三岔河上游一次暴雨洪水過程分析

醋院科 周皞 王加敏 何東坡

摘?要：本文利用流域自建雨量站與氣象局國家站、區域站雨量資料，結合平寨水庫壩上水位、流量數據，分析了2020年7月7日至7月9日三岔河上游洪水過程的雨情、水情特點，以及氣象成因，研究結果表明：本次降雨過程持續時間長、范圍廣、強度大，降雨形成徑流時間短，入庫流量陡升陡降，并呈現雙峰型分布，本次洪水過程主要由上游流域地表徑流產生，高空槽、低空低渦切變線與地面輻合的配合，以及副高外圍云系帶來充沛的水汽條件、低層系統移動緩慢在流域內維持時間較長是形成本次暴雨洪水過程的重要原因。

關鍵詞：暴雨洪水;地表徑流;高空槽;低渦切變;配料法

Analysis?of?a?rainstorm?flood?process?in?the?upper?reaches?of?Sancha?River

Cu?Yuanke1?Zhou?Hao2?Wang?Jiamin2?He?Dongpo3

1.Guizhou?Qianyuan?Power?Co.，Ltd.?GuizhouGuiyang?550002;

2.Guizhou?new?Meteorological?Technology?Co.，Ltd.?GuizhouGuiyang?550002;

3.Guizhou?meteorological?station?GuizhouGuiyang?550002

Abstract：Based?on?the?data?of?Selfbuilt?precipitation?station，National?Meteorology?precipitation?station?and?Regional?Meteorology?precipitation?station，Combine?data?of?water?level?and?rate?of?flow?in?Pingzhai?Reservoir，Analysis?the?characteristics?of?rain?condition，water?regimen?and?meteorological?causes?of?the?flood?in?the?upper?reaches?of?Sancha?River?from?July?7?to?July?9，2020.The?results?show?that?the?rainfall?process?lasts?for?a?long?time，has?a?wide?range?and?high?intensity.The?runoff?time?caused?by?rainfall?is?short，and?the?inflow?discharge?rises?and?falls?sharply，and?presents?a?bimodal?distribution.The?flood?process?is?mainly?generated?by?the?surface?runoff?of?the?upstream?basin.The?main?reasons?for?this?rainstorm?and?flood?process?are?the?coordination?of?the?highaltitude?trough，lowaltitude?vortex?shear?line?and?ground?convergence，the?abundant?water?vapor?condition?brought?by?periphery?of?Subtropical?high，the?slow?movement?of?the?lower?layer?system?in?the?basin?area?and?lasts?for?a?long?time.

Keywords：rainstorm?flood;surface?runoff;highaltitude?trough;vortex?shear;batching?method

1?概述

2020年7月，長江流域發生多輪強降雨過程，造成的多地發生較重洪澇災害。三岔河是烏江的重要支流，其位于貴州省西北側，自西向東流經畢節市、六盤水市、安順市、貴陽市。由于三岔河上游流域海拔高落差大，降雨形成徑流快，且上游除平寨水庫外無大型電站的截流，因此，依據貴州省氣象局區域站常規觀測資料，研究三岔河上游流域洪水特征以及發生發展的機理，對于整個三岔河流域的防洪調峰，生產安排都有非常重要的意義。

在以往的暴雨洪水過程分析中，由于受掌握資料的局限，氣象部門更側重于雨情與天氣過程氣象成因的分析[13]，而水利部門則更側重于水情與洪水影響的分析[45]，且沒有充分考慮前期土壤濕度和降雨對洪水過程的影響，隨著大數據技術的不斷發展[6]，氣象與水文的緊密合作已成為行業趨勢，通過數據共享使得洪水過程的分析精度得到了更精確全面的進步。

本文利用貴州省氣象局66個區域站、2個國家站氣象站，以及流域19個自建雨量站以及平寨水庫壩上水位、入庫流量，結合納雍站逐小時土壤相對濕度資料，分析了2020年7月7日至9日三岔河上游流域暴雨的時空分布特征及洪水過程的流量、水位變化特征，并利用常規地面、高空氣象資料，采用“配料”法從穩定度條件、水汽條件、垂直速度、散度等基本物理量場分析了此次暴雨洪水過程的氣象成因。

