胡智丹,朱春子,田 丹,陶思銘
(1. 水利部信息中心(水利部水文水資源監(jiān)測預(yù)報中心),北京 100053; 2. 水利部珠江水利委員會水文局,廣東 廣州 510611)
珠江流域位于亞熱帶季風區(qū),受北方冷空氣、南海和孟加拉灣暖濕氣流及熱帶氣旋的影響,易形成覆蓋范圍廣、持續(xù)時間長的暴雨[1],進而形成暴雨洪水。近30 年來,珠江流域洪水頻發(fā),1994 年、1998 年、2005 年均發(fā)生了流域性特大洪水,其中“1994.6”、“1998.6”、“2005.6”西江中下游、珠江三角洲都發(fā)生特大洪水,北江“1994.6”洪水為特大洪水。2022 年,珠江流域出現(xiàn)了范圍廣、強度大、持續(xù)時間長的暴雨天氣,導致珠江流域接連發(fā)生2次流域性較大洪水[2],北江發(fā)生1915年以來最大洪水。為了分析此次暴雨洪水成因,比較其與歷史相似洪水的異同,進一步掌握珠江流域暴雨洪水規(guī)律,有必要對2022年珠江流域暴雨洪水情況進行分析總結(jié),為今后防汛抗洪工作提供參考。
2022 年5 月下旬至6 月中旬,歐亞中高緯大氣環(huán)流經(jīng)向度大,東北冷渦活躍且向南發(fā)展,冷空氣南下抵至江南南部和華南,阻擋西太副高北抬并致其位置偏南,同時伴隨夏季風的暴發(fā),副高西側(cè)西南季風環(huán)流引導的水汽向華南強盛輸送且維持,與在我國南方活動的短波槽疊加,導致珠江流域出現(xiàn)多次降雨過程,6 月下旬副高東退北抬,雨帶明顯向北推進,珠江流域降雨趨于結(jié)束,但7 月初臺風“暹芭”在廣東茂名登陸并向西北方向移動進入廣西東部,導致珠江流域5 月下旬至7 月上旬降雨異常偏多。
2022 年5 月21 日至7 月10 日,珠江流域出現(xiàn)覆蓋范圍廣、持續(xù)時間長的暴雨天氣。根據(jù)水利部雨量站及中國氣象局共享的氣象站數(shù)據(jù)統(tǒng)計,珠江流域累計面降雨量664 mm,較常年同期(438 mm)偏多51%,為1961 年有完整資料以來同期最多,其中北江、韓江累計面降雨量分別偏多121%、81%,均為1961年以來同期最多,東江、西江下游、西江中游累計面降雨量分別偏多69%、52%、49%,均為1961年以來同期第2多。
5 月下旬至7 月上旬,受冷空氣南下和臺風影響,珠江流域共發(fā)生8 次強降雨過程,其中6 月3-21 日連續(xù)發(fā)生5 次強降雨過程,尤以6 月18-21 日暴雨區(qū)集中、降雨強度大為最強過程,詳見表1。
受持續(xù)強降雨影響,珠江流域先后發(fā)生2 次流域性較大洪水,形成8 次編號洪水,北江發(fā)生1915 年以來最大洪水。流域內(nèi)共計274 條河流發(fā)生超警以上洪水,其中10 條河流發(fā)生超保洪水,北江干流及支流連江、桂江支流靈渠、粵西沿海根子河等4條河流發(fā)生有實測資料以來最大洪水。
2.2.1 西江洪水過程
西江上游紅水河龍灘水庫(廣西河池)5 月30 日11 時最大入庫流量10 900 m3/s,形成“西江2022 年第1 號洪水”[3]。本次降雨過程導致西江上中游干流及支流柳江出現(xiàn)明顯洪水過程,為減輕下游防洪壓力,龍灘水庫一直維持3 800 m3/s 左右下泄,6 月2 日13 時出現(xiàn)本次洪水最高庫水位352.80 m,過程最大攔蓄洪量8.20 億m3。
西江中游干流武宣水文站(廣西來賓)6月6日17時流量漲至25 200 m3/s,形成“西江2022 年第2 號洪水”[3],7 日1 時洪峰水位57.23 m,超警1.53 m,相應(yīng)流量25 700 m3/s;中游干流控制站梧州水文站(廣西梧州)6 月7 日水位開始超警,8 日8 時30 分洪峰水位20.31 m,超警1.81 m,相應(yīng)流量33 800 m3/s,10 日退至警戒水位以下,超警歷時3 d。
