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      中小河流域三個(gè)叫應(yīng)機(jī)制氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)分析
      ——以余慶河為例

      2020-03-19 04:25:16夏兆林蔡成良陳洪濱徐志猛
      中低緯山地氣象 2020年1期
      關(guān)鍵詞:余慶余慶縣氣象站

      夏兆林,蔡成良,譚 權(quán),陳洪濱,徐志猛

      (1.貴州省余慶縣氣象局,貴州 余慶 564499;2.余慶縣團(tuán)結(jié)水庫(kù)管理所,貴州 余慶 564499)

      0 引言

      隨著極端天氣頻發(fā)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,中小河流暴雨洪澇災(zāi)害呈多發(fā)頻發(fā)態(tài)勢(shì),造成的社會(huì)影響及經(jīng)濟(jì)損失也越來(lái)越大。余慶河系烏江中游南岸一級(jí)支流,河長(zhǎng)111 km,流域面積1 502 km2,發(fā)源于甕安縣永和鎮(zhèn),經(jīng)黃平、余慶、石阡等縣匯入烏江,大的支流有5條。余慶河流經(jīng)余慶縣城,距縣城上游5.3 km處建有團(tuán)結(jié)水庫(kù)。團(tuán)結(jié)水庫(kù)于1975年動(dòng)工,1980年建成,1998年、2000年2次進(jìn)行加閘改造和除險(xiǎn)加固。流域內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)降雨時(shí),團(tuán)結(jié)水庫(kù)將在確保水庫(kù)大壩安全的前提下,采取攔洪削峰調(diào)度,以減輕下游縣城河道行洪壓力。

      提高暴雨洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力,提前發(fā)出預(yù)警,準(zhǔn)確作出預(yù)報(bào),能有效彌補(bǔ)山區(qū)中小河流域防御能力不足、降低暴雨洪澇災(zāi)害損失。代瑞華[1]、楊平會(huì)[2]等就部分縣域強(qiáng)降雨“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)作了分析研究。夏兆林等[3]提出建立完善針對(duì)中小河流域跨行政區(qū)域的上下游聯(lián)防工作機(jī)制,并將其作為“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)的進(jìn)一步延伸。姚正蘭等[4]研究表明,余慶縣處于暴雨多發(fā)區(qū)域。若強(qiáng)降雨形成的徑流、匯流,大大超過(guò)團(tuán)結(jié)水庫(kù)及縣城防洪設(shè)施的防洪承受能力,則縣城極易發(fā)生暴雨洪澇災(zāi)害。因此,分析余慶河流域暴雨洪澇致災(zāi)雨量閾值,對(duì)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)及預(yù)警預(yù)報(bào)具有重要的意義,也可為中小河流域三個(gè)叫應(yīng)機(jī)制氣象服務(wù)進(jìn)行有益探索。

      1 資料與方法

      余慶河流域內(nèi)有余慶國(guó)家基本氣象站(57729)以及永和(R4904)、老墳嘴(R4908)、浪洞(R5903)、紙房(R5902)、平溪(R5913)等5個(gè)區(qū)域氣象站。選取流域內(nèi)余慶國(guó)家基本氣象站1981—2019年降水資料及5個(gè)區(qū)域氣象站2012—2019年降水資料,結(jié)合水庫(kù)水位及歷史暴雨洪澇災(zāi)情資料,采用統(tǒng)計(jì)分析法分析團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位上漲與上游流域面雨量的關(guān)系,確定余慶河流域“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算面雨量常用的方法有算術(shù)平均法、泰森多邊形法等。余慶河流域內(nèi)氣象站點(diǎn)分布均勻,站網(wǎng)布局合理,資料完整性高,面雨量直接用各氣象站雨量求平均值即可。

      (1)

      式中AR為流域面雨量,Ri為站點(diǎn)i的雨量,n為氣象站個(gè)數(shù)。

      (2)

      式中R為臨界雨量(mm),α為徑流系數(shù),A為流域面積(km2),ΔV為攔蓄水量(m3)。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 流域氣候背景

