台风“烟花”期间黄浦江上游洪水过程及高水位分析

易文林 俞汇 韦浩 聂源 文啸

摘要：

为研究2021年第6号台风“烟花”期间黄浦江上游洪水过程和高水位特征，在统计分析实测资料的基础上，利用产汇流模型计算，分析了黄浦江上游洪水下泄过程，高水位时空分布特征及成因。结果表明：台风“烟花”前期，受潮位顶托影响，黄浦江上游边界潮水上溯明显，后期边界洪水显著增大，主要通过黄浦江上游干流下泄；受台风强度大、移速慢，风暴潮洪叠加，外河低潮过高，乘潮排水能力降低，黄浦江上游底水趋势性抬升等综合影响，黄浦江上游各潮位站最高水位普遍超历史，超历史幅度由北向南、由下游往上游递增。研究成果可为黄浦江上游防汛工程调度的优化完善提供基础支撑。

关键词：

洪水过程； 高水位； 台风“烟花”； 黄浦江上游

中图法分类号：TV122

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.05.003

文章编号：1006-0081（2023）05-0018-05

0 引 言

近年来，黄浦江上游最高水位不断抬升，1997年“9711号”、2005年“麦莎”、2013年“菲特”期间的水位都刷新了历史最高记录。胡艳、林荷娟等［1-2］分析了“菲特”台风期间太湖流域上游来水对上海地区的影响；徐建成等［3］从水利工程建设、太湖水位、潮汐特征、降雨等方面分析了“麦莎”台风期间，黄浦江上游米市渡站潮位超历史特点和原因。2021年台风“烟花”期间，上海市58个国家基本水文站中，黄浦江中上游29个站的水位超历史最高记录。此次超历史最高记录的水文站数量最多，高水位持续时间最长，与以往台风期间出现的水情差异较大。因此，本文深入分析台风“烟花”期间，黄浦江上游水情特征和持续高水位成因，旨在为黄浦江防汛调度提供基础支撑。

1 研究区域概况

上海位于长江三角洲前缘，滨江临海，境内河网密布，为典型的平原感潮河网地区。黄浦江干流贯穿市区，分为上游段和市区段，主要汇集太湖流域来水、本地来水，于吴淞口入长江。上游段有拦路港、斜塘、园泄泾三大支流，分别设有河祝、夏字圩、三角渡等控制站，主要承接江浙来水和本地来水，汇入上游干流（米市渡站）。市区段两大主要支流为吴淞江（赵屯站、黄渡站）和淀浦河，主要承接江苏来水和本地来水，汇入黄浦江干流［4］。

2 上游洪水

黄浦江上游洪水主要来源为浙江、江苏边界来水和本地产汇流，洪水主要通过黄浦江上游干流、支流淀浦河与吴淞江分别汇入黄浦江上、中、下游，乘潮排入长江。

2.1 江浙边界来水变化

2021年台风“烟花”期间，江苏、浙江两边界前期逆流，后期来水显著增大，占比发生变化（表1）。整个台风影响期间（7月23～31日），扣除逆流水量后，边界合计进入上海水量比上月同期略大，两边界占比发生显著变化。7月23～31日，浙江、江苏来水分别为1.41亿m3和1.63亿m3，分别占两边界总水量的46.3%和53.7%；其中浙江来水占比较上月同期（6月23日至7月1日）增大15.8%，江苏来水占比相应减小。

2021年台风“烟花”前期（7月23～26日，第一次登陆），受天文大潮顶托影响，浙江、江苏两边界均总体逆流，逆流总水量接近，浙江、江苏逆流总水量分别为0.21亿m3和0.20亿m3。尽管杭嘉湖区持续强降雨，但受天文大潮上溯动力影响，沪浙边界普遍逆流。沪苏边界7月23～24日为下泄流量，25日起沪苏边界的太浦河太浦闸站（主要来水通道）下泄流量减小，直至关闸，沪苏边界也由顺流转为逆流。台风“烟花”后期（7月27～31日，第二次登陆），随着潮汐动力和上海市本地降雨减弱，两边界来水持续增大，沪浙、沪苏边界分别在29，31日下泄水量达到最大，比上月同期极值增大1～2倍（图1）。