西江干流梧州水文站6 月12 日20 時水位漲至18.52 m,形成“西江2022年第3號洪水”[3];同期,北江形成2022年第1號洪水,依據(jù)文獻[2]認定珠江流域發(fā)生流域性較大洪水。梧州水文站6 月15 日3 時25 分洪峰水位22.31 m,超警3.81 m,相應(yīng)流量39 200 m3/s,洪水重現(xiàn)期超過5年(37 800 m3/s)。西江干流水道馬口水文站(廣東佛山)6月15日水位開始超警,15日17時洪峰流量43 300 m3/s,18 時洪峰水位7.66 m,超警0.16 m,16 日退至警戒水位以下,超警歷時2 d。
西江干流梧州水文站6 月17 日水位止落回漲,19 日形成“西江2022 年第4 號洪水”[3];同期,北江形成2022 年第2 號洪水,珠江流域再次發(fā)生流域性較大洪水[2]。梧州水文站6 月23日16 時25 分洪峰水位21.73 m,超警3.23 m,相應(yīng)流量34 000 m3/s,25 日退至警戒水位以下,3 號洪水及本次洪水過程超警歷時14 d。馬口水文站6月22日水位開始超警,23日21時洪峰流量44 700 m3/s,23 時洪峰水位7.67 m,超警0.17 m,24 日退至警戒水位以下,超警歷時3 d。
綜上所述,西江1 號洪水為上中游型洪水,對下游影響不大;2號洪水為單峰洪水,梧州水文站峰型最為對稱;3號洪水期間梧州水文站洪峰水位最高、洪峰流量最大;4 號洪水是在3 號洪水退水時復漲發(fā)展而來,2 次編號洪水接連發(fā)生導致干流長時間維持高水位,場次洪量最大。
2.2.2 北江洪水過程
北江下游干流控制站石角水文站(廣東清遠)6 月14 日11時30 分流量達到12 000 m3/s,形成“北江2022 年第1 號洪水”[3];15日19時洪峰水位10.79 m,低于警戒水位(11.00 m),相應(yīng)流量14 400 m3/s,洪水重現(xiàn)期超過10 年(13 900 m3/s)。北江干流水道三水水文站(廣東佛山)6 月15 日水位開始超警,15 日14 時洪峰流量15 000 m3/s,19 時洪峰水位7.92 m,超警0.42 m,16日退至警戒水位以下,超警歷時2 d。
北江中游干流飛來峽水庫6 月22 日23 時最大入庫流量19 900 m3/s,洪水重現(xiàn)期超過100 年(19 200 m3/s),為1915 年以來最大洪水(調(diào)查洪峰流量21 500 m3/s),22日13時最大出庫流量18 800 m3/s,23 日5 時出現(xiàn)本次洪水最高庫水位26.82 m;下游干流石角水文站6 月19 日12 時流量復漲至12 000 m3/s,編號為“北江2022 年第2 號洪水”[3],22 日11 時洪峰水位12.22 m,超警1.22 m,相應(yīng)流量18 500 m3/s,流量列1936 年有實測資料以來第1 位(歷史最大流量17 400 m3/s,2006 年7 月),洪水重現(xiàn)期超過50 年(17 600 m3/s),25 日退至警戒水位以下,超警歷時6 d。北江干流水道三水水文站6 月20 日水位開始超警,22 日22時洪峰水位8.10 m,超警0.60 m,相應(yīng)流量15 000 m3/s,25 日退至警戒水位以下,超警歷時6 d。同期,干流英德江段及支流連江均發(fā)生有實測資料以來最大洪水。
北江石角水文站7月5日7時35分流量達到12 000 m3/s,形成“北江2022 年第3 號洪水”[3];6 日22 時洪峰水位10.30 m,低于警戒水位,相應(yīng)流量14 000 m3/s,洪水重現(xiàn)期超過10 年。本次洪水過程北江干流水道三水江段沒有超警。
綜上所述,北江3 次編號洪水過程石角水文站均為單峰型洪水,其中1號洪水歷時最短、3號洪水洪峰流量最??;北江2號洪水與西江4號洪水同期發(fā)生,洪水洪峰水位最高、洪峰流量最大、洪水歷時最長。
2.2.3 韓江洪水過程
韓江上游干流代表站三河壩水文站(廣東梅州)6 月13 日14 時流量漲至4 890 m3/s,形成“韓江2022 年第1 號洪水”[3],17日4時洪峰水位46.48 m,超警4.48 m,超警歷時6 d;干流控制站潮安水文站(廣東潮州)6 月17 日12 時洪峰水位13.48 m,低于警戒水位(13.50 m),相應(yīng)流量10 700 m3/s,洪水重現(xiàn)期超過5年(8 340 m3/s)。
