翟興 遼寧省遼河防洪工程有限責(zé)任公司

受地理?xiàng)l件和氣候因素影響，大伙房水庫流域主汛期暴雨過程集中。近年來，全球氣候變暖，極端性強(qiáng)降雨事件呈上升趨勢。極端性暴雨事件極易在中小河流域引發(fā)山洪等災(zāi)害，已有許多學(xué)者針對致災(zāi)暴雨的極端性、機(jī)理成因等方面進(jìn)行了研究。高珩洲等通過對黔東南局地突發(fā)性暴雨的中尺度天氣分析，得出山地、丘陵的高度變化對突發(fā)性暴雨強(qiáng)度和落區(qū)有重要作用。汪玲瑤等對江南地區(qū)夏季暖區(qū)暴雨的統(tǒng)計分析表明夏季長江以南地區(qū)暖區(qū)暴雨有極端性強(qiáng)、降雨強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)等特點(diǎn)。張紅華等發(fā)現(xiàn)高原槽前和西太平洋副熱帶高壓邊緣暖濕不穩(wěn)定氣流是江淮地區(qū)持續(xù)性暴雨主要水汽輸送通道。金愛浩等通過分析南亞高壓與西太平洋副熱帶高壓經(jīng)緯向位置配置對中國東部夏季降水的影響，表明副高異常偏南時江南一帶降雨會顯著偏多。盧小丹等對比分析了兩個不同季節(jié)臺風(fēng)引發(fā)廣西特大暴雨的水汽和螺旋度，結(jié)果顯示強(qiáng)盛的西南季風(fēng)形成了夏季南方暴雨區(qū)的寬廣水汽輸送通道。此外，對同一流域不同時期的暴雨洪水過程進(jìn)行分析能夠更好的掌握流域的暴雨洪水特征，為流域防汛減災(zāi)提供參考。楊文發(fā)等對長江上游“20·8”與“81·7”暴雨洪水進(jìn)行了對比分析表明發(fā)生在長江上游大洪水主要由岷沱江、嘉陵江來水與干流底水遭遇形成。劉紅武等通過對2019 年主汛期湖南兩次致災(zāi)暴雨過程對比，分析了兩次暴雨的環(huán)流形勢場和水汽來源等特點(diǎn)。康玉俠對鐵嶺“1995.07”“2005.08”暴雨洪水對比，分析了暴雨成因和降雨空間分布等特征。唐洪恩等對四川瀘縣九曲河流域“2014.9.12”和“2014.9.18”；兩場暴雨洪水進(jìn)行對比，對暴雨的空間分布及洪水重現(xiàn)期等特征進(jìn)行了分析。

1985年汛期，由于副熱帶高壓明顯偏北、偏強(qiáng)，引導(dǎo)臺風(fēng)北上，東北地區(qū)遭遇了歷史罕見的臺風(fēng)“三連擊”。無獨(dú)有偶，時隔35年，2020年8月下旬至9月上旬，在短短半個月時間內(nèi)，東北地區(qū)又遭遇了臺風(fēng)“三連擊”，其頻率之高、影響范圍之大為歷史僅有，據(jù)中國氣象臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，尚屬首次，受臺風(fēng)影響，東北地區(qū)暴雨連連，洪水頻發(fā)。本文以大伙房水庫流域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用大伙房水庫2020年和1985年整編的降雨、徑流數(shù)據(jù)，通過對2020年汛期和1985年汛期暴雨洪水進(jìn)行對比，分析這兩年暴雨洪水異常的成因和特征，提高對大伙房水庫流域異常暴雨洪水規(guī)律的認(rèn)識，以更好掌握臺風(fēng)對大伙房流域暴雨洪水的影響，旨在為今后流域暴雨洪水的科學(xué)調(diào)度和防洪減災(zāi)工作，提供一定的參考借鑒。

1.研究區(qū)概況

大伙房水庫流域位于大遼河的支流渾河中上游，坐落在遼寧省撫順市境內(nèi)，流域面積5437k m。大伙房水庫流域?qū)儆跍貛О霛駶櫚敫珊档募撅L(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，降水稀少，夏季炎熱多雨，多年平均降水量794mm，降雨主要集中在7、8月份，此間降雨約占全年降水的48.2%，洪水成因主要是此間的大暴雨。流域內(nèi)山嶺高度400-800m，山地占比80-95%，森林覆蓋率52.7%流域內(nèi)水系發(fā)育，主要有渾河、蘇子河、社河三大支流，年平均徑流量14.9億m3。