2.2 本地汇流水量

根据边界来水、上游泄洪主要口门流量监测资料，由水量平衡推算上游地区本地降雨汇流至上游三大排水通道控制断面的水量，2021年台风“烟花”前期为0.42亿m3，后期为2.11亿m3。

2.3 上游泄洪

2021年台风“烟花”期间，黄浦江上游洪水通过黄浦江上游干流、支流淀浦河与吴淞江分别汇入黄浦江上、中、下游水量共计5.38亿m3。上游干流（松浦大桥）泄洪总水量5.35亿m3，比上月同期下泄水量增加62%，占上游总下泄洪水的99.4%。淀浦河由于两岸青松片持续高水位，淀浦河开闸泄洪时间较短（7月29～31日），通过淀浦河西闸下泄洪水0.03亿m3。吴淞江通过边界赵屯站下泄洪水0.18亿m3，占江苏来水总量的10%，占总下泄水量的3.4%。洪水过程见图2。

2021年台风“烟花”期间，受沪苏、沪浙边界来水量变化影响，通过黄浦江上游三大支流进入黄浦江上游干流的水量组成变化较大。由于前期受风暴潮增水和天文大潮顶托影响，上游三大支流除园泄泾三角渡站7月26日由逆流转为下泄外，其余两支流均逆流。后期在上海市持续降雨和上游边界来水持续增大的共同影响下，下泄水量显著增大，干流松浦大桥站最大日均流量比上月同期极值增大1.5倍（7月28日为1 400 m3/s）。三大支流各控制断面逐日泄洪水量組成变化较大。7月27日，由于浙江边界来水显著增大，园泄泾三角渡站下泄水量超过斜塘夏字圩站，与近年非台风期间的调查成果相反；后期随着江苏边界来水不断增大，斜塘夏字圩站下泄占比逐渐增大。7月31日，斜塘夏字圩站下泄水量占比是园泄泾三角渡站的4倍，比近年倍比关系增大1.4倍（图3）。

3 超历史高水位

3.1 时空分布特性

2021年台风“烟花”期间，受天文大潮、台风增水、上游来水和本地降雨的综合影响，黄浦江上游高低潮位均增水显著。米市渡站最大增水达1.47 m，最高潮位（4.79 m）超历史最高潮位，最高低潮位高于天文高潮。上游最高水位全线普遍突破台风“菲特”最高记录，部分站点低潮超过高潮警戒水位。鉴于黄浦江上游干流为主要泄洪通道，上游干流段自杨思闸（外）站开始，最高水位超历史幅度自下游向上游逐渐增大（图4），干流米市渡站超历史0.20 m。同时因洪水下泄前期，沪浙边界洪水下泄量多于沪苏边界，上游支流泄洪前期南部区域（园泄泾）洪水多于北部区域（斜塘），上游支流各站水位超历史幅度由北往南、自下游向上游逐渐增大，沪浙边界胥浦塘蒋古渡站超历史幅度最大（0.43 m）。

2021年台风“烟花”期间，黄浦江上游由南向北各潮位站先后出现最高潮位。黄浦江上游干流，三大支流中的大泖港、园泄泾，以及沪浙边界南部的张泾河、掘石港，受台风天文大潮顶托和初次登陆影响较大，各站点最高潮位普遍发生在7月26日凌晨的逆流转顺流前后。三大支流中的斜塘以上支流，以及沪浙边界北部，沪苏边界南部，最高潮位均出现在7月27日凌晨的转流前后。承接淀山湖来水的拦路港和沪苏边界北部区域，最高潮位均出现在7月28日凌晨的沪苏边界流量显著增大期间。由此可见，黄浦江上游最高潮位普遍发生在上游下泄洪水与下游天文大潮相互顶托期间。如果前期上游来水显著增大，洪峰前移，与天文大潮、台风最大增水同时叠加，则上游水位将进一步增高。

