永寧江流域臺風(fēng)暴雨時(shí)空分布特征分析

叢娜，姜姍姍，陳琛

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

1 引言

近年來，全球氣候變化加劇，區(qū)域乃至全球范圍內(nèi)極端氣候事件發(fā)生頻率及強(qiáng)度呈加劇趨勢[1]，IPCC第五次報(bào)告中也指出中緯度地區(qū)強(qiáng)降水事件發(fā)生愈發(fā)頻繁。臺風(fēng)作為極端天氣中一種危害嚴(yán)重的氣象現(xiàn)象，帶來的降水多寡對臺風(fēng)活動(dòng)頻繁區(qū)域的旱澇而言是至關(guān)重要的?！稓夂蜃兓瘒以u估報(bào)告》[2]指出，臺風(fēng)等自然災(zāi)害對我國沿海地區(qū)造成嚴(yán)重的影響，其中環(huán)渤海區(qū)域、長三角經(jīng)濟(jì)帶與珠三角地區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展好的地區(qū)尤為嚴(yán)重。究其原因，除了東部沿海人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)外，東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶來的生態(tài)環(huán)境變化和高度城市化帶來的地面沉降，增大了臺風(fēng)、暴雨、洪澇等自然災(zāi)害發(fā)生的可能性，所以對東部沿海地區(qū)的臺風(fēng)現(xiàn)象進(jìn)行研究是有現(xiàn)實(shí)意義的。近年來，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對臺風(fēng)降水事件展開了研究，黎洋等[3]通過對安徽省臺風(fēng)降水的年間差異和大氣環(huán)流特征的研究分析，發(fā)現(xiàn)降水偏多年歐亞大陸以經(jīng)向環(huán)流為主、副高偏強(qiáng)。羅婷等[4]通過對海南島臺風(fēng)降水和大氣環(huán)流特征的研究分析，發(fā)現(xiàn)在海南島降水偏多年份，長江以南地區(qū)冷空氣影響偏弱、副熱帶高壓偏弱、南支槽偏強(qiáng)。

永寧江是椒江的一條主要支流，主流長83 km，流域面積889.8 km2。永寧江干流上游建有1座大型水庫，即長潭水庫，其壩址位于潮濟(jì)以上3.5 km，集水面積441.3 km2；永寧江下游流經(jīng)臺州市黃巖區(qū)，同時(shí)輸水至溫黃平原，東抵椒江市、南達(dá)溫嶺市松門鎮(zhèn)，江北渠道貫穿江北平原，至臨海市長甸鄉(xiāng)。永寧江流域受臺風(fēng)災(zāi)害影響嚴(yán)重，目前對永寧江流域的臺風(fēng)暴雨研究多集中在洪潮遭遇與水利工程聯(lián)合防洪調(diào)度上[5]，而對永寧江流域臺風(fēng)降水空間分布和雨量時(shí)程分布的研究還比較少，此項(xiàng)研究對經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、防洪任務(wù)重同時(shí)兼具供水任務(wù)的永寧江流域而言顯得尤為重要。因此，本文將基于近30 a永寧江流域典型臺風(fēng)暴雨資料，對臺風(fēng)暴雨的時(shí)空分布特征作出研究。

2 資料和方法

永寧江流域洪澇災(zāi)害頻發(fā)，暴雨洪水主要分為臺風(fēng)、鋒面暴雨洪水，而大洪水60%以上發(fā)生在臺汛期，因此臺風(fēng)暴雨洪水是該地區(qū)最嚴(yán)重、影響最大的自然災(zāi)害。永寧江流域中上游河道及其支流均屬山溪性河流，洪水暴漲暴落；流域下游的平原河道坡降平緩，常受潮汐漲落的影響，洪水下泄速度較慢，導(dǎo)致中下游黃巖區(qū)城區(qū)受災(zāi)嚴(yán)重。為重點(diǎn)研究對流域造成巨大損失的典型暴雨，本文選取近30 a對流域影響較大的9場典型暴雨和流域內(nèi)及周邊共10個(gè)雨量站（站點(diǎn)分布如圖1所示）對流域典型暴雨空間雨量分布進(jìn)行研究，同時(shí)對各典型暴雨時(shí)程分配作出研究。

針對暴雨空間分布，本文利用雨量站實(shí)測場次暴雨情況，通過ArcGis中的克里金插值方法進(jìn)行空間插值，并對插值后空間分布特征進(jìn)行了分析。

針對降雨時(shí)程分配即雨型的研究，國內(nèi)外已經(jīng)有了許多成熟且側(cè)重點(diǎn)各異的方法，早在20世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)的包高馬佐娃在對烏克蘭等地的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，提出將降水分成7種典型類型，稱為概化雨型，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們利用計(jì)算機(jī)程序?qū)邓愋瓦M(jìn)行分析與判斷，從而確定降水是屬于何種類型的，此種方法稱為模糊識別法。1957年，Keifer和chu提出了一種根據(jù)強(qiáng)度-歷時(shí)-頻率關(guān)系得到了一種不均勻的設(shè)計(jì)雨型，稱為芝加哥雨型。之后，Huff將降雨按雨峰出現(xiàn)的位置分成4種類型，稱為Huff雨型。

