氣象條件對水利建設影響分析與對策思考

陳曉弟,鐘有萍,晏理華,楊幸福,呂昌濤,冉國輝

(貴州省銅仁地區氣象局,貴州 銅仁 554300)

氣象條件對水利建設影響分析與對策思考

陳曉弟,鐘有萍,晏理華,楊幸福,呂昌濤,冉國輝

(貴州省銅仁地區氣象局,貴州 銅仁 554300)

利用銅仁地區 10個常規氣象站近 40a歷史基本資料并結合梵凈山區 17個雨量觀測站 10a觀測資料,分析了銅仁地區氣候特點以及水利工程建設、安全運行、管理與氣象條件的相關關系,針對當前氣象保障水利工程建設及運行安全存在的不足,提出水利建設氣象保障措施對策建議,為銅仁地區水利建設的規劃編制提供科學依據。

水利工程;氣象條件;氣象災害;對策與思考

1 概況

銅仁地區處于全國 18個集中連片貧困地區之一的武陵腹地,境內屬喀斯特地形地貌,山高谷深,水低田高,降雨量雖然較豐富,但降雨時空分布不均,干旱發生頻率高,水利設施脆弱,工程性缺水嚴重。由于銅仁地區多山區雨源性河流,徑流主要靠自然降水補給,水資源總量雖較為豐富,但時空分布不均;喀斯特地貌廣泛發育,易澇易旱,夏季多暴雨,極易造成洪澇災害;局部地區石漠化嚴重,保水蓄水能力差,地表水缺乏,有水存不住,沒雨用不上,水土流失面廣,因此,銅仁骨干水源工程的建設、運行管理、效益發揮與氣象條件關系極為密切。為此,本文利用 10個常規氣象站 40a歷史資料、梵凈山地區 17個觀測站 10a氣象觀測資料,分析了銅仁地區水利建設、運行、管理與氣象條件的相關關系,為銅仁地區水利建設的規劃編制提供科學依據。同時,根據當地重大工程規劃建設的需要,找準氣象服務切入點,切入地方經濟建設中,提升氣象服務能力。

2 基本情況

2.1 全區水利工程建設現狀

自水利部把銅仁地區作為全國首個地區新農村水利扶貧試點三年多來,大規模實施農村飲水安全工程、骨干水源工程建設、大型灌區改造、病險水庫除險加固,雨水集蓄利用等基本建設項目,初步形成了以蓄為主,蓄、引、提相結合,小型為主,中、小、微相結合,灌為主,灌溉、發電、供水相結合的區域性供水體系,解決了部分農村人口的飲水安全問題,有效灌溉面積的提高,農業基礎設施得到改善,對促進經濟社會發展和解決民生問題的基礎保障作用日益凸顯。目前,銅仁地區已建有中型水庫 5座,小(一)型水庫 59座,小(二)型水庫 295座。在建的中型水庫 2座,小 (一)型水庫 6座,小 (二)型水庫 26座。

2.2 銅仁地區氣候概況

2.2.1 主要氣候特點 銅仁地區地處低緯山區,屬中亞熱帶季風濕潤氣候區,主要氣候特征為:季風氣候明顯,立體氣候典型,四季分明、春溫不穩,秋溫陡降,雨熱同季。由于各年季風的強弱及進退早晚不盡一致,因此,氣象要素在年際間的變化較大,災害性天氣較多,主要有干旱、倒春寒、暴雨洪澇、冰雹、大風、雷暴、秋風、秋綿雨、凝凍、霜凍等,特別是夏旱 (伏旱),正如民間流傳的“年年都有七月旱,不是大旱就是小旱”就是銅仁地區夏旱的典型特征。

2.2.2 降水時空分布 全區各地年降水總量在1 100～1 800mm之間,江口梵凈山東南坡為多雨區,平均為 1 600～1 800mm;松桃、江口、萬山一帶為次多雨區,平均為 1 400～1 600mm;印江、石阡一帶為少雨區,一般在 1 100～1 300mm之間。由此可見,梵凈山地形與降水的關系具有一致性。全區降水主要集中期在 4～6月,總量為 500～600mm,占年總降水量的 40%～45%;4～8月內降水量為 800～1 300mm,占年總降水量的 63%～72%;雨季開始期一般在 3月底或 4月初,雨季平均終止期通常在11月上旬;7月中旬到 8月多伏旱天氣。按季節劃分,一年之中降水量主要集中于春、夏兩個季節,春、夏兩季的總雨量占全年降水量的 64%～74%,各季降雨量以夏季最多,春季、秋季次之,冬季最少。由此可見,銅仁地區降水時空分布極不均勻,即使在雨水集中期的 4～8月也常出現干旱天氣,以梵凈山為界,將銅仁地區分為東西兩部,東部降水明顯多于西部。

