2022年長(zhǎng)江流域枯水特征分析與啟示

官 學(xué) 文，曾 明

(長(zhǎng)江水利委員會(huì) 水文局，湖北 武漢 430010)

0 引 言

長(zhǎng)江流域面積大，氣候條件復(fù)雜，降雨徑流年內(nèi)分配很不均勻，洪旱災(zāi)害呈現(xiàn)明顯的季節(jié)特征[1]。一般而言，汛期主要受洪災(zāi)影響，干旱在秋冬時(shí)期發(fā)生概率較大。隨著氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響，極端氣候事件頻發(fā)[2-3]，其中長(zhǎng)江中下游“旱澇/澇旱急轉(zhuǎn)”“澇旱并存”現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生[4-7]，而長(zhǎng)江在歷史上汛期出現(xiàn)全流域反枯的現(xiàn)象鮮有發(fā)生，目前少有相關(guān)資料進(jìn)行分析。

2022年入汛以來(lái)至9月上旬，長(zhǎng)江流域雨水情發(fā)生了明顯的豐枯轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，長(zhǎng)江發(fā)生流域性嚴(yán)重枯水，其中，8月長(zhǎng)江中下游干流枯水重現(xiàn)期大于100 a一遇，各主要站月最低水位均打破歷年同期最低記錄。本次長(zhǎng)江流域“汛期反枯”且偏枯嚴(yán)重的現(xiàn)象極為罕見(jiàn)，通過(guò)連續(xù)觀測(cè)的水雨情資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并總結(jié)枯水特征和成因，對(duì)于深入認(rèn)識(shí)和理解長(zhǎng)江流域2022年“汛期反枯”的水雨情變化及其特征，探究旱情變化規(guī)律、提升旱情預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)能力具有重要的參考意義。

1 2022年長(zhǎng)江流域水雨情概況

根據(jù)長(zhǎng)江流域2022年入汛以來(lái)至9月上旬水雨情發(fā)展過(guò)程，可將其分為入汛以來(lái)(3月17日)至6月上旬、6月中旬至7月上旬、7月中旬至9月上旬3個(gè)階段。長(zhǎng)江流域降水距平時(shí)空分布如圖1～2所示，主要干支流來(lái)水距平變化如圖3所示，漢口站水位與多年同期(1991～2020年，下同)對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖1 長(zhǎng)江流域主要分區(qū)降水距平變化

圖2 2022年3月下旬至9月上旬長(zhǎng)江流域降水量距平空間分布

圖3 2022年3月下旬至9月上旬長(zhǎng)江流域干支流主要站來(lái)水距平

圖4 漢口站2022年入汛以來(lái)水位與多年同期對(duì)比

(1)入汛以來(lái)(3月17日)至6月上旬。長(zhǎng)江流域降水、來(lái)水均明顯偏多，水庫(kù)群穩(wěn)步消落，長(zhǎng)江中下游水位較多年同期明顯偏高。3月下旬至6月上旬，長(zhǎng)江流域降水量較多年同期偏多1成多，總體呈“南多北少”“前多后少”分布，除漢江流域降水偏少外，流域其他地區(qū)整體表現(xiàn)為偏多。受降水和水庫(kù)群消落供水影響，長(zhǎng)江流域整體來(lái)水偏多近3成，中下游干流各主要站水位較多年同期平均偏高0.40～1.60 m，中游主要站七里山、漢口站6月上旬出現(xiàn)年最高水位。