      余慶河流域位于貴州中部,形狀呈扇形,海拔西南高東北低,地形以山地為主,處于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候帶。彭芳[5]等研究表明:4月,受滇黔靜止鋒影響,貴州強(qiáng)降水東部多于西部;5月,南支槽強(qiáng)降水對(duì)貴州南部地區(qū)影響增加;6月,副熱帶高壓逐步北跳,強(qiáng)降水南部多于北部,東部多于西部;7月,副熱帶高壓繼續(xù)北跳,強(qiáng)降水帶由南向北移動(dòng);8月,受副熱帶高壓控制,貴州大部進(jìn)入伏旱少雨階段;9月,副熱帶高壓東退減弱,貴州大部降水減弱。

      根據(jù)公式(1)統(tǒng)計(jì)得出,流域內(nèi)年平均降雨量900~1 300 mm,多年平均降雨量1 071 mm。分析流域內(nèi)各氣象站的降水資料發(fā)現(xiàn),余慶河流域強(qiáng)降水事件多發(fā)生在深夜和凌晨。統(tǒng)計(jì)分析各氣象站的降水序列資料得出,流域內(nèi)汛期(4—9月)降雨量816.5 mm,占全年的76.2%,這主要是由于孟加拉灣和南海的暖濕氣流帶來(lái)了充足的水汽。暴雨最早出現(xiàn)在3月22日,最晚出現(xiàn)在9月18日,年暴雨日數(shù)2.8 d,大暴雨日數(shù)0.3 d。6月降雨量最大,為184.5 mm,占全年的17.2%;5月次之,為166.9 mm,占全年的15.8%;12月降雨量最小,為21.3 mm,占全年的2.0%。年降雨量最大為1 328.9 mm(1999年),最小為708.3 mm(1981年)。日降雨量最大為161.3 mm,出現(xiàn)在1998年5月22日;其次是156.7 mm,出現(xiàn)在1986年7月4日。

      2.2 暴雨洪澇災(zāi)害

      余慶河屬于典型的雨源型山區(qū)河流,河道坡降7.15‰,徑流系數(shù)為0.46,多年平均流量23.6 m3/s,年徑流量7.44×108m3,汛期最大流量(1975年6月5日)為1 300 m3/s。由表1可知,余慶河流域暴雨洪澇一般由于強(qiáng)降雨集中、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),造成河道水位上漲,破壞防洪工程,洪水淹沒(méi)農(nóng)田、基礎(chǔ)設(shè)施,造成人員傷亡。1998年8月2日,大暴雨導(dǎo)致團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位上漲至604.9 m,余慶縣城直接經(jīng)濟(jì)損失250萬(wàn)元。1999年7月16日,大暴雨造成縣城防洪堤5 a一遇段全部翻堤,王家浪至原中醫(yī)院一帶被水淹沒(méi)44 h,團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位605.1 m。余慶縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇,城郊農(nóng)田防洪標(biāo)準(zhǔn)為5 a一遇,暴雨洪澇危險(xiǎn)區(qū)12個(gè),涉及縣城2個(gè)鎮(zhèn)(街道)6個(gè)村(社區(qū)),受威脅人口5萬(wàn)余人。余慶河流域暴雨洪澇災(zāi)害交替發(fā)生,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,人民群眾生命財(cái)產(chǎn)受到損害的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大。

      表1 余慶河流域歷史暴雨洪澇災(zāi)害情況Tab.1 Historical Rainstorm and Flood Disasters in Yuqing River Basin

      2.3 臨界雨量指標(biāo)

      2.3.1 不考慮泄洪條件 團(tuán)結(jié)水庫(kù)系攔截余慶河及其支流而成,匯水面積410 km2。水庫(kù)汛限水位602 m,正常蓄水位605 m,設(shè)計(jì)洪水位606 m,校核洪水位608 m,總庫(kù)容1.78×107m3,最大壩高37.4 m,有效庫(kù)容1.21×107m3,是一座年調(diào)節(jié)水庫(kù)。團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位特征既表征了流域上游一定時(shí)效的匯水特征,又與下游余慶縣城的暴雨洪澇災(zāi)害密切(見(jiàn)表2)。

      表2 團(tuán)結(jié)水庫(kù)的特征水位Tab.2 Characteristic water level of Unity Reservoir

      不考慮泄洪的條件下,根據(jù)公式(2),運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法,結(jié)合水庫(kù)水位—庫(kù)容關(guān)系,推算相應(yīng)臨界雨量,得到表3。

