某日若出现了多次洪峰，则选用其中最大的构成新的时间序列;若没有出现洪峰，则选用历年该日的最大值，但要确保新的序列中，该值与相邻值是出自不同的年份。这样构造的7 d最大洪量序列既满足了取样的独立性原则，又能准确地表示洪水的时间特征。同理可构造出宜昌站历年汛期的15 d最大洪量序列。

采用均值变点分期方法对得到的7 d和15 d最大洪量序列进行分析，将汛期划分为前汛期、主汛期和后汛期，其中7 d洪量的分期節点为6月28日和9月10日，15 d洪量的分期节点为6月30日和8月29日。三峡水库洪水分期特征明显，表2列出了各种分期方法得到的主汛期与后汛期分期时间。可以看出，7 d洪量主汛期与后汛期的分期时间为9月10日，与基于概率变点法、分形理论法以及水文统计法所得的时间相同;15 d洪量分期结果可将主汛期和后汛期的分期时间提前至8月末，成因分析表明分期结果在合理范围之内。

据此进一步分析梅雨与三峡水库汛期分期洪水的关系，如图5所示。主汛期间三峡水库入库洪量大，历时长。其中7～8月上旬恰为出梅时段，当出梅较晚，特别是出现二度梅雨时，三峡水库入库洪水极可能会与梅雨洪水发生遭遇，严重时形成流域性洪水。长江中下游最晚出梅时间为8月8日，出梅后一般不会再出现上下游洪水遭遇的情况。此时三峡水库主要是拦蓄长江上游来水（必要时预泄腾空库容也容易），基本上已无对城陵矶进行补偿调度的任务。

综上所述，7 d洪量的分期节点为9月10日，15 d洪量的分期节点又可提前到8月29日，再考虑最晚出梅时间8月8日，结合以上3个时间，建议将三峡水库主汛期和后汛期的分期节点调整为8月8日至9月10日的动态区间。在三峡水库实际调度过程中，考虑利用长江中下游梅雨出梅时间这一个判断条件，即根据气象预报得到出梅时间，预判后续长江上下游水雨情趋势，采用水库运行水位动态控制和提前蓄水等措施，提高长江上游水库群的综合利用效益。

4 结 论

本文根据1951～2020年长江中下游梅雨的统计资料，以及宜昌站和三峡水库的洪水实测资料，分析了梅雨与三峡水库洪水的遭遇规律以及对三峡水库汛期分期的调整，得到以下结论。

（1） 长江中下游入梅主要发生在6月，出梅主要发生在7月，梅雨的年际变化较大。入梅和出梅的早晚决定了梅雨期的长短，入梅后，暴雨频发，降水量大，梅雨量随梅雨历时的延长而增大。

（2） 三峽水库洪水主要发生在7～8月上旬，当出梅较晚，尤其是出现二度梅雨时，可能与三峡水库的主汛期重叠，长江上游来水有可能和中下游洪水发生遭遇，程度严重时将形成流域性大洪水;8月中下旬，虽然三峡水库入库洪水仍可能较大，但梅雨先已结束，不会发生遭遇。

（3） 利用成因分析法和数理统计法研究三峡水库的洪水分期，同时参考长江中下游出梅时间，综合考虑将三峡水库主汛期和后汛期的分期节点调整为8月8日至9月10日的动态区间。在保障防洪安全的前提下，借助气象水文预报提供的信息进行预判，同时考虑水库群之间的联合调度，从而实现汛期运行水位动态控制和提前蓄水调度。

参考文献：

[1]  丁一汇，柳俊杰，孙颖，等.东亚梅雨系统的天气-气候学研究[J].大气科学，2007，31（6）：1082-1101.

[2] 魏凤英，张京江.1885～2000年长江中下游梅雨特征量的统计分析[J].应用气象学报，2004，15（3）：313-321.

[3] 任艳玲，陈建萍，郑凌琳.长江中下游梅雨气候变化特征分析[J].科技风，2009（13）：145，148.

[4] 熊莹.长江上游干支流洪水组成与遭遇研究[J].人民长江，2012，43（10）：42-45.

[5] 王俊，郭生练，丁胜祥.三峡水库汛末提前蓄水关键技术与应用[M].武汉：长江出版社，2012.

[6] 王俊，郭生练.三峡水库汛期控制水位及运用条件[J].水科学进展，2020，31（4）：473-480.

[7] 陶诗言，张庆云，张顺利.1998年长江流域洪涝灾害的气候背景和大尺度环流条件[J].气候与环境研究，1998，3（4）：3-5.

[8] 杨义文.长江中下游梅雨与中国夏季旱涝分布[J].气象，2002，28（11）：11-16.

[9] 秦智伟，戴明龙，陈炼钢，等.三峡水库汛期分期洪水特征及成因研究[J].人民长江，2018，49（22）：1-6.

[10]  戴明龙，沈燕舟.长江上游与洞庭湖洪水遭遇规律研究[J].水资源与水工程学报，2010，21（6）：117-120.

[11] 张洪刚，郭海晋，欧应钧.长江流域洪水地区组成与遭遇规律研究[J].人民长江，2013，44（10）：62-65，87.

[12] 刘攀，郭生练，王才君，等.三峡水库汛期分期的变点分析方法研究[J].水文，2005，25（1）：18-23.

[13] 董前进，王先甲，王建平，等.分形理论在三峡水库汛期洪水分期中的应用[J].长江流域资源与环境，2007，16（3）：400-404.

（编辑：谢玲娴）

   Analysis of encountering law between plum rain in middle and lower reaches of Changjiang  River and inflow flood of Three Gorges Reservoir

LI Na，GUO Shenglian，WANG Jun，XIONG Feng

（ State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China ）

Abstract：

According to the characteristics of plum rain in the middle and lower reaches of Changjiang River Basin from 1951 to 2020，including indices such as the onset dates，ending dates，rainfall and intensity，we analyzed the encountering law between plum rain and inflow flood of Three Gorges Reservoir （TGR）.The results show that the flood of TGR generally occurs in July to early August.When the plum rain ending dates is late，it overlaps with the main flood season of the TGR，and the upstream flood may coincide with plum rain to form large basin floods.In mid-to-late August，although the inflow floods of TGR may still be large，plum rain has already ended and generally does not encounter the flood in the middle and lower reaches.At this time，there is no task of compensation dispatch for Chenglingji Station.Based on the flood division of TGR determined by the causal analysis and statistical analysis，as well as the latest ending dates of plum rain，the demarcation line between the main flood season and late flood season can be dynamically determined in August 8 to September 10.On the premise of ensuring flood control safety，it is feasible to implement dynamic control of the water level during flood season and water storage scheduling in advance based on meteorological and hydrological forecasts.

Key words：

characteristic of plum rain;flood encountering;flood season division;Three Gorges Reservoir;middle and lower reaches of Changjiang River