伊春中小河流强降水引发山洪预警指标研究

曲 哲，袁 园，白俊杰，杨晓宇，王华昕

（1.伊春市气象局，黑龙江 伊春 153000；2.汤旺县气象局，黑龙江 汤旺 153037；3.黑河市气象局，黑龙江 黑河 164300）

1 引言

我国幅员辽阔，流域面积100-1000 km2的中小河流有5万多条，覆盖了85%的城镇及广大农村地区。全球气候变化背景下，洪涝是影响我国最为明显的气象灾害之一，20世纪90年代以来我国暴雨洪涝灾害频次和强度明显增加[1-2]，特别是我国中小河流防洪标准普遍偏低，大部分中小河流站网稀疏，缺少必要的应急监测手段，预报方案不健全，加上中小河流源短流急，洪水具有强度大、历时短、难预报、难预防的特点，中小河流水灾频发，洪灾损失严重，是造成人员伤亡的主要灾种[3]。据统计，一般年份中小河流的水灾损失占全国水灾总损失的70%-80%，近10 a水灾造成的人员死亡中有2/3以上发生在中小河流。可见中小河流山洪预报预警是一项迫在眉睫、刻不容缓的工作。根据致灾临界雨量阈值确定流域预报预警气象服务标准[4-5]，可为防御中小河流域暴雨洪涝赢得宝贵时间。

小兴安岭山脉，系西北至东南走向，南北长约450 km，东西约210 km，面积约77725 km2，60%的区域在伊春市境内。小兴安岭属于低山丘陵山地，区域内沟谷密布、水系发达，大小河流702条，总蓄水量102亿m3。森林茂密，属针阔叶混交林，森林覆被率82.2%。伊春市大部分城镇村屯沿河分布。伊春市境内有四大河流，分别是黑龙江、呼兰河、汤旺河和巴兰河，其中汤旺河贯穿于伊春市全境内，据不完全统计，境内流域面积在50 km2以上的河流203条左右，面积在200-3000 km2的河流57条左右。伊春每年的6-8月，降水比较集中，南部的朗乡和中部的五营是两个强降水中心。夏季降水强度大、前期有较长时段的降水时，容易造成地表植被水份过饱和，由于丘陵山地的陡坡效应，地表很快会形成径流，快速汇聚到低洼的沟底河中，形成中小河流山洪。洪水会对河流沿岸居民的生命财产、道路、桥梁、涵洞、河中漂流等，造成了很大的危害[6-7]。

近几年来，通过山洪项目的建设，沿河流有针对性的进行了密集布点，增加了自动观测雨量站数量，为小尺度时空分析中小河流山洪与降水落区、降水强度的关联提供了数据支持。目前，黑龙江省已实现了5 km×5 km格点的降水量精细化预报，并将逐渐提升格点的空间分辨率到1 km×1 km，使针对某条中小河流山洪的提前预警成为了可能。本文基于伊春市近10 a（2011-2020年）中小河流山洪灾害资料和对应的暴雨和短时强降水资料，通过雨量统计和天气形势分析，分析高空地面配置条件产生降水而引发中小河流山洪的可能性，确定山洪预警面雨量阈值指标，建立山洪预警流程，以期为山洪灾害的防治提供科学的气象服务。

2 资料和方法

2.1 研究资料

本研究中使用的资料为2011-2020年6-8月洪涝灾情数据、水文数据和气象观测数据。其中，伊春地区因暴雨和短时强降水引发的洪涝灾害以及产生的相应损失资料，来自伊春市应急局减灾科及伊春市防汛抗旱指挥部；伊春市境内各中小河流流域信息及水文水位数据，来自水文水资源中心；气象观测数据来自伊春市5个国家站、16个区域自动站、部分水文站，及Micaps的常规高空、地面观测数据。

2.2 研究方法

通过个例分析和数理统计分析方法，分析中小河流山洪灾害发生的气候背景、气候特征，山洪、洪水灾害发生区域和相对应的降水时段，降水强度，降水落区，分别分析降水过程的高空、地面、降水阈值配置情况，主要是高空环流、高空槽位置和强度、地面低压位置强度。

3 研究结果

3.1 伊春中小河流强降水引发山洪的天气形势分型

对伊春市近10 a发生的18次洪涝灾害进行统计分析，将伊春中小河流强降水引发山洪的天气形势归为以下三种：副高北抬阻挡低涡东移型、高空槽配合地面低压型、低涡配合地面低压型。