2022年珠江流域主要控制站洪峰特征值詳見表2。
表2 2022年珠江流域干流主要控制站洪峰情況表Tab.2 The characteristics of the flood peak at the major control stations in the Pearl River in 2022
采用洪水模擬再分析的方法[4]分析2022 年西江、北江、韓江洪水的干流來水組成。基于中國洪水預(yù)報系統(tǒng)[5],構(gòu)建西江干流武宣、大湟江口、梧州,北江干流飛來峽水庫及韓江干流三河壩等5 站洪水產(chǎn)匯流方案,其中河道輸入采用馬斯京根河道分段連續(xù)演算匯流模型[6],區(qū)間降雨徑流輸入采用新安江三水源蓄滿產(chǎn)流模型和三水源滯后演算模型,計算時段長為6 h,模型預(yù)熱期為30 d。針對西江分析第2 次至第4 次編號洪水中各洪水來源對武宣、大湟江口和梧州的洪量貢獻,詳見表3??梢钥闯?,武宣站來水在2 號和4 號洪水期間主要來自于柳江,過程洪量占比接近60%,其次為紅水河,占比20%左右;但3 號洪水期間主要為紅水河來水,占比達55%;洛清江和區(qū)間來水占比相對較小。大湟江口站來水主要為上游干流,占比達70%以上;其次為郁江,特別是3 號洪水期間郁江來水占比相對較高;區(qū)間來水不大,占比不到1%。梧州站以上游干流來水為主,過程洪量占比達60%以上;其次為桂江,占比為15%~30%,以4號洪水來水占比為最大;蒙江、北流河和區(qū)間來水占比相對較小,合計占比10%左右。綜上所述,西江2 號洪水以紅水河、柳江、桂江來水為主,西江3號洪水以紅水河、郁江、桂江來水為主,西江4號洪水以柳江、桂江來水為主。
表3 2022年西江第2次、第3次、第4次編號洪水洪量情況表Tab.3 Flood volumes of Xijiang No.2,No.3 and No.4 flood in 2022
2022 年北江3 次編號洪水中各洪水來源對飛來峽水庫入庫洪量的貢獻分析見表4,由表4 可得,飛來峽水庫入庫洪量主要來自連江,過程洪量占比均超過30%,其中2號洪水占比接近40%;其次為區(qū)間來水,占比為20%~30%;湞江、武江來水較為穩(wěn)定,占比一般在10%~20%;滃江來水相對較少。
表4 2022年北江第1次、第2次、第3次編號洪水洪量情況表Tab.4 Flood volumes of Beijiang No.1, No.2 and No.3 flood in 2022
2022年韓江1號洪水中各洪水來源對三河壩洪量的貢獻分析見表5,由表5 可得,梅江、汀江來水分別占三河壩來水的47.30%和45.90%,來水比例相當;區(qū)間來水不大,占比不到10%。
表5 韓江2022年第1號洪水洪量情況表Tab.5 Flood volumes of Hanjiang No.1 flood in 2022
(1)西江水庫群及大藤峽水庫。通過西江上中游水庫群聯(lián)合調(diào)度,將西江干流梧州水文站洪峰流量由超過40 000 m3/s 降為34 000 m3/s,降低梧州站水位1.8 m 左右。其中,大藤峽水庫自6 月20 日開始逐步攔洪,23 日8 時運用至最高庫水位51.85 m,接近建設(shè)期控制運行水位(52 m),累計攔洪約7 億m3,避免西江、北江洪水惡劣遭遇,為北江洪水安全宣泄創(chuàng)造了有利條件。
(2)北江水庫群及飛來峽水庫。通過北江上中游庫群攔洪、潖江蓄滯洪區(qū)分滯洪等水利工程綜合運用,將北江干流石角水文站洪峰流量削減至18 500 m3/s,控制在北江大堤設(shè)計行洪流量(19 000 m3/s)以內(nèi),降低石角及三角洲地區(qū)水位1~1.2 m。其中,飛來峽水庫自6 月22 日5 時至23 日8 時出庫流量一直控制在18 500 m3/s左右,過程最大攔蓄洪量約2.6 億m3。
(3)韓江水系棉花灘水庫。韓江上游支流汀江棉花灘水庫(福建龍巖)6 月14 日18 時最大入庫流量4 270 m3/s,15 日10 時最大出庫流量2 680 m3/s,削峰率高達37%,過程最大攔蓄洪量約2 億m3。