(2)6月中旬至7月上旬。長(zhǎng)江流域降雨轉(zhuǎn)為偏少，因水庫(kù)群集中消落流域整體來(lái)水仍偏多，中下游主要站7月上旬水位由較多年同期偏高轉(zhuǎn)為偏低。6月中旬至7月上旬，長(zhǎng)江流域降水量偏少近3成，其中上游偏少3成多，中下游偏少近2成，除兩湖水系(洞庭湖和鄱陽(yáng)湖)南部等地區(qū)降水偏多外，流域其他地區(qū)降水整體偏少。2022年長(zhǎng)江中下游入出梅均偏早，梅雨期偏長(zhǎng)，但梅雨期間，雨帶不穩(wěn)定且呈一定間歇性，降雨強(qiáng)度整體偏弱，梅雨量偏少。受兩湖降雨和水庫(kù)群集中消落影響，本階段長(zhǎng)江流域來(lái)水仍偏多近2成，其中，漢口站來(lái)水偏多1成，鄱陽(yáng)五河來(lái)水偏多2成，其余地區(qū)來(lái)水均轉(zhuǎn)為偏少，下游主要站湖口、大通站6月下旬出現(xiàn)年最高水位，7月2～4日中下游主要站水位相繼由較多年同期均值偏高轉(zhuǎn)為偏低。

(3)7月中旬至9月上旬。長(zhǎng)江流域降水偏少范圍擴(kuò)大，上中下游來(lái)水同枯，雨水情偏枯程度加劇，中下游主要站8月和9月最低水位打破歷史同期實(shí)測(cè)記錄。7月中旬至9月上旬，長(zhǎng)江流域降水量偏少近5成，其中上游偏少3成多，中下游偏少6成多。除金沙江源區(qū)、嘉陵江水系北部、漢江上游偏多外，流域其他大部分地區(qū)降水整體偏少，其中，兩湖水系降水偏少5成以上、局部偏少8成以上，洞庭湖水系降水量?jī)H74.6 mm，鄱陽(yáng)湖水系降水量?jī)H69.0 mm，尤其是9月上旬，長(zhǎng)江中游基本無(wú)降雨，長(zhǎng)江中游干流、兩湖水系降水在2.0 mm以下。長(zhǎng)江流域來(lái)水偏枯程度加劇，該階段流域整體來(lái)水偏少4成多，干支流來(lái)水偏少4～6成，且9月上旬各站來(lái)水偏少5～8成；洞庭湖、鄱陽(yáng)湖8月初均提前進(jìn)入枯水期[8-10]，分別為1971年和1951年以來(lái)最早，9月6日鄱陽(yáng)湖水位已低于極枯水位；荊江三口太平口、藕池口相繼斷流，較近5 a汛后斷流時(shí)間平均提前近3個(gè)月[11]；長(zhǎng)江中下游干流及兩湖出口控制站水位持續(xù)走低，較多年同期均值平均偏低4.2～5.7 m，7月最低水位位于歷史同期最低水位倒數(shù)前列，8月和9月初水位均已打破歷史同期實(shí)測(cè)最低水位記錄，9月底水位仍維持下降態(tài)勢(shì)。

2 枯水特點(diǎn)

(1)6月中旬豐枯急轉(zhuǎn)，流域降水為歷史同期最少。入汛以來(lái)至6月上旬長(zhǎng)江流域降水量偏多，從6月中旬后長(zhǎng)江流域降水豐枯急轉(zhuǎn)，6月中旬正常偏少、下旬偏少2成。7～9月上旬，長(zhǎng)江流域大部分地區(qū)降水明顯偏少且加劇，流域降水量較多年同期均值偏少4成多，為1961年以來(lái)同期最少。其中，長(zhǎng)江流域降水量7月偏少3成多，8月偏少近6成，9月上旬偏少程度進(jìn)一步加劇，長(zhǎng)江上游干流偏少4成，中下游干流偏少9成，兩湖及上中游主要支流偏少5～10成。

(2)上中下游同枯，江河來(lái)水顯著偏少。受降雨偏少影響，7月以來(lái)，長(zhǎng)江流域上中下游同枯，江河來(lái)水顯著偏少。7～8月，長(zhǎng)江干支流來(lái)水量較多年同期偏少3～6成，上游來(lái)水量為1949年以來(lái)同期最少，9月上旬干支流來(lái)水偏少5～8成。其中，7月流域來(lái)水總體偏少近2成，干流寸灘、漢口、大通站來(lái)水偏少2～4成，上游主要支流及中下游兩湖來(lái)水偏少4～6成，三峽、丹江口水庫(kù)來(lái)水分別偏少4成多、近7成。8月流域來(lái)水總體偏少5成多，上游主要支流及兩湖來(lái)水偏少5～7成，洞庭“四水”、鄱陽(yáng)“五河”合成流量為近40 a來(lái)同期最少，三峽、丹江口水庫(kù)來(lái)水分別偏少5成、6成。9月上旬，長(zhǎng)江干流主要站來(lái)水均偏少6～7成，主要支流偏少5～8成，三峽、丹江口水庫(kù)均偏少6成。

