長江流域分區(qū)面雨量特征分析

沈滸英 孫嘉翔 王樂

摘要：面雨量達到中雨以上級別的降雨對防汛至關重要。采用1960～2017年期間長江流域氣象和水文站降雨量資料進行逐日分區(qū)面雨量計算，對面雨量達到中雨、大雨、暴雨、大暴雨量級的降雨進行分類和統(tǒng)計分析。通過分析不同雨量級別降雨發(fā)生的時間、空間分布特征和發(fā)生頻次，探索長江流域各分區(qū)不同面雨量特點和規(guī)律。研究結果表明：① 長江中下游東南部全年都出現(xiàn)暴雨，而雅礱江全年沒有暴雨量級的降雨;②長江上游降水在時間上較中下游更為集中;③ 鄱陽湖水系中雨、大雨 、暴雨頻次最高;④ 嘉陵江、渠江、三峽區(qū)間、漢江上游秋汛期9月降雨具有高強度的特點，烏江、三峽區(qū)間10月降雨更多是綿綿秋雨;⑤ 長江上游面雨量最大值依次出現(xiàn)在三峽區(qū)間、涪江、渠江，中下游依次為滁河、陸水、青弋水陽江。研究成果可為長江流域水旱災害防御、水庫群聯(lián)合調度及水資源綜合利用等決策提供科學依據(jù)。

關 鍵 詞：面雨量;降雨頻次;時空分布;長江流域

中圖法分類號：P414.95

文獻標志碼：A

文章編號：1001-4179（2021）09-0079-07

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.09.013

0 引 言

面雨量是指某一特定區(qū)域或流域的平均降水狀況，它是流域水旱災害防御與水庫調度中非常重要的參數(shù)，同時也是評價流域水資源量的重要參數(shù)。江河流域來水量以及水庫的蓄泄能力都與流域面雨量密切相關。

20世紀70年代水文部門就開始對流域面雨量計算方法進行了研究[1]。1998年長江流域發(fā)生流域性洪澇災害之后，氣象部門也開始關注流域面雨量計算與預報問題。在此背景下，水文氣象部門對流域面雨量均做了較為廣泛深入的研究。研究方向主要集中在以下方面：①對面雨量計算方法的研究[2-5]，通過對幾種面雨量計算方法進行比較，試圖尋找最佳方案。由于面雨量的估算直接關系到洪水預報精度和洪水調度決策的科學性，徐晶等[6]試圖通過非常規(guī)觀測資料，利用資料融合來進行面雨量的準確估算。顧麗[7]選用最優(yōu)方案開發(fā)了能夠實時展示不同時間尺度長江流域面雨量信息的處理軟件。Susanna等[8] 設計了一種基于GIS的面向科學家和實踐者的區(qū)域降雨量多模型估算工具。②開展面雨量時空分布特征研究[9-12]。肖鶯等[13]分析了長江上游面雨量低頻特征，張俊等[14]分析了極端降雨事件的變化特征以及不同子流域間極端事件的相關關系。③開展面雨量與洪水關系的研究。周建山等[15]研究了清江上中游面雨量與下游洪峰形成的關系。胡嬌等[16]將降雨與中小洪水結合，開展了雨洪特征研究。以上的研究雖然已有一定進展，但還無法滿足長江流域防汛要求。且以往的研究重點主要針對致洪暴雨和極端降雨事件，而通過近年來的水庫群調度和山洪災害防御實踐已經(jīng)認識到面雨量達到中雨以上級別的降雨是汛情和致災的重要影響因素。本文采用長江流域1960～2017年氣象和水文雨量站的降水數(shù)據(jù)集，對與防汛減災直接相關的中雨、大雨、暴雨等進行分類分析，深入了解不同量級面雨量在長江流域38個分區(qū)上的時間分布;通過分析不同級別面雨量發(fā)生的時間、空間、頻次，進一步探索長江流域各分區(qū)不同量級面雨量的特點和規(guī)律。分析研究成果可為長江流域水旱災害防御、水庫調度及水資源綜合利用等決策提供科學依據(jù)。

