臺風“煙花”期間黃浦江上游洪水過程及高水位分析

易文林 俞匯 韋浩 聶源 文嘯

摘要：

為研究2021年第6號臺風“煙花”期間黃浦江上游洪水過程和高水位特征，在統(tǒng)計分析實測資料的基礎上，利用產(chǎn)匯流模型計算，分析了黃浦江上游洪水下泄過程，高水位時空分布特征及成因。結(jié)果表明：臺風“煙花”前期，受潮位頂托影響，黃浦江上游邊界潮水上溯明顯，后期邊界洪水顯著增大，主要通過黃浦江上游干流下泄；受臺風強度大、移速慢，風暴潮洪疊加，外河低潮過高，乘潮排水能力降低，黃浦江上游底水趨勢性抬升等綜合影響，黃浦江上游各潮位站最高水位普遍超歷史，超歷史幅度由北向南、由下游往上游遞增。研究成果可為黃浦江上游防汛工程調(diào)度的優(yōu)化完善提供基礎支撐。

關鍵詞：

洪水過程； 高水位； 臺風“煙花”； 黃浦江上游

中圖法分類號：TV122

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.05.003

文章編號：1006-0081（2023）05-0018-05

0 引 言

近年來，黃浦江上游最高水位不斷抬升，1997年“9711號”、2005年“麥莎”、2013年“菲特”期間的水位都刷新了歷史最高記錄。胡艷、林荷娟等［1-2］分析了“菲特”臺風期間太湖流域上游來水對上海地區(qū)的影響；徐建成等［3］從水利工程建設、太湖水位、潮汐特征、降雨等方面分析了“麥莎”臺風期間，黃浦江上游米市渡站潮位超歷史特點和原因。2021年臺風“煙花”期間，上海市58個國家基本水文站中，黃浦江中上游29個站的水位超歷史最高記錄。此次超歷史最高記錄的水文站數(shù)量最多，高水位持續(xù)時間最長，與以往臺風期間出現(xiàn)的水情差異較大。因此，本文深入分析臺風“煙花”期間，黃浦江上游水情特征和持續(xù)高水位成因，旨在為黃浦江防汛調(diào)度提供基礎支撐。

1 研究區(qū)域概況

上海位于長江三角洲前緣，濱江臨海，境內(nèi)河網(wǎng)密布，為典型的平原感潮河網(wǎng)地區(qū)。黃浦江干流貫穿市區(qū)，分為上游段和市區(qū)段，主要匯集太湖流域來水、本地來水，于吳淞口入長江。上游段有攔路港、斜塘、園泄涇三大支流，分別設有河祝、夏字圩、三角渡等控制站，主要承接江浙來水和本地來水，匯入上游干流（米市渡站）。市區(qū)段兩大主要支流為吳淞江（趙屯站、黃渡站）和淀浦河，主要承接江蘇來水和本地來水，匯入黃浦江干流［4］。

2 上游洪水

黃浦江上游洪水主要來源為浙江、江蘇邊界來水和本地產(chǎn)匯流，洪水主要通過黃浦江上游干流、支流淀浦河與吳淞江分別匯入黃浦江上、中、下游，乘潮排入長江。

2.1 江浙邊界來水變化

2021年臺風“煙花”期間，江蘇、浙江兩邊界前期逆流，后期來水顯著增大，占比發(fā)生變化（表1）。整個臺風影響期間（7月23～31日），扣除逆流水量后，邊界合計進入上海水量比上月同期略大，兩邊界占比發(fā)生顯著變化。7月23～31日，浙江、江蘇來水分別為1.41億m3和1.63億m3，分別占兩邊界總水量的46.3%和53.7%；其中浙江來水占比較上月同期（6月23日至7月1日）增大15.8%，江蘇來水占比相應減小。

2021年臺風“煙花”前期（7月23～26日，第一次登陸），受天文大潮頂托影響，浙江、江蘇兩邊界均總體逆流，逆流總水量接近，浙江、江蘇逆流總水量分別為0.21億m3和0.20億m3。盡管杭嘉湖區(qū)持續(xù)強降雨，但受天文大潮上溯動力影響，滬浙邊界普遍逆流。滬蘇邊界7月23～24日為下泄流量，25日起滬蘇邊界的太浦河太浦閘站（主要來水通道）下泄流量減小，直至關閘，滬蘇邊界也由順流轉(zhuǎn)為逆流。臺風“煙花”后期（7月27～31日，第二次登陸），隨著潮汐動力和上海市本地降雨減弱，兩邊界來水持續(xù)增大，滬浙、滬蘇邊界分別在29，31日下泄水量達到最大，比上月同期極值增大1～2倍（圖1）。