2.2.3 暴雨時空分布 銅仁地區年平均暴雨日在1.8～4.0次之間,其中,萬山、松桃、江口、德江等地年平均暴雨日為 3.3～4.0次,是銅仁地區出現暴雨最多的地方,銅仁、思南、石阡、印江、沿河等地年平均暴雨日為 2.2～2.7次,玉屏年平均暴雨日僅有1.8次,是銅仁地區暴雨最少的地方。全區以 5～8月為暴雨集中期,其中 6月為暴雨的高峰月。全區歷年一日最大降水量為 130～281.6mm,其中以江口、銅仁、思南、萬山等地較大,均在 220mm以上,以江口 1995年7月1日降 281.6mm為最大。

2.2.4 銅仁地區夏旱時空分布特點 據銅仁地區近 40a氣象資料統計 (見表 1),各地無旱的年份僅有 2～9a,而有夏旱的年份達 31～38a,占總年數的77%～95%,幾乎年年都有夏旱,就平均而言,中、大旱的年份約為 2～3a一遇,特大干旱的年份約為 4～5a一遇。

表 1 銅仁地區各地 1960—2009年夏旱頻次統計表

地區分布特點:利用干旱指數計算公式[1](Ii= Gi-Ri)分別計算了各地干旱指數多年平均值。由圖 1可見,銅仁地區西部和南部為重旱區,其中有 4個特重夏旱區:一是印江縣城區至沿河縣譙家鋪一帶;二是沿河縣西北部邊山附近;三是思南縣西南部文家店至石阡縣西部聚鳳一帶;四是銅仁市西南部老羊坪至玉屏縣北部的田坪一帶。地區東部東北部為輕 -中旱區,其中,位于梵凈山東南坡的松桃縣大路、孟溪、普覺和江口縣凱馬、太平、勻都等地為無旱區。

2.3 降水資源評價

①銅仁地區降水資源豐富。各地平均年雨量為 1 100～1 800mm,是亞熱帶雨水較多的地區之一。降水強度不算很大,水份的有效性較高。但降水時空分布極不均勻,一般為地區東部多于西部,各季降雨量以夏季最多,春季次之,秋季再次之,冬季最少。在作物主要生育期 (4～8月)內降水量為800～1 300mm,占年總降水量的 63%～72%。

②春雨較多,初夏暴雨頻繁。4～6月為多雨時期,有利于春耕春播。但是,有些年份綿雨較重,容易引起小麥、油菜的濕害,是造成小麥低產的重要氣候原因之一,應采取積極的預防措施。5～6月多暴雨天氣,對水庫蓄水、水力發電、農業生產等較為有利,但是強降水易導致洪澇、山體滑坡、泥石流、坍塌等次生災害,應積極防范。

③夏旱較重。就多年平均而言,7～8月降雨量較多,但年際變化較大,時空分布極不均勻,旱澇交替,7月中旬到 8月常出現伏旱。此時正是秋收作物生長旺盛時期,耗水量大,一些年份水分供不應求的矛盾突出,常常釀成旱災,對農業生產影響較大。

3 氣象條件對水利工程產生的影響分析

3.1 氣象災害影響分析

在水利設施運行過程中,影響其安全運行的主要氣象災害及其衍生災害主要如下:

①局地突發性強降水。水庫壩址多選在峽谷、河谷等處,一旦出現局地突發性強降水,極易因泄洪不及時導致廠房淹沒、設備毀壞以及潰壩、沖毀溝渠等危害。

②大范圍洪澇災害。在全球變暖大背景下,極端天氣氣候事件頻繁發生。出現極端大范圍洪澇災害時,水庫庫容極易陡增漫過排洪口,發生管涌、泄漏、水庫決堤等危害,影響到水利設施的安全運行,威脅下游人民的生命財產安全。

③滑坡、泥石流等衍生災害。銅仁地區山高坡陡、切割強烈、嶺谷高差明顯,強降水易引發山洪、滑坡、泥石流、山體崩塌等地質災害,直接影響到水庫、溝渠等水利基礎設施的安全。