從暴雨形成天氣背景、暴雨歷時和中心位置、洪水過程次數(shù)、洪水量級等方面對2022 年珠江暴雨洪水進行綜合分析,并與2005年、2008年洪水進行對比[7,8]。
(1)暴雨形成天氣背景。2022 年與2005 年、2008 年大氣環(huán)流均表現(xiàn)為副高較常年位置偏東偏南、西南季風偏強,華南地區(qū)維持穩(wěn)定的低空急流,為珠江流域輸送水汽,北方冷空氣勢力強且不斷南下。不同點主要表現(xiàn)在中高緯地區(qū),2022 年5 月下旬至6月中旬北半球中高緯環(huán)流呈多波形,經(jīng)向度大,亞歐中高緯維持兩槽兩脊型,2005 年6 月中下旬亞歐中高緯盛行緯向環(huán)流,表現(xiàn)為兩槽一脊型,而2008 年6 月初亞歐中高緯為兩槽一脊型,后又調(diào)整為兩槽兩脊型。
(2)暴雨歷時和中心位置。2022 年,副高位置5 月下旬較常年偏北,6 月上中旬較常年偏南,導致雨帶從5 月下旬在珠江流域建立并一直持續(xù)至6月中旬,暴雨中心主要位于柳江上游、桂江上中游和北江。2005 年6 月份副高偏南,導致暴雨主要發(fā)生在6月份(6月9-25日),暴雨中心位于柳江桂江中下游、東江中下游,位置較2022年偏東。2008年,副高在6月初偏南,至中旬末逐漸西伸北抬,暴雨時間集中在6 月7-17 日,暴雨中心位于柳江下游、桂江、粵東沿海,位置較2022年偏東偏南。
(3)洪水過程次數(shù)。2022 年,珠江流域共發(fā)生8 次編號洪水,其中西江發(fā)生4 次編號洪水,為1949 年以來第2 多,僅次于1994 年(5 次);北江共發(fā)生3 次編號洪水,為1949 年以來最多;韓江發(fā)生1 次編號洪水。2005 年和2008 年,珠江流域均發(fā)生3次編號洪水,均為西江、北江、韓江各1次編號洪水。
(4)洪水量級。2022 年,西江梧州水文站實測最大流量為39 200 m3/s,列1941 年有實測資料以來第13 位(歷史最大流量53 700 m3/s,2005 年6 月),洪水重現(xiàn)期超過5 年;2005 年和2008年梧州水文站最大流量分別為53 700 m3/s 和46 000 m3/s,洪水重現(xiàn)期分別為超100 年(52 700 m3/s)和20 年(45 400 m3/s)。2022 年,北江石角水文站實測最大流量為18 500 m3/s,列1936年有實測資料以來第1 位(歷史最大流量17 400 m3/s,2006 年7月),洪水重現(xiàn)期超過50 年;2005 年和2008 年石角水文站最大流量分別為12 600 和13 400 m3/s,洪水重現(xiàn)期均為5 年(12 300 m3/s)。
綜上所述,2022 年珠江流域暴雨歷時明顯長于2005 年和2008 年,且暴雨中心位置偏西偏北,洪水過程次數(shù)也明顯多于2005年和2008 年;2022年北江洪水量級為特大洪水,大于2005年和2008年,但西江洪水量級明顯小于2005年和2008年。
2022 年5 月下旬至7 月上旬,珠江流域累計降雨量較常年同期偏多5成,其中北江、韓江、東江、西江下游較常年同期偏多5 成~1.2 倍,北江、韓江均列1961 年有完整資料以來同期第1位,東江、西江下游、西江中游均列第2位。受其影響,珠江流域先后發(fā)生2 次流域性較大洪水、8 次編號洪水,其中西江、北江共出現(xiàn)7 次編號洪水,為1949 年以來最多,北江發(fā)生1915 年以來最大洪水。經(jīng)與歷史大洪水對比分析,2022年北江洪水量級為特大洪水,大于2005 年和2008 年,但西江洪水量級明顯小于2005 年和2008 年。在此次洪水過程中,通過流域防洪工程聯(lián)合調(diào)度運用,最大削減西江梧州站洪峰6 000 m3/s,降低梧州站水位1.8 m,控制北江石角站洪峰流量在北江大堤設(shè)計行洪流量以內(nèi),降低石角及三角洲地區(qū)水位1~1.2 m,有效確保了重要地區(qū)防洪安全。