伊春中小河流強降水引發山洪預警指標研究

曲 哲，袁 園，白俊杰，楊曉宇，王華昕

（1.伊春市氣象局，黑龍江 伊春 153000；2.湯旺縣氣象局，黑龍江 湯旺 153037；3.黑河市氣象局，黑龍江 黑河 164300）

1 引言

我國幅員遼闊，流域面積100-1000 km2的中小河流有5萬多條，覆蓋了85%的城鎮及廣大農村地區。全球氣候變化背景下，洪澇是影響我國最為明顯的氣象災害之一，20世紀90年代以來我國暴雨洪澇災害頻次和強度明顯增加[1-2]，特別是我國中小河流防洪標準普遍偏低，大部分中小河流站網稀疏，缺少必要的應急監測手段，預報方案不健全，加上中小河流源短流急，洪水具有強度大、歷時短、難預報、難預防的特點，中小河流水災頻發，洪災損失嚴重，是造成人員傷亡的主要災種[3]。據統計，一般年份中小河流的水災損失占全國水災總損失的70%-80%，近10 a水災造成的人員死亡中有2/3以上發生在中小河流。可見中小河流山洪預報預警是一項迫在眉睫、刻不容緩的工作。根據致災臨界雨量閾值確定流域預報預警氣象服務標準[4-5]，可為防御中小河流域暴雨洪澇贏得寶貴時間。

小興安嶺山脈，系西北至東南走向，南北長約450 km，東西約210 km，面積約77725 km2，60%的區域在伊春市境內。小興安嶺屬于低山丘陵山地，區域內溝谷密布、水系發達，大小河流702條，總蓄水量102億m3。森林茂密，屬針闊葉混交林，森林覆被率82.2%。伊春市大部分城鎮村屯沿河分布。伊春市境內有四大河流，分別是黑龍江、呼蘭河、湯旺河和巴蘭河，其中湯旺河貫穿于伊春市全境內，據不完全統計，境內流域面積在50 km2以上的河流203條左右，面積在200-3000 km2的河流57條左右。伊春每年的6-8月，降水比較集中，南部的朗鄉和中部的五營是兩個強降水中心。夏季降水強度大、前期有較長時段的降水時，容易造成地表植被水份過飽和，由于丘陵山地的陡坡效應，地表很快會形成徑流，快速匯聚到低洼的溝底河中，形成中小河流山洪。洪水會對河流沿岸居民的生命財產、道路、橋梁、涵洞、河中漂流等，造成了很大的危害[6-7]。

近幾年來，通過山洪項目的建設，沿河流有針對性的進行了密集布點，增加了自動觀測雨量站數量，為小尺度時空分析中小河流山洪與降水落區、降水強度的關聯提供了數據支持。目前，黑龍江省已實現了5 km×5 km格點的降水量精細化預報，并將逐漸提升格點的空間分辨率到1 km×1 km，使針對某條中小河流山洪的提前預警成為了可能。本文基于伊春市近10 a（2011-2020年）中小河流山洪災害資料和對應的暴雨和短時強降水資料，通過雨量統計和天氣形勢分析，分析高空地面配置條件產生降水而引發中小河流山洪的可能性，確定山洪預警面雨量閾值指標，建立山洪預警流程，以期為山洪災害的防治提供科學的氣象服務。

2 資料和方法

2.1 研究資料

本研究中使用的資料為2011-2020年6-8月洪澇災情數據、水文數據和氣象觀測數據。其中，伊春地區因暴雨和短時強降水引發的洪澇災害以及產生的相應損失資料，來自伊春市應急局減災科及伊春市防汛抗旱指揮部；伊春市境內各中小河流流域信息及水文水位數據，來自水文水資源中心；氣象觀測數據來自伊春市5個國家站、16個區域自動站、部分水文站，及Micaps的常規高空、地面觀測數據。

2.2 研究方法

通過個例分析和數理統計分析方法，分析中小河流山洪災害發生的氣候背景、氣候特征，山洪、洪水災害發生區域和相對應的降水時段，降水強度，降水落區，分別分析降水過程的高空、地面、降水閾值配置情況，主要是高空環流、高空槽位置和強度、地面低壓位置強度。

3 研究結果

3.1 伊春中小河流強降水引發山洪的天氣形勢分型

對伊春市近10 a發生的18次洪澇災害進行統計分析，將伊春中小河流強降水引發山洪的天氣形勢歸為以下三種：副高北抬阻擋低渦東移型、高空槽配合地面低壓型、低渦配合地面低壓型。

