2020年長江中下游干流高洪水位特點及成因分析

（長江水利委員會水文局，湖北武漢 430010）

2020年長江流域發(fā)生僅次于1954年和1998年的流域性大洪水，2020年7～8月長江干流發(fā)生了5次編號洪水［1-4］。2020年7月，長江干流沙市至大通江段水位全線超警；鄱陽湖發(fā)生流域性大洪水，修水、贛江、信江、饒河樂安河及昌江均發(fā)生超警洪水，湖區(qū)多站水位超歷史；長江下游支流滁河、青弋江、水陽江、巢湖發(fā)生超保證或超歷史洪水；長江下游干流馬鞍山至鎮(zhèn)江江段最高潮位超歷史。2020年8月，長江上游干流及多條支流發(fā)生較大洪水過程，岷江發(fā)生超歷史洪水；長江中下游干流、洞庭湖水系、鄱陽湖水系、滁河及巢湖等地區(qū)水位仍存在超警、超保證情況。長江中下游干流7月出現(xiàn)最高洪水位，具有水位高、歷時長、超警多、范圍廣、影響大等特征。監(jiān)利以下江段表現(xiàn)最為突出，如監(jiān)利站最高水位37.30 m，超保證水位0.07 m，歷史排位第3位；螺山站最高水位33.63 m，歷史排位第5位；漢口站最高水位28.77 m，歷史排位第4位；大通最高水位16.27 m，歷史排位第3位，為1998年以來最高水位。從影響時間及范圍看，長江中下游干流監(jiān)利以下江段水位超警時間均在31 d以上，超警范圍及持續(xù)時間均超1998年同期水平。

本文以長江中下游干流沙市、螺山、漢口、九江、大通等控制站實測資料為基礎(chǔ)，在剖析高洪水位特點的基礎(chǔ)上，通過影響因素判別，分別從流域降水特征、前期來水情況、洪水地區(qū)組成、干支流洪水遭遇及下游頂托等方面，探討長江中下游干流高洪水位成因，以期更好地為長江中下游防洪減災(zāi)工作提供技術(shù)支撐。

1 長江中下游高洪水位特點

2020年7～8月長江中下游干流高洪水位整體表現(xiàn)出漲勢迅猛、最高洪水位高、持續(xù)時間長、影響范圍廣等特點。表1為長江中下游主要控制站實測高洪水位。由表1可知，2020年長江中下游干流監(jiān)利至大通江段主要控制站的最高水位列有實測記錄以來第2～5位，呈現(xiàn)出典型的高洪水位特征。7月中旬漢口至大通江段出現(xiàn)最高水位，7月下旬最高水位則向上游轉(zhuǎn)移出現(xiàn)在沙市至螺山江段。

表1 2020年長江中下游主要控制站實測高洪水位

受流域強(qiáng)降雨影響，2020年6月中下游干流水位開始快速上漲（見圖1），特別是6月下旬至7月上中旬，水位漲勢迅猛，沙市、監(jiān)利、螺山、漢口、九江、大通等控制站最大日漲幅達(dá)0.45～1.42 m。在上游來水筑底、區(qū)間洪水沿程疊加基礎(chǔ)上，長江中下游干流水位全線超警，影響范圍極廣。特別是監(jiān)利至大通江段，超警歷時長達(dá)31～59 d，超警范圍及持續(xù)時間均超1998年同期水平。監(jiān)利站水位自2020年7月6日超警以來，一直維持高水位，總超警時間約34 d。城陵磯（七里山）站水位7月5日至9月1日共59 d超警，其中超保證5 d。漢口站水位6月19日起漲，7月7日突破警戒水位，7月12日達(dá)最高水位28.77 m，期間最大日漲幅0.56 m，此后維持高水位震蕩，于8月7日降至警戒水位，超警時間約31d。大通站水位6月20日起漲，7月6日超警，7月13日達(dá)最高水位16.24 m，最大日漲幅0.63 m，隨后水位下降，于8月10日退至警戒水位，超警時間約35 d。

2020年8月中下旬，長江上游發(fā)生較大洪水過程，三峽水庫出現(xiàn)2003年建庫以來最大入庫洪峰流量，致使中下游沙市至漢口江段水位相繼出現(xiàn)不同程度漲水過程，監(jiān)利站最高水位超警最多，為1.12 m，蓮花塘站最高水位超警0.97 m。九江以下江段水位波動緩?fù)耍?月1日長江中下游干流水位全部退至警戒水位以下。