大伙房水庫是渾河上的主要控制性水利工程，它是一座以防洪及供水為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大（I）型水庫，按1000年一遇洪水設(shè)計，可能最大洪水校核，庫容22.68億m3，控制流域面積5437平方公里。大伙房水庫上游在各個支流上布置有入庫站，分別是渾河北口前站、蘇子河占貝站和社河南章黨站。大伙房水庫采用汛期分期的調(diào)度方式，汛期為每年的6月1日至9月20日，其中主汛期為7月11日至8月10日，這里將6月1日至7月10日統(tǒng)稱為汛期前期，8月11日至9月20日統(tǒng)稱為后汛期。大伙房水庫流域如圖1所示。

圖1 大伙房流域圖

2.暴雨特征分析

2.1 暴雨成因分析

2020年與1985年汛期的暴雨成因相似，主要由西太平洋副熱帶高壓和北上臺風(fēng)配合為暴雨的形成創(chuàng)造了條件。2020年與1985年汛期西太平洋副熱帶高壓和常年同期相比明顯偏北、偏西，主要位于日本和日本海域附近，大伙房水庫流域正處于副高邊緣。同時副熱帶高壓強(qiáng)度也較常年同期偏強(qiáng)，臺風(fēng)形成后在西太平洋副熱帶高壓的引導(dǎo)下一路向北，一直到達(dá)我國東北地區(qū)，北上臺風(fēng)增多，此外東北地區(qū)還存在南下的東北冷渦，充沛的水汽源源不斷輸入東北地區(qū)，在西太平洋副熱帶高壓、臺風(fēng)和東北冷渦等天氣系統(tǒng)的共同作用下導(dǎo)致了暴雨的發(fā)生。

2.2 暴雨發(fā)展過程

2020年致洪暴雨過程發(fā)生在8月26日至9月8日，期間伴隨著“巴威”“美莎克”和“海神”三個臺風(fēng)接連北上和高空槽的形成，形成了四次暴雨過程。8月27日第8號臺風(fēng)“巴威”在中國和朝鮮交界靠近朝鮮的平安北道沿海登陸，隨后臺風(fēng)巴威由朝鮮進(jìn)入中國遼寧省境內(nèi)繼而影響中國東北地區(qū)，受此影響，8月26日23時至28日23時流域普降暴雨，暴雨中心在蘇子河上游，暴雨帶呈東南-西北向，流域平均面降雨量53.9mm，最大點(diǎn)雨量發(fā)生在蘇子河邊外堡子站（92mm），最大雨強(qiáng)發(fā)生在社河傲牛站（32mm/3h）。隨后受高空槽和副熱帶高壓影響，8月31日17時至9月1日8時流域發(fā)生2020年最大一場暴雨過程，流域平均降雨量94.3mm，暴雨中心位于渾河上游，最大點(diǎn)雨量發(fā)生在渾河大蘇河站（142mm），最大雨強(qiáng)發(fā)生在渾河大蘇河站（61mm/3h），流域19處遙測雨量站中有8處降雨量達(dá)到大暴雨，11處降雨量達(dá)到暴雨，暴雨帶呈東南-西北向。9月3日第9號臺風(fēng)“美莎克”在韓國南部慶尚南道釜山沿海登陸，隨后臺風(fēng)“美莎克”穿過韓國南部進(jìn)入日本海之后于9月3日在朝鮮東部二次登陸隨后由朝鮮進(jìn)入中國吉林省境內(nèi)繼而影響中國東北地區(qū)。受9號臺風(fēng)“美莎克”和冷渦共同影響，9月3日2時至3日20時流域普降暴雨，暴雨中心在社河上游，整個流域空間分布相對均勻，流域平均面降雨量54.5，最大點(diǎn)雨量發(fā)生在社河傲牛站（77mm），最大雨強(qiáng)發(fā)生在社河傲牛站（30mm/3h）。受10號臺風(fēng)“海神”和冷渦共同影響，9月7日13時至8日20時流域發(fā)生一次大的降雨過程，暴雨中心位于社河上游，流域平均降雨量66.5mm，最大點(diǎn)雨量發(fā)生在社河傲牛站（139mm），最大雨強(qiáng)發(fā)生在傲牛站（29mm/3h），暴雨帶自西南至東北方向減弱，渾河上游降雨量相對較少。

