浅析琼江两次洪水过程的水文气象

1前言

据统计，近10年水灾造成的人员死亡中有2/3以上发生在中小河流（《水利部水文局（水利信息中心），2010》），目前，有很多学者和专家将研究重点聚焦在中小河流洪水、山洪地质灾害的监测与预警预报上。例如，Doswell等（1996）基于配料法研究了暴洪洪水的预报方法，Smith等（2010，2013）从水文气候、水文气象和水文方面着手，研究了不同流域的洪水过程，Petersen等（1999）基于中尺度分析方法和天气雷达观测分析了Collins的一次暴洪过程，Borga等（2007）利用标准化时间距离讨论了一次暴洪事件中降水的空间分布特征；Javier等（2007）和Shairf等（2006）讨论了城市的暴洪预报问题；崔春光等（2010）和彭涛等（2010）研究了水文模式在汛期洪水预报中的应用试验；刘苏峡等（2005）总结了无资料流域水文预报的研究进展；曲晓波等（2010）重点分析了舟曲8.8特大山洪泥石流灾害气象成因分析，周雨华等（2004）分析了张家界特大暴雨山洪，张亚萍等（2013）基于精细化降水分布分析了綦江石角流域的山洪气象条件；张亚萍等（2007，2008）利用TOPMODEL模型分别对佛子岭流域和重庆温泉小流域进行了径流模拟。重庆境内河流密布，水系发达，又有多条河流由四川境内进入重庆，当河流上游四川境内发生暴雨造成的过境洪水与重庆本地暴雨叠加，易引发中小河流洪水暴涨。本文对两次重庆西北部暴雨与过境洪水叠加造★成的洪水过程进行水文气象条件分析，利用探空资料和新一代天气雷达资料分析造成这两次洪水的天气形势和风暴尺度特征，并比较其异同点，最后着重分析这两次过程的洪水响应特征，以期为以后琼江流域的水文气象预报提供技术参考。

2研究区域

琼江为涪江右岸一级支流，河长233km，流域面积4440km2，主要支流位于右岸，有石洞溪、蟠龙河、姚市河、龙台河、塘坝河和平滩河。琼江发源于四川省岳至县石佛镇西北九龙寨，于重庆市铜梁县安居镇黑龙嘴入涪江（《中国河湖大典》编纂委员会,2010）。流域地处丘陵地带，地势自西北向东南倾斜，丘坡较缓，高程一般为200～450米，流域上建有多座船闸、大坝和水库。

3数据和方法

本文研究使用的资料包括：四川和重庆的地面雨量计资料；泰安水文站的水位资料；2次/天的常规探空资料；重庆、永川、宜宾、南充和成都5部新一代天气雷达资料。

首先，利用地面雨量计资料和泰安水文站水位资料分析这两次过程的降水及洪水情况。采用常规探空资料分析这两次洪水过程的天气背景。利用SWAN对上述5部雷达数据进行拼图，并利用其输出的组合反射率因子拼图分析琼江流域上这两次过程强对流系统的演变特征。最后，利用Borga等（2007）提出的标准化时间距离D和实地调查成果，讨论琼江流域的洪水响应。

4实况气象条件分析

4.1实况介绍

2012年7月3～5日（以下简称7.4）和2013年6月30日～7月2日（以下简称6.30），四川盆地东部和重庆西北部交界处的琼江流域出现了暴雨过程，这两次过程的总降水量和小时最大降水量在量级和分布上存在较大差异，6.30的降水比较强（图3a），6月30日00:00～7月1日20:00整个琼江流域的累积降水均超过了100mm，250mm以上的强降水主要集中在琼江上游的左岸，小时最大降水量（图3b）基本上在15mm以上，40mm/h的强降水除分布▲在琼江中上游的左岸外，还有一处在流域出口；7.4过程（图2a）中50～100mm的降水主要分布在姚市河、蟠龙河、石洞溪和桅杆溪流域及琼江上游，小时最大降水量（图2b）主要介于15～40mm，落区与图2a中50～100mm的降水落区基本一致。

这两次暴雨过程均造成琼江干流泰安水文站出现了超保证水位的洪水过程。其中7.4过程泰安站（图1中红色实心圆点）5日4:30出现洪峰水位249.62米，超过保证水位1.62米；6.30过程泰安站出现有历史记录以来的最大洪水，7月1日21:14洪峰水位达253.07米，超保证水位5.07米，超警戒水位7.07米，6月30日08:00开始起涨，水位涨幅9.53米；一直到7月2日22时，洪水才逐渐回落至保证水位以下，为247.86m，但仍超警戒水位1.86m；直到7月3日7时回落至警戒水位以下。与7.4相比，6.30具有洪峰水位高，涨幅大，高水位历时长，退水慢等特点。