1 研究方法

根據(jù)長江各子流域自然屬性以及降雨和來水特點，將長江流域劃分為38個區(qū)域，針對分區(qū)逐日降雨量進行面雨量計算，對面雨量達到中雨、大雨、暴雨或大暴雨量級的雨量進行分類與統(tǒng)計分析。降雨資料序列自1960～2017年共58 a，為逐日08：00（當日）至08：00（次日）的24 h降雨量。日面雨量計算方法采用泰森多邊形法。面雨量等級劃分依據(jù)GB/T 20486-2017《江河流域面雨量等級》[17]，參見表1。

2 長江流域分區(qū)

長江流域共826個雨量站參與面雨量計算分析，其中694個氣象雨量站，132個水文雨量站。長江流域38個分區(qū)及參與面雨量計算分析的氣象、水文雨量站見表2，雨量站分布見圖1。

長江上游有金沙江、岷江與沱江（簡稱“岷沱江”）、嘉陵江、長江上游干流區(qū)間（簡稱“長上干區(qū)”）、烏江五大區(qū)。面雨量計算時采用15個細分區(qū)：金沙江流域分為4個區(qū)，即金沙江上游（石鼓以上）、金沙江中游（石鼓-攀枝花）、金沙江下游（攀枝花-向家壩）、雅礱江;岷沱江分為岷江和沱江2個區(qū);嘉陵江分為3個區(qū)，即涪江、嘉陵江干流和渠江;長江上游干流分為3個區(qū)，即向寸區(qū)間（向家壩-寸灘）、三峽寸萬區(qū)間（寸灘-萬縣）、萬宜區(qū)間（萬縣-宜昌）;烏江分為3個區(qū)，即烏江上游（構皮灘以上）、烏江中游（構皮灘至彭水）、烏江下游（彭水至武?。?。

長江中下游有漢江、洞庭湖水系、長江中游干流區(qū)間（簡稱“長中干區(qū)”）、鄱陽湖水系、長江下游干流區(qū)間（簡稱“長下干區(qū)”）五大區(qū)。面雨量計算時采用23個細分區(qū)：漢江流域丹江口以上為漢江上游，漢江上游又分為石泉以上、石泉-白河、白河-丹江口3個區(qū);漢江下游分為丹皇區(qū)間、皇莊以下2個區(qū);洞庭湖水系分為澧水、沅江、資水、湘江和洞庭湖區(qū)5個區(qū);長江中游干流區(qū)間分為清江流域、江漢平原、陸水流域、鄂東北4個區(qū);鄱陽湖水系分為修水、贛江、撫河、信江、饒河、鄱陽湖區(qū)6個區(qū);長江下游干流區(qū)間分為長江下游干流（簡稱“長下干”）、滁河、青弋水陽江3個區(qū)。

3 分區(qū)面雨量特征

3.1 不同降雨量級發(fā)生時間

統(tǒng)計分析1960～2017年長江流域各分區(qū)不同降雨量級發(fā)生時間（見表3），具有以下特征。

（1）長江流域除金沙江上游、雅礱江、岷江、沱江、嘉陵江干流這5個區(qū)域外，其余大部分區(qū)域全年都有中雨量級的降雨發(fā)生;金沙江上游（1～11月）、沱江（2～12月）、嘉陵江干流（2～12月）有11個月出現(xiàn)中雨;雅礱江（3～12月）和岷江（2～11月）全年有10個月出現(xiàn)中雨。

（2）金沙江下游、三峽寸萬區(qū)間、烏江中游、漢江中下游、長江中下游干流、洞庭湖、鄱陽湖水系全年都出現(xiàn)大雨;渠江（2～12月）、三峽萬宜區(qū)間（2～12月）、烏江上游（1，3～12月）有11個月出現(xiàn)大雨;烏江下游（2～11月）、漢江上游（2～11月）有10個月出現(xiàn)大雨;向寸區(qū)間（3～11月）有9個月出現(xiàn)大雨;涪江（4～10月）、嘉陵江干流（4～10月）有7個月出現(xiàn)大雨，沱江（3～10月）有8個月出現(xiàn)大雨;而金沙江上游（5～10月）、雅礱江（5～10月）、岷江（4～9月）全年僅有6個月出現(xiàn)大雨。

