“溫比亞”與“利奇馬”臺(tái)風(fēng)期彌河流域降雨分布對(duì)比研究

蔡振華 劉 薇 王 沁

(山東省水文局，山東 濟(jì)南 250002)

山東省有全國(guó)排名第二的海岸線，不屬于臺(tái)風(fēng)頻繁登陸省份，但每次臺(tái)風(fēng)的登陸均給當(dāng)?shù)貛?lái)了很大影響。2018年，一個(gè)月內(nèi)3個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸山東省，其中臺(tái)風(fēng)“摩羯”“溫比亞”間隔不到一周；2019年臺(tái)風(fēng)“利奇馬”造成彌河多處決口。為研究彌河流域臺(tái)風(fēng)期間降雨分布規(guī)律，進(jìn)一步做好流域水資源開(kāi)發(fā)、水利工程洪水調(diào)度等，本文對(duì)彌河流域“溫比亞”與“利奇馬”降雨進(jìn)行了詳細(xì)地分析研究。

1 基本情況

1.1 彌河流域概況

彌河位于半島地區(qū)中部，發(fā)源于沂山西麓沂山鄉(xiāng)水石屋村附近，由泉群匯集而成。大體由北向南流向，經(jīng)濰坊市的臨朐、青州市、壽光縣、海化區(qū)，于?；瘏^(qū)北部大家洼鎮(zhèn)的雙河村流入渤海萊州灣，流域面積3863km2，干流全長(zhǎng)176.2km，其中分流河道長(zhǎng)29km，主要支流有丹河、石河等[1]。該河上游為山丘區(qū)，河谷窄深，坡度較陡，下游河槽變寬，坡度變緩，淤積甚為嚴(yán)重。歷史上洪水頻繁泛濫，造成河道決口、改道，河槽不穩(wěn)定，彎曲多變，險(xiǎn)工極多，歷史上有“害大而利甚微”與“壽光縣，彌河串”之說(shuō)。流域內(nèi)建有大型水庫(kù)1座，即冶源水庫(kù)；中型水庫(kù)5座，其中丹河水庫(kù)、淌水崖水庫(kù)位于冶源水庫(kù)水域內(nèi)。

1.2 兩次臺(tái)風(fēng)期間雨情綜述

受2018年18號(hào)臺(tái)風(fēng)“溫比亞”影響，8月17—20日，濰坊市普降大暴雨，彌河流域平均降雨量達(dá)235.5mm，暴雨中心分布在流域中游，降雨主要集中在18日18時(shí)至19日23時(shí)，歷時(shí)29h。受臺(tái)風(fēng)“溫比亞”影響，濰坊多個(gè)縣市區(qū)遭受洪水重創(chuàng)，特別是壽光市、青州市、臨朐縣等地交通設(shè)施水毀嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭到破壞。

受2019年9號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”影響，8月10—12日，濰坊市普降暴雨、大暴雨，局部特大暴雨，彌河流域平均降雨量達(dá)392.6mm，暴雨中心分布在流域上游，降雨主要集中在10日9時(shí)至11日15時(shí)，歷時(shí)30h。暴雨洪水期間彌河攔河閘垮塌，彌河下游多處決口。

2 降雨對(duì)比分析

2.1 代表站點(diǎn)選取

彌河流域共有15處省級(jí)以上報(bào)汛站報(bào)送雨量，其中水文站3處、中型水庫(kù)工程站5處、雨量站7處?？紤]到下游雨量站較少，借用臨近小清河羊角溝站作為彌河下游代表站。以冶源水庫(kù)水文站作為上、中游的分界點(diǎn)，以譚家坊水文站作為中、下游的分界點(diǎn)，彌河上游代表站6個(gè)，分別在淌水崖水庫(kù)、黃山、冶源水庫(kù)、九山、寺頭、丹河水庫(kù)；中游代表站6個(gè)，分別在嵩山水庫(kù)、黑虎山水庫(kù)、臨朐、王墳、益都、譚家坊；下游代表站4個(gè)，分別在寒橋、昌樂(lè)、荊山水庫(kù)、羊角溝；以16個(gè)站作為全流域代表站。