④強雷電、風雹災害。強雷電、風雹等災害極易破壞水利設施的運行管理系統,如大壩監測系統、雨情測報系統、水庫自動調度系統等,一旦遭受雷擊、大風,將導致運行管理系統不能正常運行,影響水利設施安全。

3.2 氣候變化對水利設施建設、運行帶來的挑戰

銅仁地區多為雨源性河流、客水少,水資源的豐富程度取決于大氣降水量的多少,但在全球變暖的背景下,降水的季節分布和極端天氣正在發生變化,這將導致水資源時空分布不均問題更加突出,暴雨洪澇災害更加頻繁,持續干旱現象更加嚴重,較高的水溫和極端變化將加劇富營養化而影響水質,給銅仁地區解決工程性缺水問題提出了新的要求和挑戰。

從銅仁地區平均溫度歷史演變情況看 (圖略),銅仁地區平均溫度與全球溫度變化趨勢一樣存在變暖的趨勢,自 20世紀 60年代開始到 2009年,全區平均溫度增加了 0.2(江口)～0.4(萬山)℃。在全球氣候變暖背景下,近 20a來銅仁極端天氣氣候事件頻發,多災并發,點多面廣,多次出現了嚴重的局地暴雨洪澇、強雷電、強風雹、嚴重干旱、嚴重冰凍等極端天氣氣候事件。隨著氣候變暖的趨勢,氣候變化對銅仁地區的重要影響主要表現為:

①氣候變化將導致銅仁的冰雹、暴雨洪澇、干旱、凝凍天氣等極端天氣氣候事件及次生災害的增多增強,而且,極端天氣氣候事件的間歇期預計將縮短。這就可能導致更頻繁的洪水、山體滑坡、干旱等,并伴隨人員傷亡、疾病傳播 (如流行病、傳染病、食物中毒)、財產損失、基礎設施和房屋的損失、土壤流失及農業損失等。

②氣候變化將使銅仁地區水土流失加重導致石漠化問題日益凸顯,對生態及環境造成嚴重影響。由于氣候變暖,溫度增加,持續干旱現象更加嚴重,生態植被減少。

③氣候變化將帶來銅仁地區水資源時空分布不均問題更加突出。由于氣候變暖,導致降水時空分布的極不均勻和極端天氣正在發生變化,暴雨洪澇災害更加頻繁,持續干旱現象更加嚴重,可能導致水資源時空分布不均問題更加突出。另外,溫度增高意味著下降到地表的水將更多地被蒸發,特別是夏季高溫,導致徑流減少。

4 當前氣象保障水利工程建設及運行安全存在的不足

①氣象監測站點布設密度不足,降水動態監測信息與水利設施安全建設和科學、高效運行所要求的高精度、高密度存在差距。

目前,銅仁地區 161個鄉鎮建立了自動氣象觀測站,已開工建設新一代天氣雷達。但是氣象降水監測站點主要布設在城鎮,而在江河流域存在著監測盲區,不能有效監測水利設施所在區域的降水及雷暴、大風等氣象要素;缺乏對空中水資源分布及其流量、流速、流向的有效動態監測。

②氣象預報預警準確率和針對性有待進一步提高,預報預警信息與水利設施安全建設和科學、高效運行所要求的精細化存在差距。

銅仁地區降水存在集中性、局地性、突發性等特點,在實時水資源調度中,降水預報信息已成為決定水利設施蓄、泄的最有效科學依據。因此,準確、精細地開展水利設施所在區域的降水趨勢預報,不僅可為科學地、最大效益地調控上下游水利設施的蓄水量、發電量,制定合理的蓄水、調水方案等提供科學依據,也為洪水來臨時提前采取泄洪、下游人員安全轉移等應急措施提供決策依據。目前,降水預報尚處在分區分片階段,未能真正實現“定點、定時、定量”的精細化預報,特別是針對特定流域斷面的面雨量預報、定點山洪災害和滑坡、塌方、泥石流等地質災害的精細化預報預警還有待進一步加強。

③氣候可行性論證尚未納入規范化軌道。

在水利設施規劃過程中,依托區域自動站的資料分析水利設施所在區域降水量季節變化及年際變化、暴雨日數、歷史暴雨極值和重現期等氣象條件,深入研究氣候變化趨勢對水利設施所在區域未來降水的影響并進行預評估,這是水利工程合理布局、科學規劃的基礎性工作。目前,氣候可行性論證粗放,又加之流域間自動站布局不合理,不能為水利工程建設提供全面、科學、系統的氣候可行性論證,與水利工程建設規劃所要求的科學、精細的決策支撐存在差距。