（3）陸水，洞庭湖水系的資水、湘江、洞庭湖區(qū)，鄱陽湖水系，長下干，滁河全年都出現(xiàn)暴雨;江漢平原、青弋水陽江全年有11個月（1～11月）出現(xiàn)暴雨;三峽萬宜區(qū)間（3～12月）、漢江皇莊以下、鄂東北、澧水、沅江（2～11月）全年有10個月出現(xiàn)暴雨;三峽寸萬區(qū)間、烏江中下游、漢江石泉以上、清江全年有9個月（3～11月）出現(xiàn)暴雨;渠江、烏江上游、漢江丹皇區(qū)間全年有8個月（4～11月）出現(xiàn)暴雨;金沙江下游（5～11月）、涪江（4～10月）、漢江石泉白河（4～10月）全年有7個月出現(xiàn)暴雨;金沙江中游（5～10月）、沱江（4～9月）、嘉陵江干流（5～10月）全年有6個月出現(xiàn)暴雨;向寸區(qū)間（5～9月）有5個月出現(xiàn)暴雨，金沙江上游（6，9月）、岷江（7，8月）僅有2個月出現(xiàn)暴雨;雅礱江流域沒有發(fā)生過暴雨量級的降雨。

（4）陸水（3～12月）、撫河（1，3～11月）、信江（1，3～9，11～12月）全年有10個月出現(xiàn)大暴雨;饒河（3～11月）全年有9個月出現(xiàn)大暴雨;修水（3～9，11月）、青弋水陽江（4～11月）全年有8個月出現(xiàn)大暴雨;漢江中下游、清江、江漢平原、澧水（4～10月）、洞庭湖區(qū)、鄱陽湖區(qū)（4～9，11月）、滁河（3～9月）全年有7個月出現(xiàn)大暴雨;三峽萬宜區(qū)間（5～10月）、烏江下游（5～7，9～11月）、鄂東北（5～10月）、贛江（3，5，7～10月）、長下干（5～10月）全年有6個月出現(xiàn)大暴雨;渠江、三峽寸萬區(qū)間、烏江中游（5～9月）、漢江石泉白河（6～10月）、白河丹江口（5～9月）、資水（5～9月）、湘江（5，7～10月）全年有5個月出現(xiàn)大暴雨;漢江石泉以上（6～9月）全年有4個月出現(xiàn)大暴雨;沱江、涪江（6～8月）、沅江（6～7，9月）全年有3個月出現(xiàn)大暴雨;向寸區(qū)間全年僅有2個月（6～7月）出現(xiàn)大暴雨;烏江上游全年僅1個月（7月）出現(xiàn)大暴雨;金沙江、岷江、嘉陵江干流全年沒出現(xiàn)大暴雨。

（5）特大暴雨僅發(fā)生在漢江皇莊以下（7月）、陸水（6～7月）、滁河（6，8月）、青弋水陽江（7月）4個區(qū)域。特大暴雨的發(fā)生，往往都與洪澇災害聯(lián)系在一起，雖然這幾個區(qū)域流域面積較小，但是均屬于長江中下游防汛重點區(qū)域，涉及城市和水庫安全[18]，因此加強對暴雨的預報預警尤為重要。

3.2 汛期降雨頻次占全年比例

分析1960～2017年間汛期4～10月長江流域各分區(qū)發(fā)生中雨以上降雨的頻次（見表3），流域內各分區(qū)具有以下不同特點。

（1）金沙江、岷沱江、涪江、嘉陵江干流汛期4～10月中雨降雨頻次占全年降雨95%以上;渠江、長上干、漢江上中游中雨降雨頻次占全年降雨81%～92%;漢江皇莊以下、長江中下游干流、洞庭湖、鄱陽湖水系4～10月中雨降雨頻次占全年降雨58%～77%。

