滄州市2018年“8·14摩羯”臺(tái)風(fēng)暴雨與2017年“8·2低壓暴雨”對(duì)比研究

張 倩，張進(jìn)旗，吳興國(guó)，哈建強(qiáng)

(河北省滄州水文勘測(cè)研究中心，河北 滄州 061000)

滄州市東臨渤海灣，西鄰保定市，北鄰天津市，南部鄰衡水市和山東省德州市。該區(qū)域全境屬于北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，一年中春、夏、秋、冬四季分明，溫度差別很大。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，滄州區(qū)域多年平均降水量約為551 mm,年降水量的大部分(約80%)一般情況下集中在每年的汛期(滄州地區(qū)汛期一般為6月1日至9月30日)，8月份是華北平原區(qū)的主汛期，也是滄州市的主汛期，更是滄州市汛期降雨最多的時(shí)期之一。

受到減弱的臺(tái)風(fēng)低壓和冷空氣的共同影響2017年8月2-3日，滄州市出現(xiàn)暴雨天氣過程。2018年8月14-15日，受臺(tái)風(fēng)“摩羯”直接影響，滄州市再次出現(xiàn)暴雨天氣過程，同時(shí)“摩羯”臺(tái)風(fēng)暴雨也是自新中國(guó)成立以來(lái)直接影響滄州雨量最大的一次臺(tái)風(fēng)雨。由于這兩次暴雨過程雨量很大，也有典型代表性，特把這兩場(chǎng)暴雨過程做定量分析，以期為相關(guān)防汛、抗旱、減災(zāi)和水資源管理等部門提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

1 暴雨特性對(duì)比分析

“8·2低壓暴雨”從8月2日8時(shí)至8月3日8時(shí)作為統(tǒng)計(jì)時(shí)段，共計(jì)24 h。滄州市全地區(qū)平均降水量為67.2 mm，其中滄州主城區(qū)(新華區(qū)、運(yùn)河區(qū)、開發(fā)區(qū)、高新區(qū)、滄縣城區(qū))99.4 mm。

滄州全地區(qū)2017年共有雨量監(jiān)測(cè)站167個(gè)。量級(jí)達(dá)特大暴雨、降水量大于250 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有1個(gè)，不足全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的1%；量級(jí)達(dá)到大暴雨、降水量小于250 mm且大于等于100 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有48個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的27%；量級(jí)達(dá)到暴雨、降水量小于100 mm且大于等于50 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有44個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的26%；量級(jí)達(dá)到大雨、降雨量小于50 mm且大于等于25 mm的雨量站有36個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的22%；降水量小于25 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有38個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的24%。

“8·2低壓暴雨”主要降水時(shí)段為：2017年8月2日14時(shí)至8月3日3時(shí)。2日13時(shí)暴雨降水開始，16時(shí)開始雨勢(shì)逐漸增強(qiáng)，19時(shí)達(dá)到本次暴雨的頂峰，3日3時(shí)后降水強(qiáng)度顯著減小,3日5時(shí)基本結(jié)束。該強(qiáng)降水過程中，最大1 h降水量出現(xiàn)在渤海新區(qū)黃驊市黃驊港雨量監(jiān)測(cè)站，發(fā)生時(shí)段為8月2日23時(shí)至8月3日0時(shí),小時(shí)降水量達(dá)82.2 mm；最大3 h降水量也出現(xiàn)在黃驊港雨量監(jiān)測(cè)站，發(fā)生時(shí)段為8月2日22時(shí)至8月3日1時(shí)，3 h降水量達(dá)到209.4 mm；最大6 h降水同樣也出現(xiàn)在黃驊港雨量監(jiān)測(cè)站，發(fā)生時(shí)段為8月2日21時(shí)至8月3日3時(shí)，6 h降水量達(dá)到256.2 mm。該次“低壓暴雨”強(qiáng)降水最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在渤海新區(qū)黃驊市黃驊港雨量監(jiān)測(cè)站，降水量為271.4 mm。降水最大點(diǎn)黃驊港雨量監(jiān)測(cè)站降水過程見圖1。