3.2 高水位超历史成因分析

本文从风暴潮洪叠加、排涝工情影响、上游水情背景等方面分析台风“烟花”期间高水位超历史原因。

（1） 台风强度大、移速慢，降雨总量大，风暴潮洪叠加。“烟花”第一次在舟山普陀沿海登陸时，中心附近最大风力13级，中心最低气压为96.5 kPa，登陆后平均移速约6 km/h，远小于一般台风移速（15～20 km/h）。有研究表明［5］，台风在岸边产生的最大增水（实测潮位与天文潮位差值）随台风移速的减小而增加。因此“烟花”登录时风应力的增水更加显著（图5）。2021年7月23～27日，上海市普降暴雨到大暴雨，累计降雨（283.8 mm）比2013年台风“菲特”降雨增大24%。经产汇流计算，黄浦江两岸降雨产水13.46亿m3。由图6可见，在降水集中的2021年7月25～27日，米市渡站增水一直处在高位。7月23～26（农历十四至十七）日恰逢天文大潮，黄浦江上游干流松浦大桥站涨落潮量占比为1.31∶1，“菲特”同期天文大潮期间涨落潮量占比0.87∶1。由此可见，“烟花”期间天文大潮上溯动力明显强于“菲特”，与上游边界浙江、江苏下泄洪水形成顶托，水位壅高。综上，台风强增水、本地强降雨增水、上游洪水增水与上溯动力增强的天文大潮叠加，引起水位显著升高。

（2） 区域水利片大量涝水外排，涝水迅速归槽。当遭遇暴雨时，黄浦江两岸大量排涝泵站将圩内涝水强排进入外河，与天文高潮形成顶托。经产汇流计算，2021年7月22日14∶00至7月28日15∶00，黄浦江两岸水利片向黄浦江排水3.48亿m3，而黄浦江常水位下的槽蓄容量仅为3.65亿m［6］。尤其是从7月25日12∶00至7月28日15∶00，两岸水利控制片向黄浦江排水2.55亿m3，涝水迅速归槽汇集导致黄浦江干支流潮位迅速上涨（图6），给上游地区水位抬升产生较大影响。

（3） 涨潮优势流显著，外河低潮过高，乘潮排水能力降低。黄浦江上游干流松浦大桥站年平均涨潮量是落潮量的37%，落潮量占优势。2021年7月23日23∶00至7月26日13∶50（上游干流和南部支流最高水位发生在26日凌晨）涨潮2.5亿m3，落潮1.9亿m3，而“菲特”期间（2013年10月5日11∶50至10月8日13∶40）涨落潮量基本接近。由此可见，“烟花”影响前期涨潮优势流显著，进入上游水量大于排水量，造成高低潮位均持续增高。米市渡站2021年7月27日凌晨低潮位高达3.70 m，比近10 a平均高潮位高出0.64 m，乘潮排水能力大幅降低。

（4） 上游来水增多，底水趋势性抬升。1991年后黄浦江上游建成了一系列流域防洪工程，增加了太湖流域的泄流能力，部分洪水汇入黄浦江上游［4］。2002年“引江济太”实施后，黄浦江上游干流流量显著增大（图7），松浦大桥站年平均流量9 a滑动均值近20 a增大了257 m3/s（比2000年滑动均值增大69.1%）。黄浦江及上游干支流高低潮位均显著抬升，各站点近10 a平均高、低潮位比2000年前均值分别抬升0.25～0.31 m、0.28～0.47 m；上游干流米市渡站平均高低潮的9 a滑动均值，2020年分别比2013年“菲特”台风前抬升0.12 m和0.18 m，低潮抬升比高潮抬升更加显著（表2）。上游底水的抬升，对本次台风水位创历史新高也产生一定的影响。