2 高洪水位成因分析

（1）梅雨期長、降水強(qiáng)度大、范圍廣。2020年6～8月長江中下游地區(qū)發(fā)生持續(xù)性極端梅雨降水，具有天氣過程多、間歇時間短、雨區(qū)重疊度高、累積雨量大等特點［5-6］，驅(qū)動流域性大洪水形成。2020年長江中下游梅雨期長達(dá)62 d，為1961年以來最長，其梅雨量約759 mm，較常年偏多20%，僅次于1954年［6-7］。超長的梅雨期給長江流域帶來豐沛的降水過程，6～8月長江流域主要發(fā)生12次強(qiáng)降水，降水過程頻繁，持續(xù)時間長，尤以7月降水強(qiáng)度最大。6～8月長江流域降水量約627 mm，較同期多年平均偏多30%左右，如表2所示。

長江流域2020年6月降水整體偏多，較多年平均偏多25.7%，雨區(qū)主要位于長江上游干流南部、長江中下游干流附近和鄱陽湖水系北部。流域降水量尤以中游干流、下游干流最為突出，分別偏多81.3%、56.0%，長江上游降水亦偏多15.0%，致使中下游干流水位持續(xù)快速上漲，江湖河槽較高水位筑底，調(diào)蓄能力降低。

圖1 2020年6～8月沙市、螺山、漢口及大通站洪水過程線

2020年7月多雨區(qū)主要集中在嘉陵江中下游、三峽區(qū)間及其南部、長江中下游干流附近和鄱陽湖水系北部，有5次強(qiáng)降雨中心均位于長江中下游干流附近，重疊度高。累計雨量大于300 mm的面積達(dá)52.8萬km2，大于500 mm的面積達(dá)14.2萬km2，幾乎每場降水過程都有大范圍暴雨發(fā)生，分布范圍廣。長江流域7月總降水量259.4 mm，較多年平均偏多55.4%，其中長江上游總降水偏多30.6%，在強(qiáng)降水影響下，先后形成3場編號洪水向下游傳播。同時，長江中下游降水強(qiáng)度更大，7月總降水量達(dá)317.9 mm，距平84.4%，尤以長中干區(qū)、鄱陽湖和長下干區(qū)降水偏豐明顯，較多年平均分別偏多129.6%，105.9%和153.5%。受持續(xù)性強(qiáng)降水影響，發(fā)生流域性大洪水且干支流洪水遭遇及下游來水頂托嚴(yán)重，助推了長江中下游最高水位的形成。

長江中下游地區(qū)相繼于2020年8月出梅，多雨區(qū)主要集中在長江上游岷沱江、嘉陵江流域，導(dǎo)致長江上游來水偏多26.2%。中下游流域降水整體偏少，河道水位主要受長江上游暴雨洪水過境影響，致使宜昌至九江江段水位有所復(fù)漲。

表2 長江流域各分區(qū)2020年6～8月降水統(tǒng)計

（2）前期河道偏高水位筑底，疊加中下游干流區(qū)間突出洪水。長江流域2020年6月降水量217mm，流域降水整體偏多，尤以中游干流區(qū)、下游干流區(qū)最為顯著。6月中下旬監(jiān)利至大通江段水位開始持續(xù)上漲，相繼超過同期歷史均值，見圖2。中下游江段水位普遍偏高，致使河道調(diào)蓄能力減弱，為后期高洪水位的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

2020年7月以來遭遇更大范圍的持續(xù)性強(qiáng)降雨，尤以長江中下游來水甚大，鄱陽湖、巢湖、滁河相繼發(fā)生超歷史洪水，洞庭湖發(fā)生超保證水位洪水。據(jù)漢口、大通站實測最大30 d（7月7日至8月6日）洪量統(tǒng)計（見圖3），漢口站最大30 d洪量以長江上游及洞庭湖水系來水為主，分別占50.2%和34.2%，其他區(qū)間水系占比約15.6%，長江上游來水量貢獻(xiàn)與中下游區(qū)間水量貢獻(xiàn)基本相當(dāng)；而大通站除長江上游及洞庭湖水系來水占比較大外，鄱陽湖水系及漢口至九江區(qū)間亦占較大比重，分別為13.6%和7.2%，從而導(dǎo)致宜昌至大通區(qū)間洪量占比達(dá)53.2%，已超長江上游來水。因此，在流域6月來水偏豐形成高位筑底之勢的基礎(chǔ)上，7月上旬再迎來干流區(qū)間大洪水不斷匯入，進(jìn)一步驅(qū)動河道高洪水位的形成。