2.2 分區(qū)降雨成果對(duì)比分析

山東省汛期雨量全部自動(dòng)報(bào)汛，時(shí)段為5min，根據(jù)時(shí)段報(bào)汛數(shù)據(jù)整理出各代表站臺(tái)風(fēng)期間逐小時(shí)降雨量，采用算術(shù)平均法計(jì)算各分區(qū)逐小時(shí)平均降雨量，滑動(dòng)選取不同時(shí)段統(tǒng)計(jì)最大降雨量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 “利奇馬”與“溫比亞”臺(tái)風(fēng)期彌河流域不同時(shí)段最大降雨量結(jié)果 單位：mm

a.從降雨級(jí)別對(duì)比，彌河各分區(qū)“利奇馬”期間最大24h降雨量均超過(guò)250mm，其降雨級(jí)別為特大暴雨，“溫比亞”期間最大24h降雨量在100～250mm之間，降雨級(jí)別為大暴雨。

b.從各時(shí)段降雨量對(duì)比，除下游最大1h、3h、6h降雨量“利奇馬”期間均略小于“溫比亞”期間外，下游其他時(shí)段及全流域、上游、中游各時(shí)段最大降雨量“利奇馬”期間均大于“溫比亞”期間，倍比關(guān)系為1.1～2.3倍，其中上游比值最大。由于“利奇馬”的降雨中心在上游，而“溫比亞”的降雨中心在中游，其上游相對(duì)其他分區(qū)降雨最小。

c.從降雨量強(qiáng)度變化對(duì)比，“利奇馬”期間全流域、上游、中游、下游最大3h降雨量分別是最大1h降雨量的2.8倍、2.8倍、2.8倍、2.9倍；而“溫比亞”期間相應(yīng)的比值分別是2.5倍、1.6倍、2.4倍、2.6倍。“利奇馬”期間最大6h降雨量分別是最大1h降雨量的5.0倍、5.1倍、5.2倍、4.8倍；“溫比亞”期間相應(yīng)的比值分別是4.6倍、3.0倍、4.5倍、3.6倍。“利奇馬”期間最大24h降雨量分別是最大1h降雨量的11.5倍、10.8倍、12.3倍、11.3倍；“溫比亞”期間相應(yīng)的比值分別是8.5倍、5.6倍、7.8倍、5.5倍。從以上對(duì)比可以看出，“利奇馬”降雨強(qiáng)度變化較“溫比亞”期間均勻。

2.3 降雨過(guò)程對(duì)比分析

選取主降雨時(shí)段兩次臺(tái)風(fēng)不同分區(qū)逐小時(shí)降雨量，其降雨過(guò)程見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 “利奇馬”主降雨期間逐小時(shí)降雨量

圖2 “溫比亞”主降雨期間逐小時(shí)降雨量

從圖1可以看出，“利奇馬”期間降雨主要集中在上游，其整個(gè)主降雨歷時(shí)過(guò)程中，上游強(qiáng)度大于中游及下游的時(shí)段達(dá)13個(gè)，占整個(gè)主降雨時(shí)段的43%。從降雨過(guò)程來(lái)看，降雨中心從上游向中游發(fā)展，中間有來(lái)回?cái)[動(dòng)的現(xiàn)象，強(qiáng)度先強(qiáng)后弱。降雨最集中時(shí)段為10日20時(shí)至11日6時(shí)，降雨強(qiáng)度變化較平緩，地區(qū)分布較均衡，即降雨過(guò)程比較均勻。

從圖2可以看出，“溫比亞”期間降雨主要集中在中游，在整個(gè)主降雨歷時(shí)過(guò)程中，中游強(qiáng)度大于上游和下游的時(shí)段達(dá)13個(gè)，占整個(gè)主降雨時(shí)段的45%。從降雨過(guò)程來(lái)看，降雨中心從上游向中游、下游依次發(fā)展；強(qiáng)度先強(qiáng)后弱再?gòu)?qiáng)后減弱，降雨最集中的19日14—22時(shí)，降雨強(qiáng)度變化較大，地區(qū)分布不均衡，即降雨過(guò)程不均。

綜合以上分析，“利奇馬”與“溫比亞”期間主降雨時(shí)長(zhǎng)相近，降雨最集中分布時(shí)間前者比后者多2h，降雨過(guò)程前者較后者均勻。

3 徑流量對(duì)比分析

3.1 徑流量代表站選取原則

彌河干流設(shè)有3處國(guó)家基本水文站，從上到下分別為黃山站、冶源水庫(kù)站、譚家坊站，其中譚家坊站設(shè)立于1976年1月，集水面積2153km2。冶源水庫(kù)至譚家坊之間有2座中型水庫(kù)，分別位于彌河兩條支流上。以冶源水庫(kù)、嵩山水庫(kù)、黑虎山水庫(kù)大壩以下至譚家坊的區(qū)間作為分析對(duì)象，用譚家坊水文站的實(shí)測(cè)徑流量減去3座水庫(kù)考慮匯流時(shí)間的出庫(kù)水量以及譚家坊水文站的基流量作為區(qū)間徑流量，以嵩山水庫(kù)站、黑虎山水庫(kù)站、臨朐站、冶源水庫(kù)站、益都站、譚家坊站作為區(qū)間降雨量的代表站，采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行徑流系數(shù)對(duì)比分析，找尋產(chǎn)匯流基本規(guī)律。