國內(nèi)關(guān)于短歷時(shí)暴雨雨型研究多是具體應(yīng)用實(shí)踐方面，我國在計(jì)算當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)暴雨時(shí)，多數(shù)選擇當(dāng)?shù)氐湫捅┯赀^程，采用同頻率或同倍比的方式進(jìn)行時(shí)段控制，但選擇過程中存在很多人為的影響。此次研究選擇了永寧江流域9場典型臺風(fēng)暴雨，使用模糊識別法相同的思路，將各降水歷時(shí)等分為5個(gè)時(shí)段，分別統(tǒng)計(jì)各時(shí)段降水量占整場降水的百分比，對臺風(fēng)暴雨時(shí)程分布進(jìn)行研究。

永寧江流域雨量站點(diǎn)分布，如圖1所示。永寧江流域歷史典型暴雨特征，詳見表1。

表1 永寧江流域歷史典型暴雨特征 mm

圖1 永寧江流域雨量站點(diǎn)分布

3 永寧江流域典型降水空間及時(shí)程分布

3.1 典型降水的空間分布

近30 a永寧江流域典型臺風(fēng)降水空間分布如圖2—3所示，9場典型降水暴雨中心都分布在永寧江上游長潭水庫以上區(qū)域，降雨空間分布不均勻，降雨量自上游至下游逐漸減少。

圖2 1992、1994、1997、2004、2005、2007年流域典型暴雨空間分布

（1）1992年暴雨中心在流域外黃家寮站附近，降水最少的區(qū)域在壩頭閘站附近，面雨量最大為540 mm，最小為252 mm，最大為最小的2.14倍。

（2）1994年暴雨中心在黃家寮與上垟站附近，降水最少的區(qū)域在西江閘站附近，以長潭水庫為界，長潭水庫以上降水量明顯大于長潭水庫以下，面雨量最大為458 mm，面雨量最小為176 mm，最大為最小的2.6倍。

（3）1997年暴雨中心在苗寮站附近，降水最少的區(qū)域在寧溪、長潭站附近，降雨集中在全流域最上游，降雨最大為572 mm，降雨最小為276 mm，最大為最小的2.07倍。

（4）2004年暴雨中心分布在黃家寮、苗寮、上垟站，降雨較多區(qū)域往下游偏移，降水最少的區(qū)域在秀嶺站附近，降雨最大為690 mm，最小為298 mm，最大為最小的2.32倍，2004年最大1、3 d雨量均為所有典型年中最大的。

（5）2005年暴雨中心分布在苗寮、上垟站附近，降水最少的區(qū)域在西江閘站附近，最大為592 mm，最小為282 mm，最大為最小的2.1倍，與暴雨中心沿線區(qū)域相比，全流域降雨量都不大。

（6）2007年降雨空間分布情況與2005年基本一致，最大為552 mm，最小為292 mm，最大為最小的1.89倍。

（7）2013年暴雨中心分布在苗寮站附近，降水最少的區(qū)域在寧溪雨量站附近，全流域降雨相比于暴雨中心都比較小，最大為451 mm，最小為315 mm，最大為最小的1.43倍，流域降雨分布比較平均。

（8）2015年暴雨中心分布在苗寮站附近，降水最少的區(qū)域在壩頭閘站附近，最大為531 mm，最小為157 mm，最大為最小的3.38倍。

（9）2019年暴雨中心分布在黃家寮站附近，降水最少的區(qū)域在西江閘站附近，最大為747 mm，最小為241 mm，最大為最小的3.1倍。在以上9個(gè)典型年中，2015、2019年面雨量空間分布不均勻程度最高。

3.2 典型降雨時(shí)程分布

對降雨時(shí)程分布的研究方法有很多，本次研究選取了對本流域影響最大的9場典型暴雨，由于暴雨場次較少，選取概化雨型的分析方法，將9場典型降雨時(shí)長分為5個(gè)相等的時(shí)段，對各時(shí)段內(nèi)降雨量占場次降雨總量的百分比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，詳見表2。

表2 永寧江流域典型暴雨時(shí)程分布

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，永寧江流域降雨時(shí)段多為第2、3、4時(shí)段，特別是第3時(shí)段，在9個(gè)典型年中，1994、1997、2004、2007、2013年第3時(shí)段降水量占總量50%以上，降雨呈尖瘦型；1992、2005年降雨呈矮胖狀；2015、2019年降水集中在正常降雨的后半程，特別是2015年強(qiáng)臺風(fēng)“蘇迪羅”影響永寧江流域，造成嚴(yán)重的災(zāi)害，第5時(shí)段降水占總量50%以上。

4 結(jié)論

筆者以近30 a永寧江流域9場典型臺風(fēng)暴雨場次的10個(gè)雨量站觀測降水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ArcGis克里金插值和概化雨型方法研究永寧江流域典型臺風(fēng)降水的時(shí)空變化特征，得出結(jié)論如下。

（1）永寧江流域臺風(fēng)暴雨中心多出現(xiàn)在流域上游長潭水庫以上，臺風(fēng)帶來的強(qiáng)降水對長潭水庫防洪帶來較大壓力。

（2）臺風(fēng)暴雨最大降水多發(fā)生在降雨的第2、3、4時(shí)段，特別是第3時(shí)段，降水時(shí)程分布呈尖瘦型，偶爾會發(fā)生在降雨的后半程，但這種雨型易產(chǎn)生流域洪水。