圖2 6月螺山站和漢口站日均水位變化過程比較

（3）上游多場次洪水與中下游區(qū)間洪水遭遇疊加。圖4給出了2020年6～8月長江流域各片區(qū)洪水過程。由圖4可知，2020年7～8月長江上游來水整體偏豐，先后形成5場（1～5號）洪峰流量超50 000 m3/s的編號洪水過程。由于雨區(qū)重疊度高，各場次洪峰間隔時間較短，其中7月上、中、下旬各發(fā)生1次編號洪水，8月中旬發(fā)生2次編號洪水。各編號洪水經(jīng)上游水庫群聯(lián)合調(diào)蓄，三峽水庫出庫流量控制在30 000～50 000 m3/s之間，削峰作用顯著。但由于各場次洪水間隔時間短，且期間長江中下游發(fā)生持續(xù)性極端強(qiáng)降雨，強(qiáng)雨帶長時間維持在長江中下游干流及鄱陽湖等區(qū)域，致使中下游宜昌至大通區(qū)間在7月中下旬形成峰高量大的洪水過程，恰好疊加遭遇長江上游編號洪水過程，合力助推長江中下游干流漢口以下江段出現(xiàn)最高水位。

圖3 漢口、大通站實測最大30 d洪量地區(qū)組成（單位：%）

2020年7月上中旬，長江上游形成1號洪水，經(jīng)水庫調(diào)蓄后向中下游演進(jìn)。期間遭遇洞庭湖、鄱陽湖及干流區(qū)間附近來水，其中鄱陽湖發(fā)生流域性超歷史大洪水，致使中下游水位漲勢迅猛，并全線超警，漢口至大通江段水位漲至最高，湖口水位甚至接近保證水位，形成江湖滿槽之勢。7月中下旬，長江上游又相繼形成2號和3號洪水，并不斷向中下游演進(jìn)。此時遭遇鄱陽湖、洞庭湖和鄂東北及滁河、水陽江、青弋江、巢湖等地來水共同影響，在前期高洪水位尚未退去情況下，中游漢口以上江段水位開始返漲，沙市至螺山江段相繼出現(xiàn)最高水位，漢口至大通江段水位長時間維持高水位波動。

鄱陽湖水系于2020年6月下旬至7月上中旬期間共發(fā)生兩次致洪性大暴雨，強(qiáng)降雨中心集中于鄱陽湖區(qū)、饒河昌江等區(qū)域，鄱陽湖總?cè)肓髯畲? d洪量221.5億m3，在1954～2020年系列中排位第5位，較歷史第1位的1998年少58.5億m3，但前期漢口站水位卻比1998年水位高3.21 m。由此說明，長江中游干流高水位與鄱陽湖入湖洪水遭遇嚴(yán)重，致使鄱陽湖出口湖口站最高洪水位達(dá)22.49 m（7月12日），接近保證水位22.5 m，歷史排位第2位，僅次于1998年洪水，詳見表3。

圖4 2020年6～8月長江流域各片區(qū)洪水過程

表3 鄱陽湖歷年大水年份最大7 d入湖洪水過程比較

洞庭湖水系于2020年6月下旬至7月上中旬期間亦發(fā)生致洪性大暴雨，洞庭湖總?cè)肓髯畲? d洪量144.2億m3，在1951～2020年系列中排位第32位，較歷史第2位的2017年少110.6億m3，但前期監(jiān)利站水位卻比2017年高3.25 m。由此表明，長江中游干流高水位與洞庭湖入湖洪水遭遇，致使洞庭湖出口城陵磯（七里山）站同期最高水位達(dá)34.56 m，超保證水位34.55 m，較2017年水位高0.16 m，見表4。

表4 洞庭湖歷年大水年份最大7d入湖洪水過程比較

2020年7月下旬長江干流高洪水位尚未消退，此時洞庭湖水系再次發(fā)生致洪性暴雨洪水過程，入湖洪峰流量約25 000 m3/s，恰好疊加遭遇長江3號洪水過程及長江干流高水位，在漢口水位頂托影響下，致使長江中下游干流水位返漲，螺山以上江段水位再次超保，出現(xiàn)最高水位。

