荔波縣“三個(gè)叫應(yīng)”閾值研究和外部叫應(yīng)流程優(yōu)化

楊平會(huì)，梁恒飛，張偉元，汪 然

(貴州省荔波縣氣象局，貴州 荔波 558400)

0 引言

針對(duì)貴州汛期強(qiáng)降雨天氣多且多發(fā)生在夜間，加之山地地形、河流條件復(fù)雜，強(qiáng)降雨引發(fā)的山洪暴發(fā)、山地滑坡來(lái)的快，來(lái)的猛的特點(diǎn)。自2010年貴州省氣象部門(mén)開(kāi)始探索實(shí)施“三個(gè)叫應(yīng)”機(jī)制以來(lái)，在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮了極為重要的作用。但在具體實(shí)施過(guò)程中，仍然存在叫應(yīng)閾值和流程不合理，造成叫應(yīng)對(duì)象和次數(shù)過(guò)多的問(wèn)題。因此，各縣(市)氣象局在不斷研究修訂“外部叫應(yīng)”閾值，修訂完善叫應(yīng)機(jī)制。代瑞華等提出要分月份、分時(shí)分累計(jì)降雨量和分區(qū)域等指標(biāo)的“三個(gè)叫應(yīng)”服務(wù)[1]。但各縣下墊面、河流、水庫(kù)等因素不同，致災(zāi)閾值也不同。深入研究本縣行政區(qū)域內(nèi)致災(zāi)閾值，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)工作至關(guān)重要。沈軍等[2]基于隱馬爾可夫模型研究湖南中小河流致災(zāi)雨量閾值，張連成等[3]基于FloodArea模型研究新疆山洪淹沒(méi)模擬及致災(zāi)臨界雨量閾值的思路和方法，對(duì)該領(lǐng)域的研究具有較好的借鑒意義。但由于荔波喀斯特溶巖地貌特征較為明顯，下墊面復(fù)雜、地下暗河較多，造成地表徑流復(fù)雜，在水文資料等關(guān)鍵因子缺乏的條件下，用單一或組合優(yōu)化后的某種模型研究致災(zāi)閾值，效果一般，因此，本文主要通過(guò)歷年災(zāi)情和降雨實(shí)況，結(jié)合流域分布，反推致災(zāi)閾值。

分析荔波縣1980以來(lái)因強(qiáng)降雨引發(fā)的災(zāi)害，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降雨主要引發(fā)的是中小河流域洪澇災(zāi)害和局地內(nèi)澇，地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)次數(shù)和災(zāi)害影響所占比例較小。因此，本文主要研究因強(qiáng)降雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害的致災(zāi)閾值。

1 資料來(lái)源與統(tǒng)計(jì)處理

統(tǒng)計(jì)2010—2018年8月期間，荔波縣全部區(qū)域站以及上游縣影響站點(diǎn)70次強(qiáng)降雨天氣過(guò)程日降雨量，以及造成災(zāi)害的47次天氣過(guò)程小時(shí)雨量，結(jié)合民政災(zāi)情資料、水務(wù)局災(zāi)害分析資料、30 m精度的DEM高程地形圖和流域分布情況綜合分析，反向研究致災(zāi)閾值。

2 致災(zāi)成因

2.1 地理因素

荔波縣地勢(shì)總趨勢(shì)北高南低。東北部與榕江、從江交界處月亮山次峰最高(海拔1 468 m)，南部打狗河和甲料河出省界處最低(海拔300 m)?？h城海拔425 m，全縣平均海拔758.8 m。海拔300～500 m地區(qū)有120 km2，占總面積的4.9%；海拔501～800 m地區(qū)有1 200 km2，占總面積的49.17%；海拔801～1 000 m地區(qū)有1 050 km2，占總面積的43.01%；1 001～1 200 m地區(qū)有61 km2，占總面積的2.5%；1 201～1 400 m地區(qū)有9 km2，占總面積的0.37%；高于1 400 m地區(qū)有0.8 km2，占總面積的0.02%。

縣境地形受地質(zhì)構(gòu)造控制較明顯，向斜成谷，背斜成山，形成山地與谷地由西而東相間排列，主要山脈和水系沿地質(zhì)構(gòu)造走向發(fā)育，組成全縣山脈與河流谷地成北偏東向長(zhǎng)帶狀相嵌分布的格局。