(3)兩湖提前進(jìn)入枯水期，太平口、藕池口提前斷流。洞庭湖水位(七里山站)8月4日低于枯水位24.50 m，為1971年以來(lái)最早進(jìn)入枯水期。鄱陽(yáng)湖水位(星子站)8月6日低于枯水位12.00 m，提前100 d進(jìn)入枯水期；9月6日低于極枯水位8.00 m，為1951年以來(lái)最早，較歷史上最早出現(xiàn)年份(2019年11月30日)提前85 d。2022年汛期，荊江三口的太平口、藕池口陸續(xù)斷流，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，較近5 a斷流時(shí)間平均提前近3個(gè)月。

(4)中下游主要站水位已退至歷史同期最低。受來(lái)水豐枯急劇轉(zhuǎn)換的影響，長(zhǎng)江中下游主要站6～9月上旬水位總體呈前期底水高、汛期水位退勢(shì)猛、各站水位突破歷史同期極低值的特點(diǎn)。

前期受來(lái)水偏多和水庫(kù)群消落影響，長(zhǎng)江中下游主要站水位較歷年同期明顯偏高，年最高水位均出現(xiàn)在6月，此后受持續(xù)高溫少雨和來(lái)水偏少共同影響，6月下旬起長(zhǎng)江中下游水位開(kāi)始快速消退，7月2～4日各主要站水位由較多年同期偏高轉(zhuǎn)為偏低，且偏低幅度逐漸加大，7月末月最低水位均在歷年同期月最低水位倒數(shù)前列(從高到低排序，下同)。8月，中下游水位退勢(shì)持續(xù)，兩湖湖區(qū)水位明顯下降，中下游干流主要站及兩湖出口控制站8月月最低水位均為歷年同期月最低水位最小，較原歷史同期最小值偏低0.90～2.10 m。進(jìn)入9月，各站水位即打破歷年同期月最低水位記錄且持續(xù)走低，9月上旬末已較原歷史同期最小值偏低0.90～2.00 m。

(5)水庫(kù)群待蓄水量大，可供水量較往年明顯偏少。2022年納入長(zhǎng)江流域水工程聯(lián)合調(diào)度的控制性水庫(kù)共51座，總調(diào)節(jié)庫(kù)容1 160億m3[12]。8月起，長(zhǎng)江上游水庫(kù)群相繼進(jìn)入蓄水期，金沙江流域兩河口、白鶴灘水電站2022年進(jìn)入初期運(yùn)行期，待蓄水量大，但水庫(kù)群整體已蓄水量較往年明顯偏少，蓄水形勢(shì)十分嚴(yán)峻。截至9月上旬末，長(zhǎng)江上游死水位以上庫(kù)容約203億m3(較近5 a同期偏少近110億m3)，待蓄水量約484億m3(較近5 a同期偏多近255億m3)。9月11日08：00，三峽水庫(kù)水位僅為147.82 m，較2008年試驗(yàn)性蓄水以來(lái)同期均值偏低近8 m，已蓄水量較近5 a同期偏少約50億m3。丹江口水庫(kù)水位僅為156.92 m，低于汛限水位6.5 m，蓄水嚴(yán)重不足。

3 枯水定性

采用長(zhǎng)江中下游干支流主要控制站報(bào)汛流量資料，根據(jù)水庫(kù)群蓄量變化進(jìn)行徑流還原[13-14]，分旬月統(tǒng)計(jì)2022年7月以來(lái)長(zhǎng)江中下游干支流來(lái)水情況及其重現(xiàn)期，確定2022年長(zhǎng)江流域枯水嚴(yán)重水平[15]，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)江干流主要控制站2022年7～9月上旬枯水重現(xiàn)期