3.2 徑流量對(duì)比分析

譚家坊區(qū)間控制面積為1027km2，區(qū)間降雨量采用算術(shù)平均法，徑流量采用實(shí)時(shí)報(bào)汛數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 “利奇馬”與“溫比亞”臺(tái)風(fēng)期譚家坊徑流量統(tǒng)計(jì)

由表2可知，“利奇馬”與“溫比亞”相比，譚家坊洪峰流量、過(guò)境水量大，區(qū)間降雨量在“利奇馬”期間比“溫比亞”期間大，但產(chǎn)流量小，相應(yīng)的徑流系數(shù)小。“利奇馬”期間譚家坊洪峰流量大、過(guò)境水量大的原因與上游3座水庫(kù)出庫(kù)水量有關(guān)，其中冶源水庫(kù)“利奇馬”期間最大出庫(kù)流量為2500m3/s，而“溫比亞”期間為698m3/s。“利奇馬”期間冶源水庫(kù)的出庫(kù)水量為2.11億m3,大于該水庫(kù)的總庫(kù)容1.69億m3；而“溫比亞”期間冶源水庫(kù)的出庫(kù)水量為1.27億m3?！袄骜R”期間區(qū)間徑流系數(shù)小的原因，一方面是“溫比亞”臺(tái)風(fēng)到來(lái)之前彌河流域已受“摩羯”臺(tái)風(fēng)的降雨影響，區(qū)間比較濕潤(rùn)；另一方面，譚家坊以上河道子堤外沿河兩岸有較多洼地和濕地公園，“利奇馬”洪水大，彌河河道洪水漫過(guò)子堤滯留在洼地，造成洪水滯蓄，從而導(dǎo)致降雨徑流系數(shù)偏少。譚家坊區(qū)間降雨徑流系數(shù)“利奇馬”與“溫比亞”臺(tái)風(fēng)期間明顯較其他河道偏小。以泗河書(shū)院站為例，在該站流域平均降水量200mm左右(書(shū)院站無(wú)彌河流域兩場(chǎng)臺(tái)風(fēng)量級(jí)的降雨，一般降雨量越大，徑流系數(shù)越大)的情況下，其徑流系數(shù)在0.5以上，遠(yuǎn)大于以上分析的譚家坊的徑流系數(shù)。經(jīng)查看山東省平原區(qū)地下水主要漏斗分布圖(時(shí)間為兩場(chǎng)臺(tái)風(fēng)之前)，冶源水庫(kù)以下至譚家坊區(qū)間大部分分布在漏斗區(qū)內(nèi)。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)兩場(chǎng)臺(tái)風(fēng)期間降雨對(duì)比分析可知：“利奇馬”臺(tái)風(fēng)期彌河流域降雨總量大于“溫比亞”臺(tái)風(fēng)期，但降雨過(guò)程前者較后者均勻；譚家坊區(qū)間降雨與徑流量級(jí)不對(duì)等，與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)分布及地形地貌有關(guān)；兩場(chǎng)臺(tái)風(fēng)均造成彌河流域洪災(zāi)發(fā)生。而對(duì)于臺(tái)風(fēng)防御工作，一是利用已有的報(bào)汛站網(wǎng)加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)期間降雨監(jiān)測(cè)及報(bào)送，指揮部門(mén)及時(shí)掌握受影響范圍內(nèi)的降雨、水情、工情等情況，及早采取有針對(duì)性的防御措施；二是利用降雨數(shù)值預(yù)報(bào)，盡可能掌握未來(lái)降雨分布，以便提前應(yīng)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)可能發(fā)生的災(zāi)害；三是加強(qiáng)水利工程調(diào)度，根據(jù)降雨、河道水情、工情等情況，開(kāi)展水庫(kù)、閘壩等工程聯(lián)合調(diào)度；四是總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，建立流域應(yīng)對(duì)強(qiáng)降雨產(chǎn)流工作機(jī)制，并在全省范圍內(nèi)推廣借鑒。