內(nèi)蒙古干旱-半干旱區(qū)中小河流和山洪溝的流域面雨量閾值修訂

劉瀾波，李 巖，云靜波，魏 丹，趙志勇，李林惠，張世軍

（1.包頭市氣象局，內(nèi)蒙古自治區(qū) 包頭 014030；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局，內(nèi)蒙古自治區(qū) 呼和浩特 010051）

內(nèi)蒙古中小河流洪水和山洪暴發(fā)有較強(qiáng)的地域特征，易發(fā)區(qū)主要分布在黃河流域中大青山北麓、鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗和烏蘭察布市境內(nèi)的大部分河流中。2018年7月19日—20日、7月23日—24日和9月1日—2日3次極端降水天氣過(guò)程均存在降雨強(qiáng)大、降水集中、均有觀測(cè)站點(diǎn)出現(xiàn)了極端降水事件，受影響地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇、房屋倒塌、農(nóng)田被淹、路基被沖，部分中小河流出現(xiàn)洪水、洪峰超警戒、山洪溝出現(xiàn)險(xiǎn)情，特別是7月19日—20日大暴雨造成包頭市固陽(yáng)縣興順西鎮(zhèn)張發(fā)地村嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，導(dǎo)致村莊沖毀并造成人員傷亡。本文分析3次不同程度的氣象風(fēng)險(xiǎn)事件，并對(duì)當(dāng)時(shí)流域面雨量進(jìn)行反算，根據(jù)災(zāi)情數(shù)據(jù)，修訂致災(zāi)區(qū)中小河流和山洪溝的氣象風(fēng)險(xiǎn)閾值。

1 致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域中小河流流域和山洪溝特征

2018年7月19日—20日、7月23日—24日和9月1日—2日3次極端降水天氣過(guò)程，共同的特征是累積雨量大、降水時(shí)段集中、以短時(shí)強(qiáng)降水為主，特別是7月19日—20日的過(guò)程短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度大，最大降水量84.7 mm（固陽(yáng)縣楊六圪卜7月19日8時(shí)）。從氣象災(zāi)害管理系統(tǒng)中查詢到的災(zāi)情信息知,3次極端降水天氣在內(nèi)蒙古西部干旱半干旱區(qū)均造成了一定程度的洪澇災(zāi)害，根據(jù)災(zāi)情和內(nèi)蒙古風(fēng)險(xiǎn)普查的中小河流及山洪溝流域信息，梳理了3次極端降水天氣過(guò)程中災(zāi)情開(kāi)始時(shí)間及影響的中小河流和山洪溝。其中2018年7月19日—20日造成的災(zāi)害最為嚴(yán)重。造成的災(zāi)情最直接的原因?yàn)槎虝r(shí)強(qiáng)降水，因短時(shí)間內(nèi)突然激增的降水量引起山洪溝內(nèi)匯流明顯，形成山洪，或在中小河流內(nèi)激發(fā)洪水，亦或形成短時(shí)嚴(yán)重內(nèi)澇。此外，也存在降水的疊加效應(yīng)，如7月19日—20日與7月23日—24日2次降水過(guò)程相隔時(shí)間較近，且在相同的區(qū)域前期中小河流水位已較高，加之第二次強(qiáng)降水的出現(xiàn)，在降水累積量較大的區(qū)域易造成中小河流洪水或山洪災(zāi)害。

從災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知3次極端暴雨過(guò)程造成的中小河流洪水和山洪主要集中在巴彥淖爾市、鄂爾多斯市、包頭市、呼和浩特市和烏蘭察布市，其中巴彥淖爾市、包頭市均在3次過(guò)程中出現(xiàn)洪水和山洪，是3次極端暴雨過(guò)程致災(zāi)較為嚴(yán)重和集中的區(qū)域。均造成洪水災(zāi)害的中小河流為烏加河，該河流位于內(nèi)蒙古西部河套平原北部；造成災(zāi)情最為嚴(yán)重的中小河流是位于固陽(yáng)縣和達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗的昆都侖河、艾不蓋河。3次極端降水過(guò)程導(dǎo)致山洪溝出現(xiàn)水情的較多，其中巴彥淖爾市烏拉特中旗的敖布拉格河、海流圖河、罕烏拉溝、木倫河4條山洪溝在，3次極端降水過(guò)程中均受到影響；包頭市境內(nèi)烏蘇圖勒河、渠口河、板申兔溝災(zāi)情最為嚴(yán)重，且出現(xiàn)了人員傷亡；此外，五當(dāng)溝流域內(nèi)出現(xiàn)了最大小時(shí)雨強(qiáng)84.7 mm（固陽(yáng)縣楊六圪卜7月19日8時(shí)），本項(xiàng)目主要針對(duì)3次極端暴雨致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域的艾不蓋河、昆都侖河、烏加河，3條中小河流及罕烏拉溝、敖布拉格河、海流圖河、木倫河、烏蘇圖勒河、渠口河、五當(dāng)溝等7個(gè)山洪溝流域，進(jìn)行流域面雨量閾值修訂。