結(jié)果表明：宜昌站7月天然來(lái)水的枯水重現(xiàn)期約70 a，8月來(lái)水在60 a左右，9月上旬來(lái)水約10 a一遇枯水；中游干流螺山、漢口站7月天然來(lái)水的枯水重現(xiàn)期約10～15 a，8月均在100 a以及上，9月上旬在20～25 a；下游大通站7月天然來(lái)水的枯水重現(xiàn)期約3 a一遇，8月來(lái)水為大于100 a一遇的枯水，9月上旬來(lái)水的枯水重現(xiàn)期約40 a；洞庭四水、鄱陽(yáng)五河來(lái)水嚴(yán)重偏枯，其中洞庭四水合成枯水重現(xiàn)期除7月為2 a一遇，8月和9月上旬均在100 a及以上，鄱陽(yáng)五河合成枯水重現(xiàn)期8月和9月上旬均為約30 a一遇。

綜合前述分析來(lái)看，對(duì)2022年長(zhǎng)江流域枯水定性[3]如下：長(zhǎng)江流域發(fā)生流域性嚴(yán)重枯水，中下游干流8月出現(xiàn)超100 a一遇枯水，月最低水位為有實(shí)測(cè)記錄以來(lái)歷史同期最低。

4 枯水成因分析

從氣候背景來(lái)看，目前正在持續(xù)的拉尼娜事件為2022年6月以來(lái)長(zhǎng)江流域高溫干旱的發(fā)生發(fā)展提供了重要的氣候背景條件。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在多數(shù)拉尼娜事件次年的夏季，西太平洋副熱帶高壓易偏北。全球氣候變暖導(dǎo)致氣候系統(tǒng)的不穩(wěn)定性加劇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年之前的10 a為有記錄以來(lái)最熱的10 a，全球氣候變暖導(dǎo)致極端天氣氣候事件頻發(fā)。以上兩點(diǎn)是2022年長(zhǎng)江流域出現(xiàn)極端高溫干旱的重要?dú)夂虮尘?。分析造成長(zhǎng)江流域8月流域性嚴(yán)重枯水的主要原因如下：

(1)大氣環(huán)流異常造成流域持續(xù)性晴熱高溫少雨，上下游水量均補(bǔ)充不足。2022年夏季，大氣環(huán)流形勢(shì)比較特殊，6月中旬起西太平洋副熱帶高壓持續(xù)西伸加強(qiáng)，7～8月幾乎一直盤(pán)踞在長(zhǎng)江流域，且副高的強(qiáng)度、范圍和持續(xù)時(shí)間都較常年偏大偏強(qiáng)，且與大陸高壓合并，形成了很長(zhǎng)的貫穿性高壓帶。長(zhǎng)江流域受強(qiáng)大的副熱帶高壓控制，盛行下沉氣流有利于地面增溫，加之在大范圍高壓帶的作用下，空氣較為干燥，不易形成云，也使得太陽(yáng)輻射更容易到達(dá)地面，導(dǎo)致高溫頻發(fā)，且強(qiáng)度較強(qiáng)，進(jìn)而造成流域出現(xiàn)持續(xù)高溫干旱事件。此外，6月下旬以來(lái)，歐亞中高緯西風(fēng)帶內(nèi)以平直環(huán)流為主，導(dǎo)致入侵中國(guó)的冷空氣明顯偏少，特別是長(zhǎng)江流域罕有大股冷空氣入侵，從而減少了流域的降雨。這二者共同導(dǎo)致2022年夏季長(zhǎng)江流域出現(xiàn)持續(xù)性晴熱高溫少雨天氣，且基本無(wú)明顯降雨過(guò)程發(fā)展，造成上中下游來(lái)水均偏少，河道水量補(bǔ)充不足，水位顯著偏低。

