瓊江兩次洪水過程的水文氣象論文
1前言
據統計，近10年水災造成的人員死亡中有2/3以上發生在中小河流（《水利部水文局（水利資訊中心），2010》），目前，有很多學者和專家將研究重點聚焦在中小河流洪水、山洪地質災害的監測與預警預報上。例如，Doswell等（1996）基於配料法研究了暴洪洪水的預報方法，Smith等（2010，2013）從水文氣候、水文氣象和水文方面著手，研究了不同流域的洪水過程，Petersen等（1999）基於中尺度分析方法和天氣雷達觀測分析了Collins的一次暴洪過程，Borga等（2007）利用標準化時間距離討論了一次暴洪事件中降水的空間分佈特徵；Javier等（2007）和Shairf等（2006）討論了城市的暴洪預報問題；崔春光等（2010）和彭濤等（2010）研究了水文模式在汛期洪水預報中的應用試驗；劉蘇峽等（2005）總結了無資料流域水文預報的研究進展；曲曉波等（2010）重點分析了舟曲“8.8”特大山洪泥石流災害氣象成因分析，周雨華等（2004）分析了張家界特大暴雨山洪，張亞萍等（2013）基於精細化降水分佈分析了綦江石角流域的山洪氣象條件；張亞萍等（2007，2008）利用TOPMODEL模型分別對佛子嶺流域和重慶溫泉小流域進行了徑流模擬。重慶境內河流密佈，水系發達，又有多條河流由四川境內進入重慶，當河流上游四川境內發生暴雨造成的過境洪水與重慶本地暴雨疊加，易引發中小河流洪水暴漲。本文對兩次重慶西北部暴雨與過境洪水疊加造成的洪水過程進行水文氣象條件分析，利用探空資料和新一代天氣雷達資料分析造成這兩次洪水的天氣形勢和風暴尺度特徵，並比較其異同點，最後著重分析這兩次過程的洪水響應特徵，以期為以後瓊江流域的水文氣象預報提供技術參考。
2研究區域
瓊江為涪江右岸一級支流，河長233km，流域面積4440km2，主要支流位於右岸，有石洞溪、蟠龍河、姚市河、龍臺河、塘壩河和平灘河。瓊江發源於四川省嶽至縣石佛鎮西北九龍寨，於重慶市銅梁縣安居鎮黑龍嘴入涪江（《中國河湖大典》編纂委員會,2010）。流域地處丘陵地帶，地勢自西北向東南傾斜，丘坡較緩，高程一般為200～450米，流域上建有多座船閘、大壩和水庫。
3資料和方法
本文研究使用的資料包括：四川和重慶的地面雨量計資料；泰安水文站的水位資料；2次/天的常規探空資料；重慶、永川、宜賓、南充和成都5部新一代天氣雷達資料。
首先，利用地面雨量計資料和泰安水文站水位資料分析這兩次過程的降水及洪水情況。採用常規探空資料分析這兩次洪水過程的天氣背景。利用SWAN(SevereWeatherAutomaticNowcastSystem)對上述5部雷達資料進行拼圖，並利用其輸出的組合反射率因子拼圖分析瓊江流域上這兩次過程強對流系統的演變特徵。最後，利用Borga等（2007）提出的標準化時間距離D(t)和實地調查成果，討論瓊江流域的洪水響應。
4實況氣象條件分析
4.1實況介紹
2012年7月3～5日（以下簡稱“7.4”）和2013年6月30日～7月2日（以下簡稱“6.30”），四川盆地東部和重慶西北部交界處的瓊江流域出現了暴雨過程，這兩次過程的總降水量和小時最大降水量在量級和分佈上存在較大差異，“6.30”的降水比較強（圖3a），6月30日00:00～7月1日20:00整個瓊江流域的累積降水均超過了100mm，250mm以上的強降水主要集中在瓊江上游的左岸，小時最大降水量（圖3b）基本上在15mm以上，40mm/h的強降水除分佈在瓊江中上游的左岸外，還有一處在流域出口；“7.4”過程（圖2a）中50～100mm的降水主要分佈在姚市河、蟠龍河、石洞溪和桅杆溪流域及瓊江上游，小時最大降水量（圖2b）主要介於15～40mm，落區與圖2a中50～100mm的降水落區基本一致。
這兩次暴雨過程均造成瓊江干流泰安水文站出現了超保證水位的洪水過程。其中“7.4”過程泰安站（圖1中紅色實心圓點）5日4:30出現洪峰水位249.62米，超過保證水位1.62米；“6.30”過程泰安站出現有歷史記錄以來的最大洪水，7月1日21:14洪峰水位達253.07米，超保證水位5.07米，超警戒水位7.07米，6月30日08:00開始起漲，水位漲幅9.53米；一直到7月2日22時，洪水才逐漸回落至保證水位以下，為247.86m，但仍超警戒水位1.86m；直到7月3日7時回落至警戒水位以下。與“7.4”相比，“6.30”具有洪峰水位高，漲幅大，高水位歷時長，退水慢等特點。
4.2天氣形勢