荔波河流主要有拉先河、昔水河、水春河、樟江河、打狗河、黃江河、方村河、地莪河、三岔河、甲料河、茂蘭河等11個(gè)流域，結(jié)合荔波下墊面特征、降雨分布特征、災(zāi)害緊急程度和影響范圍、災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失等，在這11個(gè)流域中細(xì)分為4種承災(zāi)力的區(qū)域，即：不易受災(zāi)區(qū)、易受災(zāi)區(qū)、較易受災(zāi)區(qū)，極易受災(zāi)區(qū)，如圖1。這些區(qū)域沿河流中下游分布，地勢(shì)較周邊低。據(jù)水文資料分析，一般洪水過(guò)程在1 d左右，洪水漲率在0.2～1.4 m/h之間，峰頂持續(xù)時(shí)間0.1～0.5 h，洪峰多發(fā)生在02—08時(shí)[4]。

圖1 荔波縣洪澇災(zāi)害等級(jí)分布圖Fig.1 Grade Distribution Map of Flood and Waterlogging Disasters in Libo County

2.2 天氣氣候條件

荔波縣年平均降水量為1 211.9 mm，80%的降水量集中在4—9月；降水量最多月份為6月。其中：月最大降水量為471.7 mm，暴雨多發(fā)生在5—8月，以6月、8月最多，且降雨強(qiáng)度和量級(jí)較大，極易引發(fā)洪澇災(zāi)害。從24 h最大降雨量統(tǒng)計(jì)情況分析(圖2和圖3),在60～100 mm之間占66%，110～190 mm之間占32%，大于200 mm的只占2%。2010年以來(lái)觀測(cè)到的日最大降水量為225.0 mm

圖2 荔波縣強(qiáng)降雨天氣過(guò)程最大降雨量Fig.2 The maximum rainfall of Libo county strong rainfall weather process

圖3 荔波縣日最大降雨分布Fig.3 Daily Maximum Rainfall Distribution in Libo County

(2015年8月19日),最大雨強(qiáng)為121.4 mm/h(2014年6月4日05—06時(shí))。

由于2018年汛期資料時(shí)間序列不足，因此統(tǒng)計(jì)2010—2017年5—10月累計(jì)平均降雨分布情況，如圖4，可知，荔波縣5—10月降雨空間分布不均，全縣自東南向西北呈階梯分布，依次減少。東部和東南部同時(shí)也是局地大暴雨高發(fā)區(qū)。

圖4 荔波縣2010—2017年5—10月累計(jì)平均降雨量分布圖Fig.4 Distribution Map of Accumulated Average Rainfall in Libo County from May to October 2010—2017

2.3 社會(huì)因素

隨著荔波縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是小城鎮(zhèn)建設(shè)的逐步推進(jìn)，人為工程改變了原有地表徑流的渠道，部分地下暗河堵塞，大大削弱了其排水功能，造成地勢(shì)低洼的居民集聚區(qū)，過(guò)量的降雨無(wú)法及時(shí)排出，形成內(nèi)澇。

3 致災(zāi)閾值研究

由于降雨強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、影響范圍大小和過(guò)量的累積降雨量是引發(fā)洪澇災(zāi)害的關(guān)鍵因子，為進(jìn)一步細(xì)化研究，本文將同一流域內(nèi)強(qiáng)降雨中心及附近1～2個(gè)監(jiān)測(cè)站在6 h內(nèi)降雨量≥50.0 mm定義為短時(shí)局地強(qiáng)降雨；將過(guò)程開(kāi)始前48 h內(nèi)無(wú)明顯降雨天氣過(guò)程，過(guò)程中24 h內(nèi)全縣2/3及以上監(jiān)測(cè)站降雨量≥50.0 mm，或荔波縣北部、西部以及上游縣(市)影響本縣的區(qū)域內(nèi)2/3及以上監(jiān)測(cè)站降雨量≥50.0 mm，定義為單日區(qū)域性強(qiáng)降雨；將強(qiáng)降雨天氣過(guò)程在同一流域持續(xù)時(shí)間>24 h且累計(jì)降雨量≥50.0 mm，定義為持續(xù)性強(qiáng)降雨。統(tǒng)計(jì)分析2010年以來(lái)47次洪澇災(zāi)害發(fā)現(xiàn)，短時(shí)局地強(qiáng)降雨、單日區(qū)域性強(qiáng)降雨、持續(xù)性強(qiáng)降雨造成洪澇災(zāi)害強(qiáng)度、災(zāi)害損失和影響范圍均有不同。而單日區(qū)域性強(qiáng)降雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害次數(shù)最多，強(qiáng)度大，損失最嚴(yán)重；短時(shí)局地強(qiáng)降雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害次數(shù)較少，損失較小。