4.2天气形势

比较造成这两次洪水的天气形势发现，500hPa（图4b）上，6.30在四川盆地东部为低压，持续时间比较长，6月30日08:00～7月1日08:00低压中心一直位于四川盆地中东部，7.4在这一地区为高空槽，东移较快，7月3日20:00位于青藏高原东部（图略），4日08:00位于四川盆地中东部-云南西北部（图4a），4日20:00移至重庆中部（图略），同时向北收缩；6.30西太平洋副热带高压（以下简称副高）588dagpm线一直维持在（110oE，23oN）附近（图4b），7.4副高588dagpm线位于25oN附近和120oE以东（图4a），重庆和川东主要位于副高西北侧的辐合上升区；700和850hPa上，6ธ.30为典型的西南涡，其中，700hPa（图略）上306dagpm等值线和850hPa（图略）上140dagpm等值线稳定维持在成都-沙坪坝-达州之间，7.4的西南涡比较浅薄，850hPa（图4a）上风场表现为明显的气旋性，700hPa（图略）主要为西南风和东北风的切变线；6.30过程中低空急流更显著，持续时间更长，6月29日20:00～30日20:00，700hPa西南低空急流一直维持在贵州-湖南-湖北一线，6月30日08:00～20:00,同一地区850hPa也存在风速12m/s的西南低空急流，7.4只在4日08:00西南低空急流显著。天气形势的分析表明6.30比7.4更有利于强降水的产生和持续。

4.3风暴特征分析

为了深入细致的分析这两次洪水过程中琼江流域上强对流系统发生发展的变化趋势，这里利用SWAN输出的组合反射率因子拼图（图5～6）来表征强对流系统在不同发展阶段的特征。这里主要讨论小时面雨量基本在5mm以上时段（2012年7月4日00:00～13:00，2013年6月30日08:00～7月1日04:00）强对流系统的演变特征。

5洪水响应分析

2012年7月3日08:00～4日14:00琼江流域的总面雨量为79.0mm，小时面雨量（图7a）在5mm/h以上的时段主要集中在4日04:00～9:00，共6h，这一时段的标准化时间距离（图7b）由1.32逐渐递减至0.97，表明降水有从流域边界向流域出口汇集的趋势，但降水仍主要集中的流域边界，尤其是06:00之前，这与风暴尺度特征中分析的06:00之前30dBZ以上的回波主要集中的蟠龙河、姚市河、石洞溪、桅杆溪流域和琼江上游一致，07:00～9:00，D的值基本接近1，意味着流域内的降水分布比较均匀，与泰安水文站以上的琼江流域的回波强度主要在25～35dBZ一致。

6结论与讨论

对2012年7月3～5日和2013年6月30日～7月2日琼江流域两次洪水过程的水文气象条件进行分析，得到主要结论如下：

（1）两次过程的主要影响系统之一均为西南涡，位于四川盆地东部，但6.30从85⌘0～500hPa均为低压，7.4只在850hPa上表现为西南涡，且6.30中低空急流更显著、持续时间更长。

（2）天气雷达组合反射率因子拼图表明，两次琼江流域的强降水均由多段强对流雨带导致，对流系统多在右岸支流源头新生并向北偏东方向移动，移向与河流流向一致，在干流产生洪水的叠加效应。7.4过程中，强对流系统4日00:00进入到蟠龙河上游，11:00基本移出泰安站以上的琼江流域。6.30过程中，除30日08:00～11:00较强回波主要位于琼江上游外，30日12:00～7月1日4:00，强回波几乎覆盖了整个琼江流域。

（3）标准化时间距离客观地反映了降水（尤其是强降水）的时空分布情况，7.4过程中D的值主要接近1或大于1，表明强降水距离流域出口比较远，与强降水主要分布在姚市河及琼江上游一致；6.30过程中，D最显著的特点是随时间明显减小，与强回波沿汇流方向移动具有较好的对应关系，表明D随时间减小时，需关注流域内降水的叠加效应。

（4）6.30比7.4的降水范围更大，强度更强，但其峰值响应时间却比7.4长约13h。初步分析表明，6.30过程中强降水在全流域维持约16h，导致严重的洪水叠加效应，致使洪水漫过琼江原有河道，而琼江沿岸平坦的地形造成河道宽度向两侧延展，水面漫过河道后水流状态发生变化，并且形成大面积滞洪区，加之下游河道收窄，对洪峰有淡化作用，错峰明显，造成下游水文站洪峰时间滞后。7.4过程虽然强回波也主要在琼江右岸新生，但其强度较6.30弱，持续时间也只有6h左右，河道向两侧的延展程度低于6.30。

中小河流洪水气象风险预警工作ถ中，在认真监测降水情况的基础上，还要熟悉河网分布，以判断降水可能的汇流情况和影响。同时，在对一些极端洪水过程进行总结时，还需要进行实地调查，以发现一些在今后的风险预警工作中需要关注的方面，如本文提到的在平坦地形时要关注漫坝可能导致水面宽度大幅向两侧延展，形成大面积滞洪区，洪水流态也可能发生改变、并对洪水有削峰、错峰的作用，造成下游河段洪洪峰时间滞后等情况。由于本文个例有限，今后将遴选更多的洪水过程，针对不同流域的不同洪水过程将标准化时间距离进行更深入细致的研究和总结，以期为预报员提供一些参考指标。