(2)枯水高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，流域蒸發(fā)量大，缺墑嚴(yán)重。7月以來(lái)，受流域大范圍、長(zhǎng)時(shí)間高溫影響，流域下墊面蒸發(fā)量偏大，中下游多個(gè)站蒸發(fā)量達(dá)歷年同期最大值。蒸發(fā)量的加大進(jìn)一步導(dǎo)致土壤水分虧缺，當(dāng)有降雨過(guò)程時(shí)，首先補(bǔ)充土壤含水量，難以形成有效徑流匯入河道，而持續(xù)高溫少雨的天氣形勢(shì)，更加導(dǎo)致了流域缺墑嚴(yán)重。

(3)沿江取用水需求大，進(jìn)一步減少河川徑流。長(zhǎng)江中下游、鄱陽(yáng)湖流域、洞庭湖流域旱區(qū)，人口、農(nóng)作物集中，且夏季為農(nóng)作物生長(zhǎng)關(guān)鍵期，群眾飲水、農(nóng)業(yè)用水需求大。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江中下游大通站以上沿線各省市從干流引水流量約600 m3/s，約占8月實(shí)況平均流量的3%。為保障沿線旱區(qū)的供水安全，一定程度減少了河川徑流。

5 形勢(shì)展望

根據(jù)目前大氣環(huán)流狀況和海溫場(chǎng)演變趨勢(shì)，結(jié)合數(shù)值模式預(yù)測(cè)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析等，預(yù)計(jì)秋季長(zhǎng)江流域尤其是長(zhǎng)江中下游降水將繼續(xù)偏少。目前，副熱帶高壓西伸仍然比較偏西，依舊控制著長(zhǎng)江流域大部分地區(qū)，未來(lái)一段時(shí)間長(zhǎng)江流域仍然會(huì)出現(xiàn)明顯的高溫少雨。從目前的氣候趨勢(shì)變化來(lái)看，長(zhǎng)江流域的干旱尤其是中下游地區(qū)的干旱還會(huì)持續(xù)發(fā)展，江河來(lái)水仍將持續(xù)偏少、河湖水位繼續(xù)走低，水庫(kù)蓄水壓力大。

展望2022年冬季，由于冬季屬于長(zhǎng)江流域的枯季，降雨基數(shù)較小，降雨過(guò)程一般不多，預(yù)計(jì)冬季長(zhǎng)江流域旱情繼續(xù)維持的可能性較大，可能出現(xiàn)夏秋冬連旱。9月上旬末，上游水庫(kù)群待蓄水量約484億m3，其中金沙江水庫(kù)群待蓄水量198億m3(金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)近140億m3)，9月中下旬和10月是上游水庫(kù)群的蓄水關(guān)鍵期，總的蓄水量關(guān)系著今冬明春的用水安全，由于上游來(lái)水嚴(yán)重偏少和中下游的極低水位，蓄水與供水的矛盾巨大，金沙江下游梯級(jí)、三峽水庫(kù)將面臨十分嚴(yán)峻的蓄水形勢(shì)，另外，由于丹江口水庫(kù)蓄水嚴(yán)重不足，也將對(duì)2022～2023年度南水北調(diào)中線可調(diào)水量造成較大影響。

6 結(jié)論與思考

6.1 結(jié) 論

(1)2022年汛期長(zhǎng)江流域來(lái)水由豐轉(zhuǎn)枯，出現(xiàn)流域性嚴(yán)重枯水，中下游干流8月出現(xiàn)超100 a一遇枯水，最低水位為有實(shí)測(cè)記錄以來(lái)歷史同期最低。

(2)本次枯水呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：① 6月中旬豐枯急轉(zhuǎn)，流域降水為歷史同期最少；② 上中下游同枯，江河來(lái)水顯著偏少；③ 兩湖提前進(jìn)入枯水期，荊江三口中太平口、藕池口提前斷流；④ 中下游主要站水位突破歷史同期月最低水位；⑤ 水庫(kù)群待蓄水量大，可供水量較往年明顯偏少。