2020年8月長江上游來水異常偏豐，三峽水庫出現(xiàn)2次大洪水入庫洪峰流量，分別為62 000 m3/s（8月15日）和75 000 m3/s（8月20日），經(jīng)水庫群聯(lián)合攔蓄后繼續(xù)向下游演進(jìn)，期間疊加遭遇洞庭湖水系及區(qū)間來水，中下游荊江、城陵磯至漢口江段相繼出現(xiàn)不同程度漲水過程，沙市、螺山站再次出現(xiàn)超警水位。由于此次漲水主要受上游洪水過程影響，遭遇的洞庭湖來水相對較小，且整個長江中下游干流處于退水態(tài)勢，故水位上漲幅度有限，但卻延緩了前期高洪水位的退水時間，特別以洞庭湖城陵磯江段最為明顯，其超警歷時長達(dá)59 d。

（4）下游頂托嚴(yán)重，洪水宣泄不暢。長江中下游干流水位不僅受上游來水量驅(qū)動，還受支流匯入及湖泊出流頂托等因素影響［8-10］。由于2020年長江中下游梅雨期較往年偏長，受局部降水影響，長江上游洪水與洞庭湖、鄱陽湖及區(qū)間來水均在7月遭遇，且中下游洪峰略早于上游，易導(dǎo)致中下游河段前期水位偏高，河湖頂托作用加強(qiáng)。

圖5 長江中下游主要控制站水位流量連時序變化曲線

漢口、九江站實測最大30 d洪量的時間均為2020年7月7日至8月6日?，F(xiàn)以該時段為例，繪制了螺山、漢口、九江、大通等站水位流量連時序變化曲線，見圖5。由圖可知，各站基本呈繩套曲線變化，且在未遭遇中下游區(qū)間洪水前（7月7～11日時段），水位流量曲線呈良好的單一關(guān)系。2020年7月13日至8月1日，恰逢遭遇長江中下游區(qū)間洪水，特別是洞庭湖、鄱陽湖、滁河、青弋江、水陽江、巢湖等支流大洪水，同時下游馬鞍山至鎮(zhèn)江江段最高潮位超歷史最高水位，又加重了下游的頂托影響。在下游洪水及高潮位頂托作用下，螺山至大通江段水位流量關(guān)系明顯左偏，繩套帶寬變大，河道泄流能力降低，致使長江中下游長時間出現(xiàn)高洪水位。

受上游來水及下游頂托影響，長江中下游干流水位呈上壓下頂之勢，進(jìn)而影響河道泄流能力［11-15］。表5為漢口站歷史最高水位出現(xiàn)時長江中下游河段水面比降統(tǒng)計表。由表5可知，2020年漢口站最高水位雖排位第4位，但相應(yīng)沙市至九江河段水面比降卻明顯偏低，尤以沙市至螺山江段最為突出。說明2020年下游水位頂托影響嚴(yán)重，沙市至九江河段整體水位偏高，河道泄流能力減弱，洪水宣泄不暢，進(jìn)而驅(qū)動長江中下游干流長時間維持高水位。特別是在7月下旬漢口站高洪水位尚未消退背景下疊加上游及洞庭湖洪水，此時漢口水位過高對螺山以上江段形成強(qiáng)有力的頂托效應(yīng)，共同助推沙市-螺山江段出現(xiàn)最高水位，并使城陵磯（七里山）江段長期維持超警水位。

表5 沙市至大通河段歷年河道水面比降比較

3 結(jié)論

本文基于實測資料，在剖析2020年長江中下游干流高洪水位特點的基礎(chǔ)上，通過成因判別及解析，得出如下結(jié)論：

（1）2020年長江中下游干流高洪水位具有漲勢迅猛、最高洪水位高、持續(xù)時間長、影響范圍廣等特點。漢口至大通江段最高水位出現(xiàn)在7月中旬，沙市至螺山江段出現(xiàn)在7月下旬。監(jiān)利、九江、湖口和大通站最高水位排在歷史前3位。監(jiān)利至大通江段水位超警時間均超過30 d，城陵磯（七里山）站水位超警時間達(dá)59 d。

（2）2020長江中下游梅雨期長達(dá)62 d，6～8月長江流域降水量較同期多年平均偏多30%左右。梅雨期長、降水強(qiáng)度大、范圍廣是造成中下游高洪水位的主要原因。6月來水偏多25.7%，形成中下游干流河道偏高水位筑底之勢，7月河道調(diào)蓄能力降低，而中下游區(qū)間突出大洪水不斷匯入，進(jìn)一步驅(qū)動高洪水位形成。上中下游多場次洪水遭遇疊加，下游支流洪水及高潮位頂托嚴(yán)重，河道泄流能力減弱，洪水宣泄不暢，致使長江中下游干流形成長歷時高洪水位。