      表3 團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位庫(kù)容關(guān)系及臨界雨量推算Tab.3 Water Level-Reservoir Capacity Relation and Critical Rainfall Estimation of Unity Reservoir

      續(xù)表3

      2.3.2 考慮泄洪條件 當(dāng)上游降水量大,水庫(kù)來(lái)水量大時(shí),團(tuán)結(jié)水庫(kù)將啟動(dòng)調(diào)蓄功能。假定當(dāng)水位達(dá)到汛限水位時(shí),水庫(kù)向下游泄洪(泄洪量為102 m3/s)。模擬計(jì)算過(guò)程中,以602 m的汛限水位作為基準(zhǔn)水位,將24 h流域面雨量(設(shè)定降水均勻分布)按逐小時(shí)雨量輸入水文模型,進(jìn)行24 h匯流模擬,計(jì)算24 h水庫(kù)的匯流量和泄洪量。根據(jù)表3中的水庫(kù)水位—庫(kù)容關(guān)系,考慮泄洪條件,分析從汛限水位到達(dá)正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位的所需來(lái)水量,分別得到水庫(kù)在泄洪的條件下達(dá)到各水位的臨界雨量(見(jiàn)表4)。

      2.4 流域“三個(gè)叫應(yīng)”標(biāo)準(zhǔn)

      根據(jù)余慶縣防汛預(yù)案,團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位達(dá)到604.3 m時(shí),水庫(kù)管理所將發(fā)布黃色預(yù)警信號(hào);團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位達(dá)到605.5 m時(shí),水庫(kù)管理所將發(fā)布紅色預(yù)警信號(hào)。通過(guò)分析致災(zāi)臨界雨量閾值,參考流域內(nèi)歷史暴雨洪澇災(zāi)情和水庫(kù)水位特征,充分考慮雨強(qiáng)、歷時(shí)、泄洪等影響因素,確定余慶河流域“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),并將其分為一級(jí)叫應(yīng)、二級(jí)叫應(yīng)、三級(jí)叫應(yīng)。

      一級(jí)叫應(yīng)表示降雨強(qiáng)度達(dá)到致災(zāi)臨界雨量閾值或水庫(kù)達(dá)到校核洪水位,且降雨持續(xù),可能導(dǎo)致重大災(zāi)害時(shí),縣氣象局主要領(lǐng)導(dǎo)電話叫應(yīng)縣政府主要領(lǐng)導(dǎo),提醒其加強(qiáng)防范;二級(jí)叫應(yīng)表示降雨強(qiáng)度達(dá)到致災(zāi)臨界雨量閾值或水庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位,且降雨持續(xù),可能導(dǎo)致較大洪澇災(zāi)害時(shí),縣氣象局值班領(lǐng)導(dǎo)電話叫應(yīng)縣應(yīng)急、水務(wù)等部門和沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)主要負(fù)責(zé)人以及縣政府分管領(lǐng)導(dǎo),提醒其注意防范;三級(jí)叫應(yīng)表示降雨強(qiáng)度達(dá)到致災(zāi)臨界雨量閾值或水庫(kù)達(dá)到正常蓄水位,且降雨持續(xù)可能導(dǎo)致洪澇災(zāi)害時(shí),縣氣象臺(tái)值班人員電話叫應(yīng)縣應(yīng)急、水務(wù)等部門及沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)值班室人員,提醒其注意防范。

      表4 泄洪條件下,汛限水位及以上到達(dá)正常、設(shè)計(jì)、校核水位的臨界雨量Tab.4 Critical Rainfall for Flood Limited Water Level and Above to Normal, Designed and Checked Water Level under Flood Discharge Conditions

      根據(jù)公式(1),計(jì)算余慶國(guó)家基本氣象站以及平溪、浪洞、紙房、老墳嘴、永和等5個(gè)區(qū)域氣象站24 h區(qū)域平均雨量,以團(tuán)結(jié)水庫(kù)汛限水位602 m為基準(zhǔn)水位,計(jì)算余慶河流域“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。團(tuán)結(jié)水庫(kù)24 h前的水位在602 m、603 m、604 m、605 m時(shí),余慶河流域“三級(jí)叫應(yīng)”臨界雨量閾值見(jiàn)表5。