（2）金沙江上游、雅礱江、岷沱江、涪江、嘉陵江干流4～10月大雨降雨頻次占全年降雨100%;金沙江中下游、渠江、長上干、烏江、漢江上中游大雨降雨頻次占全年降雨90%以上;漢江下游、清江、江漢平原、澧水、沅江大雨降雨頻次占全年降雨81%～89%;陸水、鄂東北、資水、湘江、洞庭湖區(qū)、鄱陽湖水系、長下干大雨降雨頻次占全年降雨64%～79%。

（3）金沙江上中游、岷沱江、涪江、嘉陵江干流、漢江石泉白河暴雨降雨頻次占全年降雨100%;金沙江下游、渠江、三峽區(qū)間、烏江、漢江石泉以上、白河丹江口、漢江中下游、清江、江漢平原、鄂東北、澧水、沅江、資水、長下干、滁河暴雨降雨頻次占全年降雨90%～99%;陸水、湘江、洞庭湖區(qū)、鄱陽湖水系、青弋水陽江暴雨降雨頻次占全年降雨78%～88%。

（4）贛江大暴雨降雨頻次占全年降雨82%，比例最低;烏江下游、陸水、洞庭湖區(qū)、修水、撫河、信江、饒河、鄱陽湖區(qū)、滁河、青弋水陽江大暴雨降雨頻次占全年降雨91%～99%;其余區(qū)域大暴雨降雨頻次占全年降雨100%。

（5）長江上游及漢江上中游在汛期4～10月，中雨發(fā)生頻率80%以上、大雨發(fā)生頻率90%以上、暴雨發(fā)生頻率99%以上。而漢江下游、長江中下游干流及洞庭湖、鄱陽湖水系的降雨明顯沒有長江上游集中。因此，長江上游、漢江上游眾多的水利工程能夠在豐水期和枯水期進行科學調度、充分發(fā)揮調蓄作用，造福民生。

（6）鄱陽湖水系撫河、信江、饒河4～10月的中雨頻次占全年降雨比例最低，均為58%;信江大雨頻次占全年比例最低，為64%;撫河暴雨頻次占全年比例最低，為78%;贛江大暴雨頻次占全年比例最低，為82%。

3.3 不同量級降雨發(fā)生頻次

統(tǒng)計長江流域各分區(qū)日面雨量達到中雨以上量級的降雨發(fā)生頻次（指1960～2017年間統(tǒng)計到的發(fā)生次數(shù)除以總年份，見表4），長江上游和長江中下游分述如下。

3.3.1 長江上游

發(fā)生中雨頻次最高的依次是金沙江中下游支流雅礱江（42.6次/a）、金沙江下游（41.4次/a）、岷江（40.1次/a）。發(fā)生中雨頻次最低的依次是金沙江上游（24.7次/a）、沱江（28.2次/a）、涪江（29.2次/a）。長江上游其他區(qū)域發(fā)生中雨的頻次在31～39次/a之間。

長江上游發(fā)生大雨頻次最高的依次是烏江中游（17.2次/a）、三峽寸萬區(qū)間（16.2次/a）、烏江下游（15.4次/a）。發(fā)生大雨/暴雨（“/”表示“或”，下文同）頻次最低的依次是雅礱江、金沙江上游、岷江。

長江上游發(fā)生暴雨/大暴雨頻次最高的依次是在渠江、三峽萬宜區(qū)間、三峽寸萬區(qū)間。發(fā)生暴雨頻次最低的依次是雅礱江（無暴雨）、金沙江上游（總共2次）、岷江（總共5次）。

嘉陵江渠江位于巴山西南部，三峽區(qū)間位于巴山南部峽谷，西南季風和地形（迎風坡對氣流的強迫抬升作用）的共同影響，是渠江和三峽區(qū)間暴雨和大暴雨頻發(fā)的主要原因[19-20]。