1985年致洪暴雨過程發(fā)生在7月30日至8月19日，東北地區(qū)同樣遭遇了臺風(fēng)“三連擊”，期間伴隨著臺風(fēng)接連北上，大伙房水庫流域發(fā)生了四次暴雨過程。1985年8月2日6號臺風(fēng)“杰夫”于黃海岸一帶登陸，受其影響，7月30日11時至8月3日5時，8月3日8時至8月5日14時流域連續(xù)發(fā)生2場暴雨，暴雨中心位于渾河，兩次降雨疊加雨量190mm。8月14日8號臺風(fēng)“李伊”在黃海岸一帶登陸，受此影響，大伙房水庫流域在8月13日20時至8月15日8時再次普降暴雨，流域平均降雨量103.5mm。8月19日9號臺風(fēng)“瑪美都”于遼東灣登陸，流域在8月18日11時至8月19日17時發(fā)生強(qiáng)降雨，暴雨中心位于蘇子河，平均降雨量74mm。

2.3 暴雨特征對比分析

對比2020年和1985年暴雨成因可知，2020年和1985年暴雨均是由于西太平洋副熱帶高壓偏北、偏強(qiáng)，穩(wěn)定在日本及日本海區(qū)域，加之發(fā)源于西太平洋的臺風(fēng)北上以及東北冷渦在東北盤旋，三者共同作用形成暴雨。由暴雨形成過程可知，2020年和1985年暴雨具有場次降雨空間分布不均，暴雨中心多位于渾河上游的特征，但從汛期總的暴雨面降雨量看，降雨量空間分布相差不大。

通過對1985年和2020年歷次暴雨特征值統(tǒng)計（表1）可知，2020年在13天內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)4場暴雨，總降雨歷時112h，總降雨量269.2mm，1985年在20天內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)4場暴雨，總降雨歷時210h，總降雨量367.5mm，表明1985年和2020年暴雨均具有頻次高，降雨量大，歷時短，雨強(qiáng)大等特點(diǎn)。從降雨時間看，1985年暴雨主要發(fā)生在八月上、中旬，屬于流域主汛期末，2020年暴雨偏晚，發(fā)生在八月末值九月中旬，屬于流域后汛期。由此可知，大伙房水庫流域具有發(fā)生短期連續(xù)性暴雨的可能，且主汛期和后汛期均有可能發(fā)生，當(dāng)?shù)匾⒁庥煞€(wěn)定西太平洋副熱帶高壓、北上臺風(fēng)和東北冷渦共同作用形成的暴雨并制定相應(yīng)暴雨應(yīng)急方案。

表1 1985年與2020年歷次降雨特征值表

3.洪水分析

3.1 洪水發(fā)展過程

由于2020年與1985年暴雨均具有頻次高，降雨量大，歷時短，雨強(qiáng)大等特點(diǎn)，受此影響，2020年與1985年各發(fā)生了4場洪水，大伙房水庫站洪水過程見圖2。

圖2 2020年和1985年大伙房水庫站洪水過程圖

2020年4場入庫洪水總量為10.6億m，整個后汛期入庫水量13.7億m，創(chuàng)下大伙房出現(xiàn)建庫以來后汛期最大入庫水量。連續(xù)發(fā)生洪峰超過1000m/s的洪水3次，“20831”洪水為最大的一次洪水過程，造成此次洪水的暴雨歷時短，強(qiáng)度大，土壤含水量接近飽和，因此產(chǎn)流速度較快，匯流時間較短。洪水從31日17時起漲，水位125.46m，9月1日16時出現(xiàn)洪峰流量3610m/s，1日水位日最大上漲2.38m，次洪量達(dá)3.83億m。

1985 年4 次洪水洪峰超過1000 m/s 的洪水有，入庫洪水總量達(dá)15.8 億m。最大一場洪水為“85803”洪水，由于上場降雨與此次降雨時間間隔很短，前期強(qiáng)降雨導(dǎo)致土壤含水量基本飽和，徑流系數(shù)高達(dá)0.96，洪水從8月3日降雨開始便開始起漲，水位126.69m，8月5日9時出現(xiàn)洪峰2790m/s，1日水位日最大上漲1.12m，次洪量達(dá)5.7億m。

3.2 洪峰特征

將2020年4場洪水要素特征值加入到水庫壩址歷史洪水系列中，進(jìn)行頻率分析計算：“20831”洪水頻率等級為近10 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪水等級劃分為中洪水，排在建庫以來的第8位?！?0826”洪水、“20903”洪水、“20907”洪水頻率等級為小于5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪水等級劃分為小洪水。

將1985年4場洪水要素特征值加入到水庫壩址歷史洪水系列中，進(jìn)行頻率分析計算：“85803” 洪水、“85813”洪水頻率等級為5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪水等級為中洪水，分別排在建庫以來的第12位和第13位。“85818” 洪水、“85730” 洪水位小于5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪水等級劃分為小洪水。2020年與1985年大伙房水庫站洪水特征值見表2。

