2013年第23號(hào)“菲特”臺(tái)風(fēng)期間太湖流域洪水運(yùn)動(dòng)分析*

林荷娟，甘月云，胡 艷，武 劍，吳 娟

(太湖流域管理局水文局(信息中心)，上海200434)

2013年第23號(hào)“菲特”臺(tái)風(fēng)期間太湖流域洪水運(yùn)動(dòng)分析*

(太湖流域管理局水文局(信息中心)，上海200434)

2013年“菲特”臺(tái)風(fēng)影響期間，太湖流域普降暴雨，10月6-8日杭嘉湖區(qū)、浙西區(qū)和浦東浦西區(qū)過程降雨量均位列1951年以來第1位；在強(qiáng)風(fēng)、暴雨、高潮、洪水“四碰頭”的影響下，湖泊河網(wǎng)水位、沿江沿海潮位迅速上漲，多個(gè)站點(diǎn)水位(潮位)超歷史記錄，嚴(yán)重制約流域排洪和區(qū)域排澇.通過模型計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析等方法，計(jì)算“菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期的徑流量、調(diào)蓄量、外排水量，分析流域洪水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并與降雨特性較為相似的1999年大水相比較，提出流域防洪的蓄泄關(guān)系建議，可為水利工程調(diào)度以及今后防洪工程布局設(shè)計(jì)提供參考依據(jù).

“菲特”臺(tái)風(fēng)；水量；洪水運(yùn)動(dòng)；太湖流域

2013年第23號(hào)“菲特”臺(tái)風(fēng)于10月7日1時(shí)15分前后在福建省福鼎市沙埕鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力14級(jí)(42 m/s，為強(qiáng)臺(tái)風(fēng))，為1949年以來10月份登陸我國大陸最強(qiáng)的“秋臺(tái)風(fēng)”.受之影響，太湖流域普降大暴雨、局部特大暴雨，降雨強(qiáng)度之大、覆蓋范圍之廣為歷史罕見(圖1、2).10月6-8日(臺(tái)風(fēng)過程雨量)，太湖流域平均降雨量為204.7mm，位列1951年以來最大3天降雨量第2位，其中杭嘉湖區(qū)、浙西區(qū)、浦東浦西區(qū)過程降雨量均位列1951年以來第1位(表1)[1].期間，太湖水位過程漲幅達(dá)0.60 m，河網(wǎng)水位、沿江沿海潮位普遍超警戒，黃浦江上游米市渡等多個(gè)站點(diǎn)水位(潮位)超歷史記錄.

圖1 太湖流域“菲特”臺(tái)風(fēng)過程降雨量等值面圖Fig.1 Precipitation distribution over Lake Taihu basin during Typhoon Fitow influence period圖2 浙閩地區(qū)“菲特”臺(tái)風(fēng)過程降雨量等值面圖Fig.2 Precipitation distribution in Zhejiang and Fujian regions during Typhoon Fitow influence period

本文擬通過“菲特”臺(tái)風(fēng)期間太湖流域大量的實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)分析、產(chǎn)匯流模型計(jì)算、流域水量平衡計(jì)算等方法，分析“菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期的太湖流域徑流量、調(diào)蓄量、外排水量，從而闡述“菲特”臺(tái)風(fēng)期間的流域洪水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并與降雨特性較為相似的太湖流域歷史最大的梅雨洪水——1999年大水的運(yùn)動(dòng)路徑相比較，提出流域防洪的蓄泄關(guān)系，為水利工程調(diào)度以及今后防洪工程布局設(shè)計(jì)提供參考依據(jù).

文中除徑流量由太湖流域產(chǎn)匯流模型計(jì)算得到外，其他數(shù)據(jù)均為“菲特”臺(tái)風(fēng)期間水文監(jiān)測數(shù)據(jù).