3.3.2 長江中下游

發(fā)生中雨頻次最高的依次是鄱陽湖水系的贛江（51.8次/a）、洞庭湖水系湘江（48.4次/a）、沅江（46.8次/a）。資水、洞庭湖區(qū)、長下干、撫河發(fā)生中雨頻次都在40～46次/a。發(fā)生中雨頻次最低的依次是漢江丹皇區(qū)間（26.7次/a）、漢江石泉以上（26.9次/a），長江下游干流的滁河（27.8次/a）。漢江流域中雨的發(fā)生頻次在26～30次/a之間，長江中游干流區(qū)間及洞庭湖水系的澧水中雨的發(fā)生頻次在33～37次/a之間，鄱陽湖水系、青弋水陽江中雨的發(fā)生頻次在39～40次/a之間。

發(fā)生大雨頻次最高的依次是鄱陽湖水系的贛江（26.2次/a）、撫河（26.1次/a）、信江（24.9次/a）。洞庭湖水系的資水、湘江、洞庭湖區(qū)、青弋水陽江和鄱陽湖水系發(fā)生大雨頻次約22～26次/a，清江、陸水、澧水、沅江、長下干發(fā)生大雨頻次約19～20次/a。發(fā)生大雨頻次最低的是漢江上中游，12次/a左右。

發(fā)生暴雨頻次最高的依次是鄱陽湖水系的饒河（12.6次/a）、信江（12.2次/a）、撫河（11.5次/a）（發(fā)生大雨/暴雨頻次最高的3個分區(qū)都在鄱陽湖水系）。發(fā)生暴雨頻次最低的也是漢江上中游，3～4次/a。

發(fā)生大暴雨頻次最高的依次是鄱陽湖水系的饒河（3.0次/a）、陸水（2.9次/a）、信江（2.8次/a）。

鄱陽湖水系位于長江流域東南部，受東南季風影響最直接，加上其支流源于特殊的山丘地形，因此無論是中雨、大雨還是暴雨或大暴雨，長江中下游各類降雨發(fā)生頻次最高的均發(fā)生在鄱陽湖水系。

1960～2017年間發(fā)生特大暴雨有4個區(qū)：陸水、滁河、皇莊以下、青弋水陽江。陸水發(fā)生5次（1964年6月24日153.1 mm，1973年6月22日167.6 mm，1991年7月4日171.3 mm，1995年7月1日161.9 mm，2011年6月9日205 mm），滁河發(fā)生2次（1995年6月20日152.0 mm，2008年8月1日240.3 mm），皇莊以下（1969年7月10日151.9 mm）和青弋水陽江（2007年7月9日154.7 mm）各有1次。其他區(qū)域沒有發(fā)生面雨量達到特大暴雨量級的降雨。

饒河大暴雨頻次為長江中下游最高，是長江上游頻次最高的渠江的3.75倍;暴雨頻次最高的也是饒河，是長江上游渠江的2倍;大雨頻次最高的贛江是長江上游三峽寸萬區(qū)間的1.5倍，中雨頻次最高的贛江是長江上游雅礱江的1.2倍。

由以上分析結果可以看出：長江中下游無論是降雨量還是降雨頻次都明顯大于長江上游。長江上游水資源總量不及長江中下游豐富，因此更需要通過綜合運用水工程措施[21-22]，才能使長江上游水資源得到充分合理利用。

3.4 不同量級降雨對秋汛的貢獻

長江上游嘉陵江干流9月大雨頻次高于8月，渠江9月大雨/暴雨/大暴雨頻次均高于8月;三峽寸萬區(qū)間9月中雨/大雨頻次高于8月，三峽萬宜區(qū)間大雨/大暴雨頻次高于8月;漢江石泉以上9月中雨/大雨/暴雨頻次高于8月，石泉白河9月大雨/暴雨頻次高于8月，白河丹江口9月大雨頻次高于8月。由此可見，嘉陵江、渠江、三峽區(qū)間、漢江上游秋汛期9月的降雨頻次明顯高于8月，而且多大雨/暴雨/大暴雨，說明上述地區(qū)秋汛期具有高強度的降雨特點。