（1）副高北抬阻擋低渦東移型（圖1）。副高北抬，與黑龍江東部的高壓脊疊加形成高壓壩，阻擋高空槽或渦向東移動，使其穩定少動，持續影響伊春地區。沿副高邊緣南來的暖濕空氣與槽后冷空氣交匯，為降水提供充足的水汽、熱力和動力條件；同時地面存在低壓系統，使動力抬升增強。高低空系統的耦合，非常有利于產生強降水，發生洪澇災害。

圖1 副高北抬阻擋低渦東移型形勢場

（2）高空槽配合地面低壓型（圖2）。高空存在低壓槽，伊春地區位于低壓槽前，槽后有冷空氣南下，和北上的暖空氣交匯，形成不穩定層結，有利于強對流的產生，從而有利于產生短時強降水。同時槽移動緩慢，對伊春地區產生影響時間較長，導致降水時間長，累計雨量大。配合穩定的地面低壓系統，給伊春帶來大量降水，造成洪澇災害。

圖2 高空槽配合地面低壓型形勢場

（3）低渦配合地面低壓型（圖3）。當低渦穩定少動，伊春位于低渦前部，低渦持續較長，導致伊春地區降水時間長，累計雨量大；當低渦移動較快時，隨著低渦過境，切變線經過伊春，給伊春帶來較強降水，配合穩定的地面低壓，會給伊春地區造成大量降水。當低渦東移減弱成槽時，伊春位于高空槽前，受低渦過境和槽的兩次影響，使得伊春地區降水時間較長，造成大量降水，發生洪澇災害。

圖3 低渦配合地面低壓型形勢場

3.2 伊春易發山洪的降水面雨量預警閾值指標

統計伊春市近10 a發生的18次洪澇災害發現，造成伊春地區中小河流山洪災害的2種情況：一種是由短時強降水引發的山洪，其特點是小時雨強大，并持續幾個小時；一種是由天氣系統帶來的較大雨量引起的山洪，其特點是天氣形勢非常有利于降水，累計雨量大。由此得到伊春同一區域易發山洪的降水面雨量預警閾值指標（表1）。

表1 伊春同一區域易發山洪的降水面雨量預警閾值指標

4 山洪預警流程

根據上述研究成果，建立伊春中小河流強降水引發的山洪預警技術流程（圖4）。基本思路為，首先在山洪高發季節（6-8月），根據數值預報形式場結果，如果符合上述三種天氣形勢，則考慮系統影響伊春的持續時間。之后關注有利于強降水發生的動力、水汽和熱力條件，對數值模式的降水預報進行合理訂正，判斷累計降雨量是否滿足表1中雨量閾值；到短時臨近時段，利用衛星、雷達資料，判斷小時雨強是否會達到表1中雨強閾值，如果預報累計降水量或小時雨強達到預警閾值，則立即發布預警信號，并在文字中描述可能受到山洪影響的鄉鎮。

圖4 伊春中小河流強降水引發的山洪預警流程圖

5 結論與討論

基于伊春市近10 a（2011-2020年）中小河流山洪災害和對應的暴雨和短時強降水資料，將伊春中小河流強降水引發山洪的天氣形勢歸為以下三種：副高北抬阻擋低渦東移型、高空槽配合地面低壓型和低渦配合地面低壓型。通過雨量統計，得出6-8月伊春易發山洪的降水面雨量閾值，并建立了伊春市山洪預警流程。

伊春市地處山區，極易發生由局地暴雨引發的山洪災害。其主要特點是雨量強度大、突發性強、來勢猛、成災快、破壞性大，預測、預報和預防難度大，極易造成人員傷亡。目前，伊春市應急局剛剛成立，防汛抗旱指揮部與水務局人員調整，整個系統的運轉磨合剛剛開始，全市應急方面防御山洪爆發和大洪水的經驗不足，且缺少專業人員，運行管理工作還有待加強。同時，伊春市山洪易發區多，還需增加監測預警站點數量，提高覆蓋率。雨量預警臨界值設置還需要按不同地點、前期不同降雨程度、不同土壤含水率等進行實時調整，技術支撐力量明顯不足。本文中沒有考慮地形和前期降水影響，并且由于環境等多方面原因受限，沒有研究5月和9月的面雨量預報預警指標。未來將對地形因素和前期降水因素綜合考慮下的面雨量預報預警指標進行研究，增加樣本跨度與數量，找出5月和9月面雨量預報預警指標。與水利等部門深一步溝通，針對面雨量閾值分級統計總結不同程度山洪預警指標，并進一步建立完善相應程度的山洪預警。