3.1 短時(shí)局地強(qiáng)降雨

2010—2018年，荔波縣共發(fā)生16次短時(shí)局地強(qiáng)降雨，其中有8次造成災(zāi)害，從表1分析，短時(shí)局地強(qiáng)降雨小時(shí)雨強(qiáng)較大，在 40.4～73.7 mm之間，強(qiáng)降雨時(shí)段持續(xù)時(shí)間為2～4 h，期間最大累計(jì)降雨在 85.0～152.5 mm之間。

結(jié)合天氣特征分析，對(duì)于單點(diǎn)強(qiáng)降雨，一般情況下，強(qiáng)降雨持續(xù)時(shí)間在3 h內(nèi)，若最大小時(shí)雨強(qiáng)>50.0 mm，累計(jì)雨量在90.0 mm左右，就會(huì)引發(fā)局地洪澇災(zāi)害；對(duì)于局地多點(diǎn)強(qiáng)降雨，持續(xù)時(shí)間一般在4～6 h內(nèi)，若最大小時(shí)雨強(qiáng)在30.0～50.0 mm之間，累計(jì)雨量在100 mm左右，出現(xiàn)這種天氣過(guò)程，附近1～2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨，累計(jì)雨量在70.0～90.0 mm時(shí)，極易引發(fā)流域內(nèi)地勢(shì)較低處較大洪澇災(zāi)害。

表1 短時(shí)局地強(qiáng)降雨6 h累計(jì)降雨量(單位：mm)Tab.1 Accumulated rainfall of short-term local heavy rainfall for 6 h(unit:mm)

單點(diǎn)強(qiáng)降雨，叫應(yīng)閾值為：小時(shí)雨強(qiáng)≥50.0 mm，預(yù)計(jì)未來(lái)1～2 h累計(jì)雨量≥90.0 mm。多點(diǎn)強(qiáng)降雨，叫應(yīng)閾值為：最大小時(shí)雨強(qiáng)在30.0～50.0 mm之間，3 h累計(jì)雨量達(dá)80.0 mm，預(yù)計(jì)未來(lái)1～3 h內(nèi)降雨持續(xù)，累計(jì)雨量≥100.0 mm。由于造成局地洪澇災(zāi)害的短時(shí)局地強(qiáng)降雨天氣個(gè)例較少，且受災(zāi)區(qū)域地形復(fù)雜，具有鮮明的地域特征，不能代表其他區(qū)域。因此，在研究其他區(qū)域的洪澇災(zāi)害致災(zāi)閾值時(shí)，還應(yīng)該結(jié)合區(qū)域性暴雨天氣過(guò)程來(lái)綜合考慮。

3.2 單日區(qū)域性強(qiáng)降雨

單日區(qū)域性強(qiáng)降雨天氣是造成較大洪澇災(zāi)害的主要天氣，2010—2018年，共發(fā)生22次單日區(qū)域性強(qiáng)降雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害，其中有10次一般洪澇災(zāi)害，6次較大洪澇災(zāi)害，6次重大洪澇災(zāi)害。荔波縣河流主要是自北向南流，根據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)表明，大部分區(qū)域性強(qiáng)降雨天氣過(guò)程也是自北向南逐漸推進(jìn)，極易造成河流中下游的洪澇災(zāi)害。造成同一流域內(nèi)不同程度洪澇災(zāi)害的天氣過(guò)程，在一定區(qū)域內(nèi)持續(xù)時(shí)間一般為4～9 h，平均最大小時(shí)雨強(qiáng)為35.0～55.0 mm,24 h最大累計(jì)雨量為225.0 mm,最大雨強(qiáng)為121.4 mm/h。統(tǒng)計(jì)分析各流域在遭受不同程度洪澇災(zāi)害時(shí)，各時(shí)間段內(nèi)的平均累計(jì)降雨分布情況(表2)，是研究各流域或區(qū)域的致災(zāi)閾值的主要參考指標(biāo)。