表2 1985年和2020年大伙房水庫站歷次洪水特征值表

根據(jù)大伙房水庫三個入庫站（北口前站、南章黨站和占貝站）的洪峰監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計大伙房水庫入庫洪峰大于2000m3/s的洪峰組成，各個入庫站及庫周入庫占水庫洪峰的比重見圖3，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)北口前站洪水到達(dá)入庫口的時間為6h，南章黨站和占貝站洪水到達(dá)入庫口的時間為3h，本文以水庫出現(xiàn)洪峰時刻（t）前6h北口前站的洪水流量計算t時刻水庫洪峰的組成，同樣，以水庫出現(xiàn)洪峰時刻（t）前3h南章黨站和占貝站站的洪水流量計算t時刻水庫洪峰的組成。由圖3可知，1985年暴雨洪水洪峰的組成庫周、占貝站和北口前站占比較大，即蘇子河和渾河來水較大，同時庫周圍來水較多，這也是造成洪水過程線陡漲的原因。2020年暴雨洪水洪峰的組成占貝站和北口前站占比較大，即蘇子河和渾河來水較大，同1985年一致。由此可知，流域發(fā)生暴雨洪水時渾河和蘇子河來水量較大，因此汛期要重點(diǎn)關(guān)注相應(yīng)河流水位漲落及沿岸群眾轉(zhuǎn)移等工作。

圖3 1985年和2020年大伙房水庫站歷次洪水洪峰組成圖

3.3 洪水比較分析

2020年由于暴雨發(fā)生在后汛期，且具有雨量大，歷時短，雨強(qiáng)大，范圍廣等特點(diǎn)，加之前期土壤含水量接近飽和，因此產(chǎn)流速度較快，匯流時間較短，使得洪峰流量大，峰型是尖瘦型，尤其是“20831”洪水比較典型，但“20907”洪水例外，由于降雨歷史相對較長，同時洪水發(fā)生在汛末，上游水利工程進(jìn)行大量攔蓄，使得本次洪水洪峰偏小，洪水入庫滯后，退水歷時延長。1985年洪水由于暴雨降雨量更大，土壤含水量也較高，產(chǎn)流速度也較快，但由于降雨歷時較2020年長，使得在匯流時間上相比于2020年較長，退水也相對較慢，峰型相對來說肥胖一些，最大洪峰雖然沒有2020年大，但洪水總量比2020年大。通過以上分析可知，大伙房水庫流域主汛期及后汛期均有可能發(fā)生暴雨洪水，水庫運(yùn)行要做好中長期水文預(yù)報，在主汛期調(diào)度運(yùn)用基礎(chǔ)上編制后汛期調(diào)度運(yùn)用計劃，同時要掌握上、下游水利工程攔蓄情況，合理利用防洪庫容，在保證水庫安全的基礎(chǔ)上達(dá)到下游不沖，上游不淹，水庫蓄滿的目標(biāo)。

4.結(jié)論

本文通過對大伙房水庫流域2020年和1985年受臺風(fēng)“三連擊”影響造成的暴雨洪水進(jìn)行分析，得出以下主要結(jié)論：

（1）2020年和1985年汛期，較為穩(wěn)定的西太平洋副熱帶高壓偏北、偏強(qiáng)，臺風(fēng)北上以及東北冷渦南下是造成2020年和1985年短期連續(xù)暴雨的主要原因。

（2）大伙房水庫流域主汛期和后汛期均有發(fā)生短期連續(xù)性暴雨的可能，1985 年和2020 年暴雨均具有范圍廣，頻次高，降雨量大，歷時短，雨強(qiáng)大，次降雨空間分布不均的特點(diǎn)。

（3）2020年和1985年洪水受暴雨集中，范圍廣，前期土壤含水量接近飽和的影響，具有產(chǎn)流速度快，徑流系數(shù)高，洪水過程疊加，洪水總量大，蘇子河和渾河洪水占比較大的特點(diǎn)。

受上游水利工程等人為因素影響，大伙房水庫入庫洪水過程會發(fā)生明顯改變，如“20907”洪水因上游水利工程進(jìn)行大量攔蓄，造成了洪峰偏小，洪水入庫滯后，退水歷時長。因此在對洪水進(jìn)行預(yù)報分析時，應(yīng)綜合考慮人為因素的影響，進(jìn)行科學(xué)調(diào)度。此外，近年來極端天氣頻發(fā)，臺風(fēng)對東北地區(qū)的影響不可忽視，應(yīng)加強(qiáng)對臺風(fēng)造成暴雨洪水的研究分析，同時，積極探索后汛期暴雨洪水調(diào)度運(yùn)用，為將來水庫科學(xué)調(diào)度提供可靠的依據(jù)，達(dá)到防洪減災(zāi)、充分利用雨洪資源的目標(biāo)。