2 致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域的中小河流、山洪溝流域面雨量閾值修訂

2.1 流域面雨量的確定

中小河流流域面雨量的確定技術(shù)：根據(jù)中小河流域邊界，分別將中小河流域內(nèi)所有氣象站逐時(shí)降水資料求平均值，分別建立中小河流域24 h滑動(dòng)累積面雨量；然后參照災(zāi)情，將該流域在災(zāi)情出現(xiàn)前流域最大24 h的滑動(dòng)累積面雨量確定為該流域面雨量。

山洪溝多時(shí)效流域面雨量的確定技術(shù)：根據(jù)山洪溝流域邊界，將山洪溝流域范圍內(nèi)所有氣象自動(dòng)站的逐時(shí)降水求算術(shù)平均值，建立該山洪溝流域逐時(shí)面雨量序列；然后參照災(zāi)情，將該流域在災(zāi)情出現(xiàn)前流域1 h、3 h、6 h、12 h和24 h的最大滑動(dòng)累積面雨量定為該對(duì)應(yīng)時(shí)效的流域面雨量。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)普查規(guī)范，山洪溝臨界面雨量閾值為1 h、3 h、6 h、12 h、24 h時(shí)效，具體流域面雨量的確定，還有要依據(jù)降水持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

2.2 流域臨界面雨量閾值的修訂

2.2.1中小河流流域臨界面雨量閾值的修訂

將3次極端降水過(guò)程中計(jì)算得到的中小河流24 h流域面雨量，與自治區(qū)氣候中心普查得到的中小河流流域面雨量閾值進(jìn)行比較，根據(jù)3次極端降水影響下是否形成洪水災(zāi)害和災(zāi)情的嚴(yán)重程度，修訂致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域中小河流面雨量閾值。以取最大的不發(fā)生災(zāi)害的臨界值作為中小河流臨界面雨量閾值為原則進(jìn)行修訂。如未出現(xiàn)災(zāi)情的面雨量比現(xiàn)行閾值高，則將閾值修訂為未出現(xiàn)災(zāi)情的流域面雨量；如閾值大于出現(xiàn)災(zāi)情的面雨量，則需要將閾值降低，調(diào)低至3次災(zāi)情最少的面雨量以下；如3次極端降水在流域內(nèi)形成的災(zāi)情較輕或者沒(méi)有災(zāi)情，則認(rèn)為現(xiàn)行臨界面雨量閾值適用。

表1為致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域?yàn)?zāi)情發(fā)生臨近時(shí)間前中小河流流域面雨量實(shí)況、現(xiàn)行閾值及閾值修訂結(jié)果。烏加河在3次極端降水過(guò)程中均出現(xiàn)了洪水，其中7月19日—20日災(zāi)情最重，其他2次降水過(guò)程災(zāi)情較輕，與現(xiàn)行閾值14.5 mm接近，故以災(zāi)情出現(xiàn)的最小滑動(dòng)累積面雨量12.16 mm作為烏加河修訂后的臨界面雨量閾值。昆都侖河和艾不蓋河僅在2018年7月19日—20日的降水過(guò)程中出現(xiàn)災(zāi)情，其余2次24 h面雨量比出現(xiàn)災(zāi)情的面雨量還大，但未形成災(zāi)害，其原因在于：2018年7月19日—20日的降水集中在5 h內(nèi)，降水強(qiáng)度大；而7月22日—24日和9月1日—2日的降水過(guò)程在昆都侖河和艾不蓋河相對(duì)較平緩，平均1 h流域面雨量均＜9 mm，且降水持續(xù)時(shí)間近24 h，降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累積面雨量大，但雨強(qiáng)相對(duì)較小，因而在區(qū)域范圍較大的中小河流中未造成洪水災(zāi)害。因此業(yè)務(wù)中在使用中小河流面雨量閾值指標(biāo)時(shí)，不僅要考慮面雨量累積效應(yīng)，降水的強(qiáng)度是致災(zāi)的更重要的因素，根據(jù)3次暴雨過(guò)程中受災(zāi)嚴(yán)重的區(qū)域面雨量時(shí)間演變知：當(dāng)中小河流小時(shí)面雨量超過(guò)11 mm，且維持3 h左右時(shí)，中小河流流域內(nèi)極易出現(xiàn)洪水災(zāi)情。昆都侖河和艾不蓋河現(xiàn)行閾值能滿足3次極端降水過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，因而沿用該閾值。

表1 致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域中小河流流域臨界面雨量修訂結(jié)果Tab.1 The revision results of temporary precipitation of small and medium river basins in severe disaster sreas