④人工影響天氣裝備與技術有待進一步完善和加強。

銅仁地區地處地緯,來自印度洋孟加拉灣洋面上空和南海上空西南、偏南水汽通道由南向北輸送的大通道上,常年空中水汽含量豐富,上空有待開發的水汽資源是非常豐富,其開發潛力是巨大的。目前,銅仁地區僅有人工增雨作業點 27個,火箭增雨作業裝備 8具,人工影響天氣裝備、人工影響天氣作業基地、人工影響天氣技術等不完善,且基地建設欠帳太多,不能滿足水利工程對空中水資源開發的需求。

5 提高氣象保障水利工程建設及運行安全的對策思考

①建立裝備先進、功能完善的氣象監測網,提高監測能力

在大中型水利設施區域和天氣上游、關鍵區、敏感區,特別是在流域間、暴雨和地質災害頻發區域建立多要素自動氣象站,實現對降水、氣溫、風向風速等氣象要素進行連續、系統的觀測,并充分依托銅仁地區即將建成的新一代天氣雷達資料,為精細化預報預警氣象服務提供氣象科技的基礎性支撐,滿足水利設施安全建設和科學、高效運行對降水動態監測信息的高精度、高密度要求,保障水庫安全運行。

②完善以數值預報為基礎的預測預報業務系統,提高預報預警能力。

廣泛應用衛星、雷達、自動氣象站資料,建立精細化、定量化水平更高的氣象預測預報系統,進一步完善數值預報解釋應用技術方法,對災害性、關鍵性、轉折性重大天氣以及極端天氣氣候事件進行監測和預警,特別是加強對重要江河流域致洪暴雨的分析研究,為水利設施安全建設和運行提供針對性更強、時效性更快、科學性更高的預報預警產品,為調洪蓄洪,洪水資源化贏得預警時間,提高水利設施建設效益。

③進一步加強氣象臺站基礎設施建設,提高水庫安全運行氣象保障能力

切實抓好銅仁地區新一代天氣雷達及其配套設施建設,建立氣象衛星地面接收系統,提高裝備水平,建立現代氣象業務體系,增強對災害性天氣和極端天氣氣候事件監測預警能力,為大中型水庫安全運行提供重要的氣象保障。

④建立人工增雨作業基地及指揮系統,開發空中云水資源,解決工程性缺水問題

銅仁地區水資源主要來源于空中自然降水,但時空分布不均,工程性缺水問題突出。適時有效地開展人工增雨作業,每年可給銅仁地區增加降水量2-3億m3。就目前開發空中云水資源是緩解工程性缺水的有效途徑。因此,在水利工程建設區域建立較完善的人工增雨作業基地及指揮系統,能有效提高空中水資源開發能力,著力解決水資源短缺和工程性缺水問題。

⑤加強水利建設氣候可行性論證。

在水利建設規劃中,按照《氣候可行性論證管理辦法》的要求,強化氣候可行性論證,對涉及氣候、生態、環境等方面的影響進行充分論證,遵循自然規律,科學規劃、合理布局,避免不利影響,充分發揮水利工程建設效益。開展氣候變化對銅仁水資源供需平衡的影響研究、暴雨洪水極端天氣氣候事件變化趨勢研究等重大專題研究工作,為水利工程建設應對氣候變化提供有力的技術支撐。

6 結束語

①在水利設施運行過程中,突發氣象災害及其衍生災害是影響安全運行的主要因素。因此,針對影響水利設施安全運行的各類氣象災害,規范水利設施所在區域的氣象預報預警聯防機制,研究影響水利設施安全運行的氣象災害預報預警模型,能有效避免或減輕水利設施安全運行的氣象災害威脅,是確保水利設施安全運行的重要保障措施之一。

②在水利建設中,充分考慮氣象條件和氣象災害的影響,將氣象災害監測預警納入水利工程建設規劃,通盤考慮,統籌規劃實施,提高流域水庫安全運行氣象保障能力,保障水利建設安全。

[1] 儲昭慶,等 .銅仁地區氣象志[M].貴陽:貴州人民出版社,1994.

P49

B

2010-09-10

陳曉弟 (1954-),男,高工,主要從事氣候分析應用及綜合管理工作。

1003-6598(2010)增刊 -0107-04