比較造成這兩次洪水的天氣形勢發現，500hPa（圖4b）上，“6.30”在四川盆地東部為低壓，持續時間比較長，6月30日08:00～7月1日08:00低壓中心一直位於四川盆地中東部，“7.4”在這一地區為高空槽，東移較快，7月3日20:00位於青藏高原東部（圖略），4日08:00位於四川盆地中東部-雲南西北部（圖4a），4日20:00移至重慶中部（圖略），同時向北收縮；“6.30”西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副高）588dagpm線一直維持在（110oE，23oN）附近（圖4b），“7.4”副高588dagpm線位於25oN附近和120oE以東（圖4a），重慶和川東主要位於副高西北側的輻合上升區；700和850hPa上，“6.30”為典型的西南渦，其中，700hPa（圖略）上306dagpm等值線和850hPa（圖略）上140dagpm等值線穩定維持在成都-沙坪壩-達州之間，“7.4”的西南渦比較淺薄，850hPa（圖4a）上風場表現為明顯的氣旋性，700hPa（圖略）主要為西南風和東北風的切變線；“6.30”過程中低空急流更顯著，持續時間更長，6月29日20:00～30日20:00，700hPa西南低空急流一直維持在貴州-湖南-湖北一線，6月30日08:00～20:00,同一地區850hPa也存在風速≥12m/s的西南低空急流，“7.4”只在4日08:00西南低空急流顯著。天氣形勢的分析表明“6.30”比“7.4”更有利於強降水的產生和持續。
4.3風暴特徵分析
為了深入細緻的分析這兩次洪水過程中瓊江流域上強對流系統發生發展的變化趨勢，這裡利用SWAN輸出的組合反射率因子拼圖（圖5～6）來表徵強對流系統在不同發展階段的特徵。這裡主要討論小時面雨量基本在5mm以上時段（2012年7月4日00:00～13:00，2013年6月30日08:00～7月1日04:00）強對流系統的演變特徵。
5洪水響應分析
2012年7月3日08:00～4日14:00瓊江流域的總面雨量為79.0mm，小時面雨量（圖7a）在5mm/h以上的時段主要集中在4日04:00～9:00，共6h，這一時段的標準化時間距離（圖7b）由1.32逐漸遞減至0.97，表明降水有從流域邊界向流域出口彙集的趨勢，但降水仍主要集中的流域邊界，尤其是06:00之前，這與風暴尺度特徵中分析的06:00之前30dBZ以上的回波主要集中的蟠龍河、姚市河、石洞溪、桅杆溪流域和瓊江上游一致，07:00～9:00，D(t)的值基本接近1，意味著流域內的降水分佈比較均勻，與泰安水文站以上的瓊江流域的回波強度主要在25～35dBZ一致。
6結論與討論
對2012年7月3～5日和2013年6月30日～7月2日瓊江流域兩次洪水過程的水文氣象條件進行分析，得到主要結論如下：
（1）兩次過程的.主要影響系統之一均為西南渦，位於四川盆地東部，但“6.30”從850～500hPa均為低壓，“7.4”只在850hPa上表現為西南渦，且“6.30”中低空急流更顯著、持續時間更長。
（2）天氣雷達組合反射率因子拼圖表明，兩次瓊江流域的強降水均由多段強對流雨帶導致，對流系統多在右岸支流源頭新生並向北偏東方向移動，移向與河流流向一致，在幹流產生洪水的疊加效應。“7.4”過程中，強對流系統4日00:00進入到蟠龍河上游，11:00基本移出泰安站以上的瓊江流域。“6.30”過程中，除30日08:00～11:00較強回波主要位於瓊江上游外，30日12:00～7月1日4:00，強回波幾乎覆蓋了整個瓊江流域。
（3）標準化時間距離客觀地反映了降水（尤其是強降水）的時空分佈情況，“7.4”過程中D(t)的值主要接近1或大於1，表明強降水距離流域出口比較遠，與強降水主要分佈在姚市河及瓊江上游一致；“6.30”過程中，D(t)最顯著的特點是隨時間明顯減小，與強回波沿匯流方向移動具有較好的對應關係，表明D(t)隨時間減小時，需關注流域內降水的疊加效應。
（4）“6.30”比“7.4”的降水範圍更大，強度更強，但其峰值響應時間卻比“7.4”長約13h。初步分析表明，“6.30”過程中強降水在全流域維持約16h，導致嚴重的洪水疊加效應，致使洪水漫過瓊江原有河道，而瓊江沿岸平坦的地形造成河道寬度向兩側延展，水面漫過河道後水流狀態發生變化，並且形成大面積滯洪區，加之下游河道收窄，對洪峰有淡化作用，錯峰明顯，造成下游水文站洪峰時間滯後。“7.4”過程雖然強回波也主要在瓊江右岸新生，但其強度較“6.30”弱，持續時間也只有6h左右，河道向兩側的延展程度低於“6.30”。
中小河流洪水氣象風險預警工作中，在認真監測降水情況的基礎上，還要熟悉河網分佈，以判斷降水可能的匯流情況和影響。同時，在對一些極端洪水過程進行總結時，還需要進行實地調查，以發現一些在今後的風險預警工作中需要關注的方面，如本文提到的在平坦地形時要關注漫壩可能導致水面寬度大幅向兩側延展，形成大面積滯洪區，洪水流態也可能發生改變、並對洪水有削峰、錯峰的作用，造成下游河段洪洪峰時間滯後等情況。由於本文個例有限，今後將遴選更多的洪水過程，針對不同流域的不同洪水過程將標準化時間距離進行更深入細緻的研究和總結，以期為預報員提供一些參考指標。