2?流域概況

三岔河上游流域位于22°～23°N，104°～105°E之間，流域面積3400平方千米，約占三岔河流域總面積的三分之一，其地處云貴高原東側，屬亞熱帶季風氣候，地形西高東低，主要河道呈西北東南向分布，大小支流繁多，落差大，常年年降雨量為930mm，且主要集中在7～10月份。流域內唯一的中大型水庫為平寨水庫，其庫容為10.89億m3，電站總裝機140.2兆瓦，最大發電流量112m3/s，年平均入庫流量在64.3m3/s左右。

3?雨情分析

2020年7月7日08時至9日08時，三岔河上游流域連續兩日傍晚到夜間自西向東出現強降雨天氣過程，雨量普遍大雨到暴雨，其中48小時累積降水暴雨53站，大暴雨8站，流域累計面雨量81.3mm，單站累計最大降雨量為231mm（巖腳站）。

本次強降雨過程可分為兩個階段：第一階段為7日08時至8日08時，大暴雨中心主要位于流域下游地區，流域24小時累計面雨量為44.2mm，最大小時面雨量達8.8mm（8日00時），單站最大小時雨強為52.0mm（巖腳）。

第二階段為8日08時至9日08時，大暴雨中心仍然出現在平寨流域下游地區，流域累計面雨量37.1mm，最大小時面雨量達10.5mm（8日20時），本階段降水主要為成峰暴雨階段。9日05時后，隨著天氣系統的南壓，流域內以分散陣雨為主。

4?洪水過程分析

由于前期降水較少，平寨水庫水位維持在1324米左右，入庫流量維持在110m3/s左右，2020年7月7日23時，受上游降雨影響，平寨水庫入庫流量開始上漲，起漲水位132466米，相應流量108.47m3/s，至8日05時達到峰值765.68m3/s，然后逐漸回落，至8日18時降至348.66m3/s，此時，第二階段降水所產生的洪峰緊隨而來，入庫流量再次急劇上漲，并于8日23時達到新峰值1060.34m3/s。

隨著降雨云團移出流域，降雨逐漸減弱，入庫流量也相應減小。由于平寨水庫最大發電流量為112m3/s，此時入庫流量仍然大于出庫流量，庫水位繼續上漲，至7月11日10時，庫水位上漲至1330.67米，接近警戒水位，開始泄洪，水位逐漸下降。自7月7日23時開始到11日10時，入庫水量達1.45億立方，水位上漲6.01米。

由于兩次降雨過程時間間隔短，雨量大，且強降水區域重疊，結合流量與土壤相對濕度變化曲線可以看出，第一段降水主要起填洼、飽和土壤作用，并在流域中下游地區出現明顯超滲效應。第二階段降水過程，受前一階段降水影響，流域內土壤含水量接近飽和，徑流系數大，入庫流量現峰后又復漲，呈現雙峰型分布。

5?氣象成因分析

5.1?形勢與中尺度環境場

圖中可見：在500hPa，7日20時至8日20時，亞歐中高緯度維持兩槽一脊的形勢。河套地區及其后部的冷舌持續加深，帶動冷空氣南下，副高北界588線位于27°N附近，并隨系統南壓，7日20時（圖5a）高空槽位于四川東南部，呈東北—西南向分布，隨后逐漸東移南壓影響流域上空，槽前正渦度有利于流域上空的垂直上升運動加強。8日20時（圖5b）高空槽南壓至貴州省南部邊緣一線，副高588線從7日20時在流域上空逐漸緩慢南退至23°N附近，使得高空槽在流域區域停留時間較長，導致了7—9日的兩次暴雨過程，副高外圍氣流為流域帶來了充沛的水汽條件，有利于暴雨的產生。

700hPa上，7日20時低渦切變位于重慶中部到8日20時南壓至重慶南部與貴州北部交界處，流域上空受西南氣流影響，風速在10～12m/s，且相對濕度較大。隨著冷空氣快速南下，低渦切變西段不斷南壓接近流域上空，至8日20時到達貴州省北部邊緣，流域上空仍然為西南氣流控制，流域區域相對濕度較大，水汽條件較好。