（1）副高北抬阻挡低涡东移型（图1）。副高北抬，与黑龙江东部的高压脊叠加形成高压坝，阻挡高空槽或涡向东移动，使其稳定少动，持续影响伊春地区。沿副高边缘南来的暖湿空气与槽后冷空气交汇，为降水提供充足的水汽、热力和动力条件；同时地面存在低压系统，使动力抬升增强。高低空系统的耦合，非常有利于产生强降水，发生洪涝灾害。

图1 副高北抬阻挡低涡东移型形势场

（2）高空槽配合地面低压型（图2）。高空存在低压槽，伊春地区位于低压槽前，槽后有冷空气南下，和北上的暖空气交汇，形成不稳定层结，有利于强对流的产生，从而有利于产生短时强降水。同时槽移动缓慢，对伊春地区产生影响时间较长，导致降水时间长，累计雨量大。配合稳定的地面低压系统，给伊春带来大量降水，造成洪涝灾害。

图2 高空槽配合地面低压型形势场

（3）低涡配合地面低压型（图3）。当低涡稳定少动，伊春位于低涡前部，低涡持续较长，导致伊春地区降水时间长，累计雨量大；当低涡移动较快时，随着低涡过境，切变线经过伊春，给伊春带来较强降水，配合稳定的地面低压，会给伊春地区造成大量降水。当低涡东移减弱成槽时，伊春位于高空槽前，受低涡过境和槽的两次影响，使得伊春地区降水时间较长，造成大量降水，发生洪涝灾害。

图3 低涡配合地面低压型形势场

3.2 伊春易发山洪的降水面雨量预警阈值指标

统计伊春市近10 a发生的18次洪涝灾害发现，造成伊春地区中小河流山洪灾害的2种情况：一种是由短时强降水引发的山洪，其特点是小时雨强大，并持续几个小时；一种是由天气系统带来的较大雨量引起的山洪，其特点是天气形势非常有利于降水，累计雨量大。由此得到伊春同一区域易发山洪的降水面雨量预警阈值指标（表1）。

表1 伊春同一区域易发山洪的降水面雨量预警阈值指标

4 山洪预警流程

根据上述研究成果，建立伊春中小河流强降水引发的山洪预警技术流程（图4）。基本思路为，首先在山洪高发季节（6-8月），根据数值预报形式场结果，如果符合上述三种天气形势，则考虑系统影响伊春的持续时间。之后关注有利于强降水发生的动力、水汽和热力条件，对数值模式的降水预报进行合理订正，判断累计降雨量是否满足表1中雨量阈值；到短时临近时段，利用卫星、雷达资料，判断小时雨强是否会达到表1中雨强阈值，如果预报累计降水量或小时雨强达到预警阈值，则立即发布预警信号，并在文字中描述可能受到山洪影响的乡镇。

图4 伊春中小河流强降水引发的山洪预警流程图

5 结论与讨论

基于伊春市近10 a（2011-2020年）中小河流山洪灾害和对应的暴雨和短时强降水资料，将伊春中小河流强降水引发山洪的天气形势归为以下三种：副高北抬阻挡低涡东移型、高空槽配合地面低压型和低涡配合地面低压型。通过雨量统计，得出6-8月伊春易发山洪的降水面雨量阈值，并建立了伊春市山洪预警流程。

伊春市地处山区，极易发生由局地暴雨引发的山洪灾害。其主要特点是雨量强度大、突发性强、来势猛、成灾快、破坏性大，预测、预报和预防难度大，极易造成人员伤亡。目前，伊春市应急局刚刚成立，防汛抗旱指挥部与水务局人员调整，整个系统的运转磨合刚刚开始，全市应急方面防御山洪爆发和大洪水的经验不足，且缺少专业人员，运行管理工作还有待加强。同时，伊春市山洪易发区多，还需增加监测预警站点数量，提高覆盖率。雨量预警临界值设置还需要按不同地点、前期不同降雨程度、不同土壤含水率等进行实时调整，技术支撑力量明显不足。本文中没有考虑地形和前期降水影响，并且由于环境等多方面原因受限，没有研究5月和9月的面雨量预报预警指标。未来将对地形因素和前期降水因素综合考虑下的面雨量预报预警指标进行研究，增加样本跨度与数量，找出5月和9月面雨量预报预警指标。与水利等部门深一步沟通，针对面雨量阈值分级统计总结不同程度山洪预警指标，并进一步建立完善相应程度的山洪预警。