      表5 不同叫應(yīng)等級(jí)24 h臨界雨量(單位:mm)Tab.5 Critical Rainfall for 24 h with Different Response Levels(Unit:mm)

      2.5 成果檢驗(yàn)應(yīng)用

      2019年6月12日,余慶河遭遇10 a一遇暴雨洪澇襲擊,流域內(nèi)過(guò)程累計(jì)雨量為:浪洞118.5 mm、永和73.0 mm、平溪71.1 mm、余慶59.0 mm、老墳嘴42.6 mm、紙房10.6 mm。6月12日05時(shí),團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位達(dá)到602.66 m,24 h面雨量為53.9 mm。05時(shí),流域內(nèi)24 h雨量達(dá)到50 mm,團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位達(dá)到602.66 m,余慶縣氣象局啟動(dòng)三級(jí)叫應(yīng),值班人員叫應(yīng)縣應(yīng)急管理局、縣水務(wù)局及子營(yíng)街道、白泥鎮(zhèn)值班人員。07時(shí),流域內(nèi)24 h雨量達(dá)到55 mm,團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位達(dá)到604.11 m,余慶縣氣象局啟動(dòng)二級(jí)叫應(yīng),值班領(lǐng)導(dǎo)叫應(yīng)縣應(yīng)急管理局、縣水務(wù)局及子營(yíng)街道、白泥鎮(zhèn)值班領(lǐng)導(dǎo)以及縣政府分管領(lǐng)導(dǎo)。

      09時(shí),余慶縣應(yīng)急管理局發(fā)布緊急避險(xiǎn)黃色預(yù)警:6月12日凌晨團(tuán)結(jié)水庫(kù)上游發(fā)生強(qiáng)降雨,目前團(tuán)結(jié)水庫(kù)水位達(dá)604.8 m,超汛限水位2.8 m。根據(jù)應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案要求,現(xiàn)啟動(dòng)IV級(jí)應(yīng)急響應(yīng),請(qǐng)團(tuán)結(jié)水庫(kù)下游子營(yíng)、白泥轄區(qū)群眾遠(yuǎn)離河道,作好防范準(zhǔn)備;請(qǐng)水務(wù)、消防、公安、人武等有關(guān)部門作好備險(xiǎn)搶險(xiǎn)準(zhǔn)備。縣政府分管領(lǐng)導(dǎo)接到叫應(yīng)后,趕赴團(tuán)結(jié)水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作,對(duì)流域“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)機(jī)制和上下游區(qū)域聯(lián)防工作給與了肯定和表?yè)P(yáng)。

      圖1 2019年6月11—12日?qǐng)F(tuán)結(jié)水庫(kù)水位與流域累計(jì)降雨量變化Fig.1 Change of Water Level and Accumulated Rainfall in Unity Reservoir from June 11 to 12, 2019

      3 結(jié)論

      ①根據(jù)致災(zāi)臨界雨量閾值,結(jié)合水庫(kù)特征值和歷史暴雨洪澇災(zāi)情結(jié)果,進(jìn)而確定的余慶河流域“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),符合余慶縣防汛實(shí)際情況,可以為防御中小河流域暴雨洪澇贏得寶貴時(shí)間。

      ②以24 h區(qū)域平均雨量為統(tǒng)計(jì)量,團(tuán)結(jié)水庫(kù)24 h前的水位在602 m、603 m、604 m、605 m時(shí),余慶河流域一級(jí)叫應(yīng)臨界雨量閾值分別為85 mm、80 mm、75 mm、70 mm;二級(jí)叫應(yīng)臨界雨量閾值分別為70 mm、65 mm、60 mm、55 mm;三級(jí)叫應(yīng)臨界雨量閾值分別為65 mm、60 mm、55 mm、50 mm。

      ③由于資料搜集難度大,本文僅考慮了流域內(nèi)水庫(kù)水位因素,對(duì)于雨量分布形態(tài)、前期降雨量、土壤飽和度以及地質(zhì)地貌、森林覆蓋率等因素未做分析,下一步應(yīng)綜合考慮各個(gè)因素的影響。同時(shí),氣象、應(yīng)急、水務(wù)等部門應(yīng)加強(qiáng)致災(zāi)閾值的會(huì)商研判,不斷修訂完善中小河流域“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。

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