表1 1951年以來太湖流域及各水利分區(qū)最大3天降雨量前5位

1 太湖流域降雨徑流分析

利用太湖流域產(chǎn)匯流模型計(jì)算“菲特”臺(tái)風(fēng)期間流域的徑流量，計(jì)算時(shí)段為太湖造峰期，即10月6-14日(下同).太湖流域產(chǎn)匯流模型是河海大學(xué)1990s開發(fā)的，長期以來一直應(yīng)用于太湖流域防洪規(guī)劃、水資源綜合規(guī)劃、太湖流域綜合規(guī)劃及實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度等工作，并不斷得到完善，流域下墊面等資料已更新至2005年.隨著流域水利工程等情況的變化，模型基礎(chǔ)資料也不斷進(jìn)行更新[2-4].該模型在近年來太湖流域洪水預(yù)報(bào)中得到進(jìn)一步驗(yàn)證，計(jì)算精度較高.

太湖流域產(chǎn)流模型分4種下墊面計(jì)算，即水面、水田、旱地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地.水田產(chǎn)流按灌溉制度，由水量平衡計(jì)算得到；旱地產(chǎn)水采用新安江模型計(jì)算，建設(shè)用地產(chǎn)水采用徑流系數(shù)法計(jì)算.模型中將平原分成16個(gè)分區(qū)，湖西山丘區(qū)、浙西山區(qū)各分成10個(gè)分區(qū)進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算.太湖流域4類下墊面資料是根據(jù)中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所2010年衛(wèi)片解譯結(jié)果獲得，將全流域劃分成1 km×1 km的網(wǎng)格，由每個(gè)網(wǎng)格的下墊面資料推求出產(chǎn)流計(jì)算分區(qū)的4類下墊面資料，然后分別計(jì)算產(chǎn)流，由下墊面面積加權(quán)法得到各分區(qū)的產(chǎn)流量.

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，“菲特”臺(tái)風(fēng)造成的洪水過程，其流域總徑流量(洪量)為58.47×108m3，徑流系數(shù)達(dá)0.80.各水利分區(qū)中，杭嘉湖區(qū)徑流量最大，為17.09×108m3，占流域總徑流量的29%；武澄錫虞區(qū)徑流量最小，為3.87×108m3，僅占總流域徑流量的7%，其余各水利分區(qū)徑流量在4.97×108～11.88×108m3.徑流系數(shù)太湖區(qū)最大，達(dá)0.96，湖西區(qū)最小，為0.68(表2).

表2 10月6-14日太湖流域各水利分區(qū)徑流量統(tǒng)計(jì)

2 洪水運(yùn)動(dòng)格局

2.1 太湖流域調(diào)蓄量(除下游的浦東浦西區(qū)，下同)

2.1.1 湖庫河網(wǎng)調(diào)蓄量 太湖流域湖庫河網(wǎng)調(diào)蓄量包括太湖、河網(wǎng)(除下游的浦東浦西區(qū))及流域內(nèi)8座大型水庫的調(diào)蓄量.根據(jù)時(shí)段始末的水位及調(diào)蓄面積，計(jì)算得到10月6日8：00至15日8：00湖庫河網(wǎng)調(diào)蓄量為25.27×108m3，其中，太湖調(diào)蓄15.37×108m3，8座大型水庫調(diào)蓄1.26×108m3，河網(wǎng)調(diào)蓄8.64×108m3.

2.1.2 杭嘉湖區(qū)滯澇量 受“菲特”臺(tái)風(fēng)影響，杭嘉湖區(qū)降雨強(qiáng)度和降雨量超過其承受能力[5]，導(dǎo)致杭嘉湖區(qū)受災(zāi)嚴(yán)重，50%以上農(nóng)田受淹，其中海寧、海鹽、平湖等區(qū)域淹沒深度在0.50～0.70 m左右，至10月15日8：00，仍有部分水量滯留在農(nóng)田等低洼地區(qū).根據(jù)杭嘉湖區(qū)流量監(jiān)測資料統(tǒng)計(jì)分析，10月6-14日，入杭嘉湖區(qū)水量為1.20×108m3，出杭嘉湖區(qū)水量為9.75×108m3，杭嘉湖區(qū)徑流量為17.09×108m3，河網(wǎng)調(diào)蓄量為2.45×108m3，由此可得到杭嘉湖區(qū)滯澇水量為6.09×108m3(圖3).