圖1 “8·2低壓暴雨”渤海新區(qū)黃驊市黃驊港雨量監(jiān)測(cè)站降水過程Fig.1 “8·2 low pressure rainstorm” precipitation process in Bohai HuanghuaNew District Huanghua port rainfall monitoring station

“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”從8月14日8時(shí)至8月15日8時(shí)作為統(tǒng)計(jì)時(shí)段，共計(jì)24 h。滄州市全地區(qū)平均降水量為90.4 mm，其中滄州主城區(qū)(新華區(qū)、運(yùn)河區(qū)、開發(fā)區(qū)、高新區(qū)、滄縣城區(qū))61.9 mm。

滄州全地區(qū)2018年共有雨量監(jiān)測(cè)站180個(gè)。量級(jí)達(dá)到特大暴雨、降水量大于250 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有9個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的5%；量級(jí)達(dá)到大暴雨、降水量小于250 mm且大于等于100 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有58個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的33%；量級(jí)達(dá)到暴雨、降水量小于100 mm且大于等于50 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有29個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的16%；量級(jí)達(dá)到大雨、降雨量小于50 mm且大于等于25 mm的雨量站有29個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的16%；降水量小于25 mm的雨量監(jiān)測(cè)站有55個(gè)，約占全地區(qū)雨量監(jiān)測(cè)站總數(shù)的30%。

該次“摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”過程主要降水時(shí)間集中在8月14日11時(shí)至8月15日2時(shí)。14日8時(shí)暴雨降水開始，11時(shí)開始雨勢(shì)逐漸增強(qiáng)，19時(shí)達(dá)到本次暴雨的頂峰，15日2時(shí)后降水強(qiáng)度顯著減小，15日4時(shí)基本結(jié)束。該強(qiáng)降水過程中，最大1 h降水量出現(xiàn)在鹽山縣縣城雨量監(jiān)測(cè)站，發(fā)生時(shí)段為8月14日16時(shí)至8月14日17時(shí)。小時(shí)降雨量達(dá)100.2 mm；最大3 h降水量也出現(xiàn)在鹽山縣縣城雨量監(jiān)測(cè)站，發(fā)生時(shí)段為8月14日14時(shí)至8月14日17時(shí)，3 h降水量達(dá)166.0 mm；最大6 h降水量同樣出現(xiàn)在鹽山縣縣城雨量監(jiān)測(cè)站，發(fā)生時(shí)段為8月14日14時(shí)至8月14日20時(shí)，6 h降水量達(dá)281.2 mm。以此可以看出，鹽山縣縣城雨量監(jiān)測(cè)站為“摩羯臺(tái)風(fēng)”強(qiáng)降水出現(xiàn)的最大點(diǎn)雨量，降水量達(dá)到344.6 mm。降雨最大點(diǎn)鹽山縣縣城雨量監(jiān)測(cè)站降雨過程見圖2?！?·2低壓暴雨”與“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”降水情況對(duì)比表，見表1。

圖2 “8·14暴雨”鹽山縣縣城站降雨過程Fig.2 “8·14 rainfall” process in Yanshan county urban station

表1 “8·2低壓暴雨”與“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”兩場(chǎng)暴雨情況對(duì)比表Tab.1 Comparison of two rainstorm situations between “8·2 low pressure rainstorm” and “8·14 capricorn typhoon rainstorm”