2.2.2 山洪溝流域臨界面雨量閾值的修訂

3次極端降水過(guò)程在致災(zāi)嚴(yán)重的山洪溝中降水最多維持3～6 h左右，因而本項(xiàng)目主要針對(duì)發(fā)生降水的時(shí)效進(jìn)行山洪溝臨界面雨量閾值的修訂。將3次極端降水過(guò)程中計(jì)算得到的烏蘇圖勒河、渠口河、五當(dāng)溝、敖布拉格河、海流圖河、罕烏拉溝、木倫河的1 h、3 h、6 h滑動(dòng)累積面雨量，與氣候中心普查得到的對(duì)應(yīng)時(shí)效山洪溝流域面雨量閾值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)3次降水影響下是否形成災(zāi)情和災(zāi)情的嚴(yán)重程度，修訂致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域山洪溝流域面雨量閾值。通過(guò)對(duì)比山洪災(zāi)害開(kāi)始前滑動(dòng)累積面雨量、現(xiàn)行臨界面雨量閾值，以取最大的不發(fā)生災(zāi)害的臨界值作為山洪溝該時(shí)效臨界面雨量閾值為原則進(jìn)行修訂。

表2為致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域?yàn)?zāi)情發(fā)生臨近時(shí)間前山洪溝流域面雨量實(shí)況、現(xiàn)行臨界面雨量及修訂后的臨界面雨量閾值。其中，渠口河和五當(dāng)河僅2018年7月19日—20日出現(xiàn)山洪，烏蘇圖勒河在7月19日—20日和7月22日—24日出現(xiàn)洪水，其余4條山洪溝在3次極端暴雨中均出現(xiàn)山洪。烏蘇圖勒河出現(xiàn)山洪的災(zāi)害累積面雨量均大于現(xiàn)行閾值，未出現(xiàn)災(zāi)害的累積面雨量小于現(xiàn)行閾值，因而沿用現(xiàn)行臨界面雨量閾值；渠口河以未出現(xiàn)災(zāi)害為原則，對(duì)比滑動(dòng)累積面雨量和現(xiàn)行閾值，以較大的未出現(xiàn)災(zāi)害面雨量為閾值，修訂了渠口河3 h臨界面雨量為28 mm，依據(jù)相同的原則，修訂了五當(dāng)溝6 h閾值、敖布拉格河1 h閾值、海流圖河海流圖1 h和3 h閾值、罕烏拉溝1 h閾值、木倫河1 h、3 h、6 h閾值，總體而言，包頭市境內(nèi)的山洪溝臨界面雨量閾值調(diào)大了1.8～6.1 mm，巴彥淖爾市境內(nèi)的山洪溝臨界面雨量調(diào)低0.95～7.2 mm。

表2 致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域山洪溝多時(shí)效流域臨界面雨量修訂結(jié)果Tab.2 The revision results of critical surface rainfall in multi time effective watershed of Mountain Torrent Ditch in severe disaster areas

通過(guò)修訂完善致災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域的中小河流、山洪溝流域面雨量閾值，對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)中小河流洪水、山洪易發(fā)區(qū)的流域臨界面雨量閾值進(jìn)行完善，為今后本區(qū)中小河流洪水、山洪氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警業(yè)務(wù)的開(kāi)展提供客觀依據(jù)。此外，通過(guò)該項(xiàng)工作，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)普查得到的內(nèi)蒙古自治區(qū)西中部中小河流、山洪溝臨界面雨量閾值對(duì)該地區(qū)氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警業(yè)務(wù)有一定的業(yè)務(wù)應(yīng)用指導(dǎo)作用，雖然本項(xiàng)目修訂后的閾值占該流域閾值的52%，但調(diào)整的臨界面雨量閾值大小未出現(xiàn)數(shù)量級(jí)的變化，其閾值大小的調(diào)整總體上＜7.2 mm，調(diào)整范圍小于原臨界值的1/3，且約48%的臨界面雨量閾值沿用了風(fēng)險(xiǎn)普查的結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

本次研究發(fā)現(xiàn)，修訂后的閾值占該流域閾值的52%，但調(diào)整的臨界面雨量閾值大小未出現(xiàn)數(shù)量級(jí)的變化，其閾值大小的調(diào)整總體上＜7.2 mm，調(diào)整范圍小于原臨界值的1/3，且約48%的臨界面雨量閾值沿用了風(fēng)險(xiǎn)普查的結(jié)果。風(fēng)險(xiǎn)普查得到的內(nèi)蒙古自治區(qū)西中部中小河流、山洪溝臨界面雨量閾值對(duì)該地區(qū)氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警業(yè)務(wù)有一定的業(yè)務(wù)應(yīng)用指導(dǎo)作用。