2.2 太湖流域北排長江水量

太湖流域北排長江水量主要指江蘇段沿長江口門排入長江的水量，不包括下游浦西區(qū)沿江口門的排水量.北排長江是太湖流域排水出路的重要組成部分[6]，10月6-14日，北排長江總水量為6.25×108m3，從長江引水0.30×108m3，凈排水量5.95×108m3.排水量主要集中在蘇州市沿江口門，占總排水量的76%，其次為無錫市沿江口門，占總排水量的22%.

2.3 太湖流域南排杭州灣水量

太湖流域南排杭州灣水量主要指杭嘉湖南排工程和錢塘江沿線杭州段口門向杭州灣的排水量，不包括下游浦東區(qū)沿?？陂T的排水量.10月6-14日，杭嘉湖南排工程排水2.47×108m3，主要集中在長山閘、南臺(tái)頭閘、鹽官樞紐，其中長山閘排水0.89×108m3，占排水總量的36%；南臺(tái)頭閘排水0.83×108m3，占排水總量的34%；鹽官樞紐排水0.57×108m3，占排水總量的23%.

另外，錢塘江沿線杭州段口門向杭州灣排水0.04×108m3，引水入杭嘉湖區(qū)水量為0.10×108m3，因此，杭嘉湖區(qū)凈排入杭州灣水量為2.41×108m3.

圖3 10月6-14日杭嘉湖區(qū)洪水運(yùn)動(dòng)圖(×108 m3)Fig.3 Flood movement in Hangjiahu area from 6th to 14th in October

2.4 太湖流域東出黃浦江水量

根據(jù)10月6-14日太湖流域水量平衡分析，除浦東浦西區(qū)外，徑流量為50.58×108m3，北排長江凈排水量為5.95×108m3，南排凈入杭州灣水量為2.41×108m3，湖庫河網(wǎng)調(diào)蓄水量為25.27×108m3，杭嘉湖區(qū)滯澇水量為6.09×108m3，由此推出流域東出黃浦江水量為10.86×108m3.

2.5 洪水運(yùn)動(dòng)格局

“菲特”臺(tái)風(fēng)影響期間，太湖流域過程雨量達(dá)204.7mm，形成徑流量(除浦東浦西區(qū)外，下同)為50.58×108m3.太湖流域調(diào)蓄量為31.36×108m3，占臺(tái)風(fēng)過程雨量形成徑流量的62%；北排長江、南排杭州灣、東出黃浦江的排水總量共19.22×108m3，占徑流量的38%.調(diào)蓄量中，太湖調(diào)蓄量為15.37×108m3，占調(diào)蓄量的49%.流域排水總量中，東出黃浦江的水量達(dá)到一半以上.由此可知，“菲特”臺(tái)風(fēng)暴雨形成的徑流量，在太湖造峰期間，蓄泄比為6 ∶4，太湖與區(qū)域蓄水比為5 ∶5，可見太湖的調(diào)蓄發(fā)揮了重要作用.

3 與典型洪水的比較

太湖流域“菲特”臺(tái)風(fēng)降雨分布南部大于北部，其中杭嘉湖區(qū)、浙西區(qū)、浦東浦西區(qū)臺(tái)風(fēng)過程雨量(10月6-8日)均破1951年以來歷史記錄，該雨型與1999年太湖流域大水相似[7-8].1999年大水作為太湖流域20世紀(jì)有記錄以來發(fā)生的最大一次洪水，“菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期洪水運(yùn)動(dòng)與其相比(表3)，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1) 調(diào)蓄量占徑流量比重增加，但太湖調(diào)蓄比重基本不變.

“菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期，太湖、河網(wǎng)、水庫調(diào)蓄及杭嘉湖區(qū)滯澇水量為31.36×108m3，占徑流量的62%，其中太湖調(diào)蓄量占徑流量的30%；1999年大水太湖造峰期，調(diào)蓄量為79.73×108m3，占徑流量的52%，其中太湖調(diào)蓄量占徑流量的31%.與后者相比，前者調(diào)蓄量所占比重有所增加，太湖調(diào)蓄比重基本不變，主要是本次臺(tái)風(fēng)期間杭嘉湖區(qū)受淹嚴(yán)重，導(dǎo)致區(qū)域調(diào)蓄量明顯增加.

2) 排水總量占徑流量比重減少，但東出黃浦江水量比重變化不大.

“菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期，太湖流域外排(含北排長江、南排杭州灣)以及東出黃浦江的排水總量為19.22×108m3，占徑流量的38%，其中東出黃浦江水量占徑流量的21%；1999年大水造峰期，排水總量為72.58×108m3，占徑流量的48%，其中東出黃浦江水量占徑流量的19%.與后者相比，前者排水總量所占比重有所減少，但東出黃浦江比重變化不大，這主要是因?yàn)椤胺铺亍迸_(tái)風(fēng)造峰期正值農(nóng)歷九月初二至初十(全年僅次于八月十五的大潮訊)，北排長江、南排杭州灣受大潮頂托，排水受阻所致；而1999年大水造峰期為農(nóng)歷四月二十四至五月二十四，處于全年相對(duì)較小的潮汛，有利于排水.據(jù)實(shí)測資料顯示，2013年“菲特”臺(tái)風(fēng)洪水造峰期與1999年大水造峰期相比，長江口、杭州灣潮位要高0.5～0.6 m左右.

3) 黃浦江泄流量占流域外排水量比重增加明顯.

“菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期，東出黃浦江水量為10.86×108m3，占流域排水總量的57%，日均東出水量達(dá)1.21×108m3，大于1999年大水造峰期所占比重和日均東出水量.期間，松浦大橋最大泄流量達(dá)2025 m3/s(10月12日)，比1999年大水最大泄流量(1920 m3/s，7月1日)增大105 m3/s[9-10].盡管東出黃浦江水量也受吳淞口潮位影響，但由于松浦大橋離吳淞口80多千米，因此受吳淞口潮位影響相對(duì)較小，而受上游洪水影響明顯.

4) 若造峰期流域不滯澇，兩場洪水蓄泄比、太湖與河網(wǎng)調(diào)蓄比均基本相當(dāng).

如果流域外排能力進(jìn)一步提高，假定在洪水造峰期，即當(dāng)太湖達(dá)到最高水位時(shí)，區(qū)域澇水能全部排出，那么區(qū)域滯澇水量應(yīng)計(jì)入流域外排水量中，而流域調(diào)蓄量中應(yīng)扣除區(qū)域滯澇量，則“菲特”臺(tái)風(fēng)洪水造峰期流域調(diào)蓄25.27×108m3(其中太湖調(diào)蓄15.37×108m3，河網(wǎng)調(diào)蓄9.9×108m3)，外排水量25.31×108m3，流域調(diào)蓄與外排的蓄泄比為1 ∶1，太湖與河網(wǎng)的調(diào)蓄比例為61 ∶39；1999年大水造峰期流域調(diào)蓄為76.28×108m3(其中太湖調(diào)蓄47.44×108m3，河網(wǎng)調(diào)蓄28.84×108m3)，外排水量76.03×108m3，流域調(diào)蓄與外排的蓄泄比為1 ∶1，太湖與河網(wǎng)的調(diào)蓄比例為62 ∶38，兩場洪水基本相當(dāng).

表3 “菲特”臺(tái)風(fēng)與1999年大水流域調(diào)蓄及外排水量對(duì)比1)

1) “菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期為10月6日-10月14日，共9 d， 1999年大水造峰期為6月7日-7月7日，共31 d.表中徑流量、調(diào)蓄量、流域排水總量均未包括下游的浦東浦西區(qū)；2) “菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期流域31.36×108m3，調(diào)蓄量中含6.09×108m3區(qū)域滯澇水量；3) 1999年大水造峰期流域79.73×108m3，調(diào)蓄量中含3.45×108m3區(qū)域滯澇水量.