2 河道過水情況與洼淀蓄水對(duì)比分析

2.1 河道過水情況對(duì)比分析

2017年“8·2低壓暴雨”發(fā)生后，對(duì)滄州地區(qū)運(yùn)東所有河道及時(shí)進(jìn)行了查勘和巡測(cè)，經(jīng)過查勘和巡查共有6條河道產(chǎn)流過水。通過巡測(cè)數(shù)據(jù)可知，6條過水河道中，曹莊子監(jiān)測(cè)站(大浪淀排水渠)8月4日9時(shí)達(dá)到最大流量14.9 m3/s，南大港監(jiān)測(cè)站(廖家洼排干)8月4日9時(shí)達(dá)到最大流量11.9 m3/s，許官監(jiān)測(cè)站(六十六排干)8月3日9時(shí)達(dá)到最大流量8.29 m3/s，八里莊監(jiān)測(cè)站(黃南排干)8月4日9時(shí)達(dá)到最大流量4.00 m3/s，孔莊子監(jiān)測(cè)站(南大港水庫(kù)引水渠)8月3日9時(shí)達(dá)到最大流量3.47 m3/s，乾港監(jiān)測(cè)站(老石碑河)8月3日9時(shí)達(dá)到最大流量2.89 m3/s。

2018年“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”過后，也對(duì)滄州地區(qū)運(yùn)東所有河道及時(shí)進(jìn)行了查勘和巡測(cè)，經(jīng)過查勘和巡查共有10條河道產(chǎn)流過水。與2017年“8·2低壓暴雨”相比，流量有了較大的增長(zhǎng)，比較明顯的有：新立莊監(jiān)測(cè)站(宣惠河)流量達(dá)136 m3/s，曹莊子監(jiān)測(cè)站(大浪淀排水渠)流量達(dá)110 m3/s等。從以上兩個(gè)運(yùn)東地區(qū)典型河道產(chǎn)生徑流增幅說明，“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”強(qiáng)度大，歷時(shí)長(zhǎng)，匯流時(shí)間顯著縮短，這使得徑流流入河道時(shí)間大大縮短，流量出現(xiàn)顯著增大。兩次暴雨后河道流量對(duì)比見表2。

表2 “8·2低壓暴雨”與“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”后河道過水情況對(duì)比表Tab.2 Comparison between the “8·2 low pressure rainstorm” and the “8·14 capricorn typhoon rainstorm”

2.2 洼淀蓄水對(duì)比分析

2017年“8·2低壓暴雨”之前，據(jù)8月2日8時(shí)相關(guān)部門觀測(cè)數(shù)據(jù)：白洋淀(十方院)水位(黃海高程，下同)6.41m，對(duì)應(yīng)蓄量2.080×108m3；大浪淀水庫(kù)水位11.15 m，對(duì)應(yīng)蓄量0.784×108m3。本次“低壓暴雨”過后，據(jù)8月3日8時(shí)相關(guān)部門觀測(cè)數(shù)據(jù)：白洋淀(十方院)水位6.45 m，對(duì)應(yīng)蓄量2.147×108m3；大浪淀水庫(kù)水位11.21 m，對(duì)應(yīng)蓄量0.794×108m3。暴雨之后，白洋淀(十方院)水位增長(zhǎng)0.04 m，蓄水量增加0.067×108m3(670×104m3)，南支和北支入淀9條河道中只有潴龍河和府河2條河流有較小的流量)，扣除河道入淀水量后，“8·2暴雨”使得白洋淀蓄水量?jī)粼黾?.064×108m3(640×104m3)；大浪淀水庫(kù)水位增長(zhǎng)0.06 m，蓄水量增加0.010×108m3(100×104m3，大浪淀水庫(kù)平均入庫(kù)量與平均出庫(kù)量持平，蓄水增量全部來(lái)自降水)。

2018年“摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”之前，據(jù)8月14日8時(shí)相關(guān)部門觀測(cè)數(shù)據(jù)：白洋淀(十方院)水位6.95 m，對(duì)應(yīng)蓄量3.263×108m3；大浪淀水庫(kù)水位11.69 m，對(duì)應(yīng)蓄量0.868×108m3。本次“臺(tái)風(fēng)暴雨”過后，據(jù)8月15日8時(shí)相關(guān)部門觀測(cè)數(shù)據(jù)：白洋淀(十方院)水位7.01 m，對(duì)應(yīng)蓄量3.411×108m3；大浪淀水庫(kù)水位11.79 m，對(duì)應(yīng)蓄量0.889×108m3。暴雨之后，白洋淀(十方院)水位增長(zhǎng)0.06 m，蓄水量增加0.148×108m3(1 480×104m3)，南支和北支入淀9條河道中只有白溝引河、府河、清水河、潴龍河4條河流有較小的流量，扣除這些河道入淀水量后，“8·14暴雨”使得白洋淀蓄水量?jī)粼黾?.098×108m3(980×104m3)；大浪淀水庫(kù)水位增長(zhǎng)0.10 m，蓄水量增加0.014×108m3(140×104m3，大浪淀水庫(kù)引水入庫(kù)量為0.007×108m3，降水量為相應(yīng)蓄水量與引水量差值)。