表2 同一流域內(nèi)不同程度洪澇災(zāi)害平均累計(jì)降雨量時(shí)間分布(單位：mm) Tab.2 Time Distribution of Average Accumulated Rainfall for Flood Disasters of Different Degrees in the Same Basin(unit:mm)

因一般洪澇災(zāi)害已經(jīng)能夠指示某一區(qū)域的抗災(zāi)承災(zāi)能力，結(jié)合荔波各地各流域特點(diǎn)，以表3中一般洪澇災(zāi)害的致災(zāi)累計(jì)降雨隨時(shí)間分布為指標(biāo)，確定荔波縣各地在遭受單日區(qū)域性強(qiáng)降雨天氣過(guò)程的致災(zāi)閾值(表3)。

表3 荔波縣各區(qū)域致災(zāi)閾值(單位：mm)Tab.3 Damage threshold of different regions in Libo County(unit:mm)

3.3 持續(xù)性強(qiáng)降雨

持續(xù)性強(qiáng)降雨天氣過(guò)程，是引發(fā)荔波地勢(shì)低洼區(qū)域、中小河流域下游局部較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)澇的主要天氣，它影響范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，也極易引發(fā)其他衍生災(zāi)害。2010—2018年，共出現(xiàn)18次造成不同程度洪澇災(zāi)害的持續(xù)性強(qiáng)降雨天氣，其中有8次造成一般性洪澇災(zāi)害，6次較大洪澇災(zāi)害，4次重大洪澇災(zāi)害。從18次過(guò)程的實(shí)況資料分析表明，此類天氣過(guò)程一般為穩(wěn)定的混合型降雨，最大小時(shí)雨強(qiáng)在25.0～35.0 mm之間，大部分降雨時(shí)段的小時(shí)雨強(qiáng)≤20.0 mm。同一流域內(nèi)，24 h平均最大累計(jì)雨量在60.0～130.0 mm,48 h平均最大累計(jì)雨量在80.0～160.0 mm,72 h平均最大累計(jì)雨量在100.0～190.0 mm。因持續(xù)性強(qiáng)降雨范圍廣，降雨空間分布相對(duì)均勻，洪水來(lái)勢(shì)相對(duì)緩和，但會(huì)對(duì)下游和低洼區(qū)域造成長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)澇。經(jīng)綜合分析，確定荔波縣各流域在洪澇災(zāi)害發(fā)生前24 h內(nèi)，不同累計(jì)降雨量的致災(zāi)閾值(表4)。

4 叫應(yīng)流程

根據(jù)短時(shí)局地強(qiáng)降雨叫應(yīng)閾值及表3和表4的致災(zāi)閾值，結(jié)合2017年10月荔波縣防汛、水務(wù)和國(guó)土等部門(mén)專家的研討結(jié)論，對(duì)荔波縣氣象局“三個(gè)叫應(yīng)”中的“外部叫應(yīng)”閾值和流程進(jìn)行修訂優(yōu)化。

按照普遍叫應(yīng)和重點(diǎn)叫應(yīng)相結(jié)合的原則，當(dāng)監(jiān)測(cè)到荔波縣區(qū)域內(nèi)或流域上游獨(dú)山縣、三都縣監(jiān)視區(qū)內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)降雨時(shí)，按照以下標(biāo)準(zhǔn)和方式開(kāi)展外部叫應(yīng)工作。

① 我縣區(qū)域內(nèi)有氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到1 h降雨量達(dá)50 mm或2 h雨量達(dá)70 mm及以上且降雨可能持續(xù)時(shí)，或上游獨(dú)山、三都縣監(jiān)視區(qū)內(nèi)氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到3 h雨量達(dá)80 mm及以上且持續(xù)時(shí)，可能引發(fā)強(qiáng)降雨落區(qū)內(nèi)流域出現(xiàn)山洪災(zāi)害時(shí)，通過(guò)電話、手機(jī)短信、微信群、QQ群向縣防汛辦以及降雨發(fā)生地、受山洪影響的鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府通報(bào)雨情和未來(lái)天氣降雨趨勢(shì)。