烏江中游、下游和三峽寸萬區(qū)間、萬宜區(qū)間10月中雨的頻次明顯高于9月，而且烏江下游、三峽寸萬區(qū)間10月中雨頻次明顯高于7，8，9月。由此可見，烏江、三峽區(qū)間秋季10月的降雨更多是中雨——綿綿秋雨[23-27]。

長江上游明顯的秋汛期降雨特點，為上游眾多水庫于汛末蓄水期提供了豐富的水資源。

3.5 日面雨量極值

最大日面雨量極值代表了該區(qū)域降雨強度，同時面雨量值與該區(qū)域的面積相關聯(lián)。從絕對值來看，長江上游和中下游最大面雨量極值都是較小分區(qū)面積的區(qū)域，但仍然能真實地反映出降雨的強烈程度，其統(tǒng)計分析結果對山洪災害防御、水庫調度極具參考價值[28-29]。分析長江流域各分區(qū)1960～2017年期間最大日面雨量結果顯示（見表4）：

長江上游日面雨量最大極值發(fā)生在三峽萬宜區(qū)間（104.5 mm），其次是涪江（100.6 mm），第三是渠江（99.3 mm）。日面雨量極值最小的區(qū)域發(fā)生在雅礱江（22.6 mm，沒有達到暴雨量級），其次是岷江（34.5 mm），第三是金沙江中游（39.5 mm）。

長江中下游日面雨量極值最大發(fā)生在滁河（240.3 mm），其次是陸水（205.0 mm），第三是青弋水陽江（154.7 mm）。日面雨量極值最小的區(qū)域發(fā)生在湘江（76.5 mm），其次是漢江白河丹江口（77.8 mm），第三是漢江石泉白河（79.0 mm）。

4 結 論

分析1960～2017年長江流域各分區(qū)中雨、大雨、暴雨、大暴雨時間、空間分布和發(fā)生頻次等，具有如下特征。

（1）金沙江下游、三峽寸萬區(qū)間、烏江中游、漢江中下游、長江中下游干流、洞庭湖、鄱陽湖水系全年都出現(xiàn)大雨;陸水、洞庭湖水系資水、湘江、洞庭湖區(qū)、鄱陽湖水系、長下干、滁河全年都出現(xiàn)暴雨;雅礱江流域沒有發(fā)生過暴雨量級的降雨。

（2）長江上游及漢江上中游汛期4～10月，發(fā)生了80%以上的中雨、90%以上的大雨、99%以上的暴雨。而漢江下游、長江中下游干流及洞庭湖、鄱陽湖水系的降雨在時間上明顯沒有長江上游集中。

（3）長江中下游大暴雨頻次最高的饒河是長江上游頻次最高的渠江的3.75倍;暴雨頻次最高的也是饒河，是長江上游渠江的2倍;大雨頻次最高的贛江是長江上游三峽寸萬區(qū)間的1.5倍，中雨頻次最高的贛江是長江上游雅礱江的1.2倍。

（4）嘉陵江、渠江、三峽區(qū)間、漢江上游秋汛期9月大雨/暴雨/大暴雨的降雨頻次明顯高于8月份，上述地區(qū)秋汛期降雨有發(fā)生高強度的降雨特點。而烏江中下游和三峽區(qū)間10月份中雨的頻次明顯高于9月份，烏江、三峽區(qū)間秋季10月份的降雨更多是綿綿秋雨。

（5）長江上游最大日面雨量是三峽萬宜區(qū)間（104.5 mm），其次是涪江（100.6 mm），第三是渠江（99.3 mm）。長江中下游最大日面雨量是滁河（240.3 mm），其次是陸水（205.0 mm），第三是青弋水陽江（154.7 mm）。特大暴雨僅發(fā)生在漢江皇莊以下、陸水、滁河、青弋水陽江4個區(qū)域。

（6）在水資源管理、防汛抗旱中，迫切需要加強和提高暴雨預報水平和預警能力，確保城市和水庫安全;流域內無論是豐水期還是枯水期，都存在水量分布不均的情況，需要通過水利工程的科學調度、充分發(fā)揮調蓄作用，使長江流域水資源得到充分合理利用。

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（編輯：江 文）