從以上可得出，此兩場(chǎng)暴雨對(duì)兩個(gè)洼淀蓄水量增加都起到了比較大的作用。“8·2低壓暴雨”在大浪淀、白洋淀共蓄水約740×104m3，“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”在大浪淀、白洋淀共蓄水約1 120×104m3。具體比較情況見表3。

表3 “8·2低壓暴雨”與“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”后洼淀蓄水情況對(duì)比表Tab.3 Comparison between “8·2 low pressure rainstorm” and “8·14 capricorn typhoon rainstorm”

3 地下水影響對(duì)比分析

2017年“8·2低壓暴雨”和2018年“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”都使得滄州地區(qū)大部分區(qū)域淺層地下水埋深減小，淺層地下水位都得到較為明顯的抬升。根據(jù)滄州水文水資源勘測(cè)局淺層地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)計(jì)算，2017年8月底與7月底比較，滄州全地區(qū)平均淺層地下埋深減小1.12 m，特別是“8·2低壓暴雨”過后，淺層地下水埋深減小較為明顯。各縣(市)地下水埋深減幅不一，其中孟村縣平均淺層地下水埋深減幅最大達(dá)到2.02 m，其次是南皮縣平均淺層地下水埋深減幅為1.90 m。2018年8月底與7月底比較，滄州全地區(qū)平均淺層地下埋深減小0.67 m，特別是“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”過后，淺層地下水埋深減小也較為明顯。滄州各縣(市)地下水埋深減幅也是不一，其中孟村縣平均淺層地下水埋深減幅最大達(dá)到2.07 m；其次是海興縣平均淺層地下水埋深減幅為1.81 m。圖3為2017、2018年部分縣(市)淺層地下水平均埋深圖。

圖3 部分縣(市)淺層地下水平均埋深圖Fig.3 Part of county (city) shallow underground horizontal buried depth map

由圖3可以直觀地看出，以上縣(市)2017年7-8月以及2018年7-8月淺層地下水平均埋深，由于受到2017年“8·2低壓暴雨”和2018年“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”影響，大部分縣(市)淺層地下水平均埋深都不同程度的減小。而且可以很明顯的看出，2018年7月份淺層地下水平均埋深整體上都比2017年7月份小，在經(jīng)歷了“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”后，2018年8月份淺層地下水平均埋深比2017年8月份更是顯著減小。從斜率直線可以看出，“8·2暴雨”和“8·14暴雨”使埋深下降的速度基本相當(dāng)。

4 土壤墑情影響對(duì)比分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)定：60%<土壤相對(duì)濕度為無(wú)旱(或稱為正常)，50 <土壤相對(duì)濕度≤60為輕度干旱，40 <土壤相對(duì)濕度≤50為中度干旱，30 <土壤相對(duì)濕度≤40為重度干旱，土壤相對(duì)濕度≤30為特別重度干旱。

據(jù)相關(guān)部門土壤墑情監(jiān)測(cè)站網(wǎng)信息顯示，“8·2低壓暴雨”發(fā)生前，2017年7月21日對(duì)全滄州區(qū)域34處旱地地塊(不進(jìn)行灌溉的地塊，下同)進(jìn)行了土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)果為：所有監(jiān)測(cè)地塊中有5處重度干旱，6處中度干旱，12處輕度干旱，11處正常，干土層厚度為0～5 cm，旱情發(fā)生率為67.6%?！?·2低壓暴雨”發(fā)生后，2017年8月11日對(duì)全滄州區(qū)域34處旱地地塊又進(jìn)行了土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)果為：所有監(jiān)測(cè)地塊中有0處重度干旱，4處中度干旱，1處輕度干旱，29處正常，干土層厚度均為0～2 cm，旱情發(fā)生率為14.7%。