表4 荔波縣各流域前24 h不同累計(jì)降雨量的致災(zāi)閾值(單位：mm)Tab.4 Damage threshold of different accumulative precipitation in the first 24 h of each basin in Libo County(unit:mm)

② 我縣區(qū)域內(nèi)有氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到1 h降雨量達(dá)60 mm或3 h雨量達(dá)80 mm及以上且降雨持續(xù)時(shí)，或上游獨(dú)山、三都縣氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到4 h雨量達(dá)100 mm及以上，可能引發(fā)本縣流域出現(xiàn)較大洪澇災(zāi)害時(shí)：通過(guò)短信或微信群、QQ群向相關(guān)責(zé)任單位及強(qiáng)降雨發(fā)生地或受山洪影響的鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府、行政村應(yīng)急責(zé)任人、氣象信息員通報(bào)雨情和未來(lái)天氣降雨趨勢(shì)。局分管領(lǐng)導(dǎo)打電話向縣應(yīng)急辦、縣防汛辦、縣國(guó)土局負(fù)責(zé)人和降雨發(fā)生地或預(yù)計(jì)受洪澇影響的鄉(xiāng)鎮(zhèn)黨政領(lǐng)導(dǎo)通報(bào)雨情。

③ 我縣同一流域或區(qū)域內(nèi)有2個(gè)及以上氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到4 h雨量達(dá)100 mm且預(yù)計(jì)未來(lái)天氣持續(xù)時(shí)，有可能導(dǎo)致較大災(zāi)害時(shí)，除了按照上述要求執(zhí)行外，局主要領(lǐng)導(dǎo)還要電話向縣政府分管領(lǐng)導(dǎo)報(bào)告天氣實(shí)況、未來(lái)天氣趨勢(shì)和可能誘發(fā)的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

④ 我縣同一流域或區(qū)域內(nèi)有2個(gè)及以上站點(diǎn)6 h雨量達(dá)130 mm及以上，有可能導(dǎo)致重大災(zāi)害時(shí)，除了按照上述要求執(zhí)行外，局主要領(lǐng)導(dǎo)要電話向政府分管領(lǐng)導(dǎo)、主要領(lǐng)導(dǎo)報(bào)告天氣實(shí)況、未來(lái)天氣趨勢(shì)和可能誘發(fā)的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，要嚴(yán)密監(jiān)測(cè)降雨發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)與防汛、國(guó)土和民政部門(mén)電話會(huì)商，視雨情加密報(bào)告頻次。

⑤ 當(dāng)我縣出現(xiàn)中雨量級(jí)的降雨天氣持續(xù)2 d時(shí)，叫應(yīng)縣國(guó)土局，并通過(guò)郵件、短信和微信向國(guó)土局通報(bào)降雨實(shí)況和未來(lái)天氣趨勢(shì)。

⑥ 在開(kāi)展“外部叫應(yīng)”時(shí)，首先要對(duì)天氣過(guò)程分析研判；其次要以表2、表4和表5的致災(zāi)閾值為重要參考依據(jù)。

5 結(jié)論與討論

① 因荔波縣各流域的水文資料、河流基礎(chǔ)信息等缺乏，加之地形地質(zhì)復(fù)雜，本文研究的致災(zāi)閾值還不能精確地反應(yīng)各流域的致災(zāi)閾值，但經(jīng)2018年3次重大天氣過(guò)程實(shí)踐檢驗(yàn)，該致災(zāi)閾值與我縣中南部和東部的致災(zāi)雨量基本吻合。

② 洪澇災(zāi)害的致災(zāi)閾值，與地形、土地使用性質(zhì)、植被、河流和地下暗河等有密切關(guān)系，在實(shí)際工作中應(yīng)用本致災(zāi)閾值時(shí)，還需要考慮前期累計(jì)降雨、河流水位等情況。

③ 對(duì)于喀斯特復(fù)雜山地地貌的洪澇災(zāi)害致災(zāi)閾值研究，需要不斷精確各項(xiàng)相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用當(dāng)前適合貴州地形的研究模型和算法，結(jié)合洪澇災(zāi)害實(shí)況，進(jìn)行模擬和修訂，不斷優(yōu)化。