在850hPa，7日20時，湖南北部有低渦切變存在，低渦西段切變位于流域上空，并緩慢南壓東移，至8日20時流域由西南氣流轉為偏北氣流控制，低渦切變從流域北部南壓至流域南部，且影響持續時間長，導致7—9日流域降水偏強。

從地面可見，7日20時（圖5c）—8日20時（圖5d）流域區域一直有地面輻合線長時間維持影響，為流域的降水提供了觸發條件和一定時間的持續降水。

7—9日流域兩次暴雨過程從形勢場分析中可知，流域區域從地面到高空，兩天的相對濕度均很大，高空槽配合低渦切變緩慢南壓，副高的阻擋和外圍水汽輸送，地面輻合線抬升觸發了這兩次流域降水過程。

5.2?基于“配料法”的基本物理量場分析

配料法是Doswell?et?al在1996年結合Chappel和Johns?and?Doswell的工作提出的一種新的用于產生暴洪的暴雨預報方法，它強調抓住暴雨發生發展過程中影響水汽垂直輸送的主要動力、熱力條件和環境場配置[78]。

水汽是暴雨產生不可缺少的條件之一，比濕是記錄大氣水汽狀況的指標[2]，本次暴雨過程從比濕條件看，7日20時、8日20時流域上空500hPa比濕達5～7g/kg，700hPa比濕達13g/kg，850hPa比濕達15～17g/kg，均達到了貴州省暴雨閾值，流域上空水汽條件很好，能夠為本次暴雨過程提供充沛的水汽條件。

假相當位溫是包括溫度、氣壓、濕度的綜合物理量，其不僅反映了氣壓對溫度的影響，也反映了水汽的凝結和蒸發對溫度的影響，其分布反映了大氣中能量的分布，7日20時和8日20時流域低層假相當位溫值達80℃～84℃，處于高能高濕的環境中，并且假相當位溫隨高度減小，有明顯的對流不穩定層結存在，此外流域區域7日20時K指數達44、SI指數為-1.41、cape值達1420，各個指數都為此次暴雨過程提供了較好的能量和較好的不穩定條件，使暴雨區對流活動旺盛。

7日20時到8日20時流域區域500hPa（-8hPa/s）和850hPa（-2hPa/s）垂直速度均為負數，即從底層到高層均為上升運動，高層150hPa以輻散為主，尤其是7日20時，流域區域有10*10-5輻散中心，大值區8日20時移動到貴州省西南部。500hPa流域為輻散區，數值較小為1～5*10-5，850hPa均為輻合區。低層輻合高層輻散的形式有利于上升運動的加強，因此從垂直速度和散度的變化能夠得出7—9日流域暴雨具有很好的抬升條件。

通過對各個物理量的分析可知，7—9日的兩次流域降水具有很好的水汽條件、穩定度條件、抬升條件，結合上述形勢場分析中的高空槽、低渦切變、地面輻合線、副高和系統的持續影響條件，使得流域內產生暴雨過程。

總結

通過對7月7—9日三岔河流域洪水過程進行分析得到以下結論：

（1）三岔河流域強降水過程持續時間長，覆蓋面廣，面雨量達到大到暴雨，特別是中下游流域，為大暴雨區域重疊區，是本次洪水過程的主要產流區。

（2）本次暴雨洪水過程，主要為陽長以下流域地表徑流，匯流時間短，入庫流量呈雙峰型分布，且具有明顯陡升陡降特征，兩個降雨階段間隔時間短，特別是后一階段，由于受7日降水影響，流域土壤含水量接近飽和，降雨徑流系數大，而導致洪峰流量巨大，可預見期短，為水文預報帶來很大的困難。

（3）此次暴雨過程發生在“兩槽一脊”的環流形勢下，同時高空槽低渦切變系統活動活躍，帶動北方冷空氣南下與副高外圍的西南暖濕氣流在流域上空交匯，且地面輻合線長時間維持在流域內，也是降雨區沿流域分布，累計降雨大的重要原因。

（4）副高外圍充足的水汽條件、高能高濕的不穩定條件和低層輻合高層輻散的抬升條件都達到了貴州暴雨閾值，為本次強降水提供可靠依據，為后續氣象水文預報提供了有力參考。

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基金項目：華電集團2019科技項目（CHDKJ1902105）

作者簡介：醋院科（1986—?），男，本科，工程師，主要從事水庫調度工作。