4 結(jié)語

2013年“菲特”臺(tái)風(fēng)雨量大、范圍廣，流域片多項(xiàng)水文數(shù)據(jù)打破歷史記錄，太湖流域杭嘉湖區(qū)、浙西區(qū)、浦東浦西區(qū)臺(tái)風(fēng)過程雨量均位列1951年以來第1位，浙江省余姚等8個(gè)環(huán)杭州灣縣區(qū)面雨量超歷史記錄，其中余姚接近百年一遇.受天文大潮汛、強(qiáng)降雨等共同影響，太湖流域米市渡、浙江沿海鰲江站等潮位(水位)超歷史記錄，其中米市渡站超歷史最高潮位0.23 m，鰲江站超歷史最高潮位0.42 m.

“菲特”臺(tái)風(fēng)影響期間，充分利用太湖調(diào)蓄，東導(dǎo)流上的德清大閘進(jìn)行適時(shí)調(diào)控分洪，杭嘉湖南排工程及沿江口門全力候潮排澇，上游水庫更是全力攔洪，通過攔、蓄、調(diào)、分、排等措施，各大水利工程在抗臺(tái)救災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用，取得了明顯的減災(zāi)效益.同時(shí)，在本次抗臺(tái)過程中也暴露出太湖流域外排能力明顯不足的問題，如“菲特”臺(tái)風(fēng)造峰期，太湖流域日均徑流量為5.62×108m3，但北排長江、南排杭州灣日均水量僅為0.93×108m3，僅占日均徑流量的16%，從而導(dǎo)致流域、特別是杭嘉湖區(qū)受災(zāi)程度比1999年大水還嚴(yán)重.因此，建議加快太湖流域二輪防洪規(guī)劃的實(shí)施，對(duì)太湖調(diào)蓄、外排等方面進(jìn)行科學(xué)調(diào)度[11-12]，一是進(jìn)一步提高流域洪水外排能力，減少區(qū)域受淹程度，保證在洪水造峰期流域外排水量不少于調(diào)蓄量；二是充分利用太湖調(diào)蓄能力，太湖與河網(wǎng)的調(diào)蓄比應(yīng)控制在6 ∶4左右，以最大限度減輕洪澇災(zāi)害損失.

[1] “菲特”臺(tái)風(fēng)期間太湖流域雨水情總結(jié),2013.

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Flood movement in Lake Taihu basin during Typhoon Fitow influence period in 2013

LIN Hejuan, GAN Yueyun, HU Yan, WU Jian & WU Juan

(BureauofHydrology(InformationCenter)ofTaihuBasinAuthority,Shanghai200434,P.R.China)

Heavy precipitation occurred in Lake Taihu basin during Typhoon Fitow influence period, with maximum three-day precipitation from the 6th to the 8th in October in 2013, especially at the sub-areas of the Hangjiahu, Zhexi, Pudong and Puxi. Influenced by the strong wind, heavy precipitation, high tide and flood, the water level in major hydrological stations and tidal stations rose rapidly and reached to the highest record in history, which restricted draining of the basin and the region severely. Compared with the 1999 catastrophic flood, we calculated the runoff, flood storage and discharge during the typhoon influence period based on model computation and statistical analysis. A flood deployment plan is proposed in this paper, which may provide references for key projects management and flood control plan in the future.

Typhoon Fitow; flow; flood movement; Lake Taihu basin

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(3)： 548-552

http： //www.jlakes.org.E-mail： jlakes@niglas.ac.cn

?2015 byJournalofLakeSciences

*2014-05-20收稿；2014-10-28收修改稿.林荷娟(1965～)，女，教授級(jí)高級(jí)工程師；E-mail:hjlin@tba.gov.cn.

**通信作者；E-mail:yueyungan@126.com.