(3)研判未來(lái)旱情發(fā)展，秋冬長(zhǎng)江流域降水仍不樂(lè)觀，長(zhǎng)江中下游可能出現(xiàn)夏秋冬連旱，抗旱形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

(4)由于來(lái)水嚴(yán)重偏少和長(zhǎng)江水庫(kù)群蓄水不足，長(zhǎng)江中下游干流的極低水位態(tài)勢(shì)可能維持較長(zhǎng)時(shí)間，2022～2023年度的南水北調(diào)中線工程北調(diào)水量可能有較大程度減少。

6.2 思考與啟示

(1)強(qiáng)化旱情綜合信息監(jiān)測(cè)手段和信息共享。旱情信息監(jiān)測(cè)與共享主要涉及雨情、水情、工情和災(zāi)情。目前雨水情的監(jiān)測(cè)短板主要在于契合旱情評(píng)估需求的大范圍監(jiān)測(cè)能力不足，如流域內(nèi)土壤缺墑監(jiān)測(cè)站點(diǎn)少，遙感產(chǎn)品分辨率、精度難題還有待攻克；另外，流域內(nèi)中小水庫(kù)、沿江環(huán)湖引提水工程作為抗旱不可或缺的工程措施，急需建立信息共享和報(bào)告制度，以準(zhǔn)確、精細(xì)掌握長(zhǎng)江流域水量供需情況，科學(xué)進(jìn)行應(yīng)急水量調(diào)度，為最大限度滿足流域用水需求創(chuàng)造有利條件；災(zāi)情信息方面，建議進(jìn)一步拓寬旱情監(jiān)測(cè)信息范圍，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)手段，建立覆蓋全流域的降水、墑情、河道水文、各類(lèi)水庫(kù)、引提水工程、災(zāi)情信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多源信息的實(shí)時(shí)共享，逐步完善旱情信息報(bào)送制度，規(guī)范填報(bào)、審核等職責(zé)。

(2)提升多尺度干旱預(yù)測(cè)預(yù)警能力，加強(qiáng)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理。干旱預(yù)測(cè)以中長(zhǎng)期尺度為主，目前由于長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期尺度的天氣動(dòng)力物理機(jī)制尚存瓶頸，加之人類(lèi)活動(dòng)的累積影響，中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)的精度不高，需進(jìn)一步加強(qiáng)長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)模型、方法研究，開(kāi)展業(yè)務(wù)化實(shí)踐，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。同時(shí)，開(kāi)展長(zhǎng)江流域枯水、旱災(zāi)等級(jí)劃分及預(yù)警指標(biāo)體系研究，提升旱情預(yù)警能力。從旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理、應(yīng)急調(diào)度預(yù)案、抗旱應(yīng)急水量調(diào)度效益評(píng)估指標(biāo)體系等方面開(kāi)展專(zhuān)題研究，加強(qiáng)長(zhǎng)江流域應(yīng)對(duì)極端干旱抗風(fēng)險(xiǎn)能力，充分發(fā)揮水利工程群應(yīng)急水量聯(lián)合調(diào)度效益，為實(shí)現(xiàn)抗旱管理方式由“危機(jī)管理”向“風(fēng)險(xiǎn)管理”轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支撐。

(3)加強(qiáng)水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度研究，合理配置預(yù)留防洪庫(kù)容的時(shí)空布局，適時(shí)適量安排水庫(kù)蓄水。長(zhǎng)江流域控制性水庫(kù)群的調(diào)節(jié)庫(kù)容1 160億m3，防洪庫(kù)容705億m3，其中金沙江水庫(kù)群調(diào)節(jié)庫(kù)容374.6億m3，占比32%，防洪庫(kù)容217.7億m3，占比31%，容易造成集中蓄水，加劇三峽水庫(kù)及長(zhǎng)江中下游枯水的局面，因此，一般年份，應(yīng)在保障防洪安全的條件下，實(shí)施提前蓄水，適時(shí)適量有序安排水庫(kù)群的蓄水，避免后期集中蓄水，形成爭(zhēng)水搶水的不利局面。

說(shuō) 明

本文2022年水文要素采用報(bào)汛數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。