4 结论与建议

（1） 2021年台风“烟花”期间，黄浦江上游沪浙、沪苏两边界来水前期逆流，后期显著增大，占比发生变化，浙江来水占比相较于非台风期间同期增大15.8%，江苏边界来水占比相应减小。黄浦江上游干流为边界和上游本地洪水的主要泄洪通道，占上游总下泄洪水的99.4%；其次为吴淞江，占江苏总来水的10%。受边界来水过程变化影响，与非台风期间相比，上游三大支流下泄水量占比变化较大；前期上游水量下泄加大，园泄泾下泄水量多于斜塘；后期江苏来水增大，则斜塘下泄占比逐渐增大。

（2） 受台风强度大、移速慢，风暴潮洪叠加，区域大量涝水强排归槽，涨潮优势流显著，外河低潮过高，黄浦江上游底水趋势性抬升等综合影响，黄浦江上游各站最高水位普遍超“菲特”台风期间的历史最高水位，超历史幅度由北向南、由下游往上游递增。但超历史水位普遍发生在上游下泄洪水与下游天文大潮相互顶托期间。如果台风影响前期上游来水进一步加大，洪峰前移，与天文大潮、台风最大增水同时叠加，则上游水位将进一步增高。

（3） 目前，黄浦江上游洪水主要是通过黄浦江上游干流下泄，是黄浦江上游高水位持续升高原因之一。建议吴淞江工程完工尽快投入运行，特殊水情期间，该工程最高可以承泄苏沪边界5.6亿～9.1亿m3洪水，大幅减小黄浦江上游干流的泄洪水量，缓解上游水位持续升高压力［7］。

参考文献：

［1］ 胡艳，林荷娟，甘月云，等.“菲特”台风期间上海地区上游来水量分析［J］.水文，2014，34（6）：93-95.

［2］ 林荷娟，甘月云，胡艳，等.2013年第23号“菲特”台风期间太湖流域洪水运动分析［J］.湖泊科学，2015，27（3）：548-552.

［3］ 徐建成，刘水芹，金云，等.“麦莎”台风影响期间黄浦江上游潮位变化特点及分析计算［J］ .城市道桥与防洪，2007，93（4）：14-18.

［4］ 易文林，文啸，韦浩，等.上海市水雨情特性分析［J］.上海水务，2021（1）：45-48.

［5］ 周才扬，殷成团，章卫胜，等.长江口台风影响能力研究［J］.人民长江，2021，52（1）：27-30.

［6］ 刘晓涛.上海市第一次全国水利普查暨第二次水资源普查总报告［M］.北京：中国水利水电出版社，2013.

［7］ 滕兆明，王永红，班玉龙，等.平原河网圩区超标准洪水防御对策研究——以昆山市為例［J］.水利水电快报，2022，43（9）：8-12.

（编辑：江 文）

Abstract：

In order to study the flood process and the characteristics of high water level in the upper reaches of Huangpu River during Typhoon In-fa in 2021，the flood discharge process in the upper reaches of Huangpu River，the space-time distribution characteristics and causes of high water level were analyzed by using the runoff generation and concentration model.The results showed that in the early stage of Typhoon In-fa，affected by the tidal level jacking，the tidal water at the upper boundary of the Huangpu River was obviously upstream，and the boundary flood at the later stage was significantly increased，mainly through the upstream main stream of the Huangpu River.Due to the comprehensive impact of typhoons high intensity，slow moving speed，superimposed storm surge and flood，high low tide in the outer river，low tidal drainage capacity，and the trend rise of bottom water in the upstream of the Huangpu River，the maximum water level at each tidal level station in the upstream of the Huangpu River was generally higher than the historical level，and the superhistorical range increases from north to south and from downstream to upstream.The research results can provide basic support for the optimization and improvement of flood control project scheduling in the upper reaches of the Huangpu River.

Key words：

flood process； high water level； typhoon In-fa； upper Huangpu River