同樣，“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”發(fā)生前， 2018年8月11日對(duì)全滄州區(qū)域34處旱地作物進(jìn)行了土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)果為：所有監(jiān)測(cè)地塊中有1處重度干旱，2處中度干旱，7處輕度干旱，24處正常，干土層厚度均為0～4 cm，旱情發(fā)生率為29.4%?！?·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”發(fā)生后,2018年8月21日對(duì)全滄州區(qū)域34處旱地地塊又進(jìn)行了土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)果為：所有監(jiān)測(cè)地塊中有0處重度干旱，2處中度干旱，1處輕度干旱，31處正常，干土層厚度均為0～3 cm，旱情發(fā)生率為8.9%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，兩場(chǎng)暴雨過程都使得滄州區(qū)域內(nèi)土壤墑情得到增加?！?·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”過后，旱情發(fā)生率從發(fā)生前的29.4%下降為8.9%，土壤墑情得到較為明顯的緩解。“8·2低壓暴雨”前比“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”前旱地作物旱情發(fā)生率較高，故“8·2低壓暴雨”發(fā)生后土壤含水率變化更多，旱情發(fā)生率從67.6%下降為14.7%，區(qū)域內(nèi)土壤墑情顯著增加，旱情得到很大程度的緩解。

5 結(jié) 語(yǔ)

1) “8·2低壓暴雨”主要降水歷時(shí)比“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”短，前者主要?dú)v時(shí)約為14 h，后者約為16 h。

2) “8·2低壓暴雨”降水強(qiáng)度比“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”稍大一些，但是最大小時(shí)降雨量后者大于前者。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，前者小時(shí)雨量P1≥25 mm的有147站次，小時(shí)雨量P1≥50 mm的有35站次，最大小時(shí)降水量為82.2；后者小時(shí)雨量P1≥25 mm的有143站次，小時(shí)雨量P1≥50 mm的有24站次，最大小時(shí)降水量為100.2 mm。

3) “8·2低壓暴雨”日降水總量比“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”小。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，前者日降水總量為67.2 mm，而后者日降水總量為90.4 mm；后者約為前者的1.4倍。

4) “8·2低壓暴雨”對(duì)主城區(qū)降水影響比“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”大。前者24 h滄州主城區(qū)(新華區(qū)、運(yùn)河區(qū)、開發(fā)區(qū)、高新區(qū)、滄縣城區(qū))降水量為99.4 mm，而后者24 h滄州主城區(qū)(新華區(qū)、運(yùn)河區(qū)、開發(fā)區(qū)、高新區(qū)、滄縣城區(qū))降水量為61.9 mm。由此可知，前者對(duì)于城市防洪除澇影響更為顯著。

5) “8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨” 比“8·2低壓暴雨”產(chǎn)生徑流的河道多，而且流量也增大顯著。前者由于局部地區(qū)強(qiáng)度很大，匯流時(shí)間顯著縮短，這使得徑流流入河道時(shí)間大大縮短，徑流以較短的時(shí)間匯入河道，使10條滄州運(yùn)東河道均產(chǎn)生地表徑流，而后者僅使得6條河流產(chǎn)生徑流；且從河道產(chǎn)生的最大流量比較，前者約為后者的9倍。

6) “8·2低壓暴雨”和“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”都使滄州全區(qū)淺層地下水平均埋深減小了，尤其是東南部各縣(市)；通過斜率線可以看出，兩者使埋深下降的速度基本相當(dāng)。

7) “8·2低壓暴雨”和“8·14摩羯臺(tái)風(fēng)暴雨”都使得滄州區(qū)域旱情發(fā)生率得到不同程度的降低，由于前者發(fā)生前旱情發(fā)生率偏高，故發(fā)生后土壤墑情顯著增加，旱情發(fā)生率變化比后者大。