2.2 本地匯流水量

根據(jù)邊界來水、上游泄洪主要口門流量監(jiān)測資料，由水量平衡推算上游地區(qū)本地降雨匯流至上游三大排水通道控制斷面的水量，2021年臺風“煙花”前期為0.42億m3，后期為2.11億m3。

2.3 上游泄洪

2021年臺風“煙花”期間，黃浦江上游洪水通過黃浦江上游干流、支流淀浦河與吳淞江分別匯入黃浦江上、中、下游水量共計5.38億m3。上游干流（松浦大橋）泄洪總水量5.35億m3，比上月同期下泄水量增加62%，占上游總下泄洪水的99.4%。淀浦河由于兩岸青松片持續(xù)高水位，淀浦河開閘泄洪時間較短（7月29～31日），通過淀浦河西閘下泄洪水0.03億m3。吳淞江通過邊界趙屯站下泄洪水0.18億m3，占江蘇來水總量的10%，占總下泄水量的3.4%。洪水過程見圖2。

2021年臺風“煙花”期間，受滬蘇、滬浙邊界來水量變化影響，通過黃浦江上游三大支流進入黃浦江上游干流的水量組成變化較大。由于前期受風暴潮增水和天文大潮頂托影響，上游三大支流除園泄涇三角渡站7月26日由逆流轉(zhuǎn)為下泄外，其余兩支流均逆流。后期在上海市持續(xù)降雨和上游邊界來水持續(xù)增大的共同影響下，下泄水量顯著增大，干流松浦大橋站最大日均流量比上月同期極值增大1.5倍（7月28日為1 400 m3/s）。三大支流各控制斷面逐日泄洪水量組成變化較大。7月27日，由于浙江邊界來水顯著增大，園泄涇三角渡站下泄水量超過斜塘夏字圩站，與近年非臺風期間的調(diào)查成果相反；后期隨著江蘇邊界來水不斷增大，斜塘夏字圩站下泄占比逐漸增大。7月31日，斜塘夏字圩站下泄水量占比是園泄涇三角渡站的4倍，比近年倍比關系增大1.4倍（圖3）。

3 超歷史高水位

3.1 時空分布特性

2021年臺風“煙花”期間，受天文大潮、臺風增水、上游來水和本地降雨的綜合影響，黃浦江上游高低潮位均增水顯著。米市渡站最大增水達1.47 m，最高潮位（4.79 m）超歷史最高潮位，最高低潮位高于天文高潮。上游最高水位全線普遍突破臺風“菲特”最高記錄，部分站點低潮超過高潮警戒水位。鑒于黃浦江上游干流為主要泄洪通道，上游干流段自楊思閘（外）站開始，最高水位超歷史幅度自下游向上游逐漸增大（圖4），干流米市渡站超歷史0.20 m。同時因洪水下泄前期，滬浙邊界洪水下泄量多于滬蘇邊界，上游支流泄洪前期南部區(qū)域（園泄涇）洪水多于北部區(qū)域（斜塘），上游支流各站水位超歷史幅度由北往南、自下游向上游逐漸增大，滬浙邊界胥浦塘蔣古渡站超歷史幅度最大（0.43 m）。

2021年臺風“煙花”期間，黃浦江上游由南向北各潮位站先后出現(xiàn)最高潮位。黃浦江上游干流，三大支流中的大泖港、園泄涇，以及滬浙邊界南部的張涇河、掘石港，受臺風天文大潮頂托和初次登陸影響較大，各站點最高潮位普遍發(fā)生在7月26日凌晨的逆流轉(zhuǎn)順流前后。三大支流中的斜塘以上支流，以及滬浙邊界北部，滬蘇邊界南部，最高潮位均出現(xiàn)在7月27日凌晨的轉(zhuǎn)流前后。承接淀山湖來水的攔路港和滬蘇邊界北部區(qū)域，最高潮位均出現(xiàn)在7月28日凌晨的滬蘇邊界流量顯著增大期間。由此可見，黃浦江上游最高潮位普遍發(fā)生在上游下泄洪水與下游天文大潮相互頂托期間。如果前期上游來水顯著增大，洪峰前移，與天文大潮、臺風最大增水同時疊加，則上游水位將進一步增高。

3.2 高水位超歷史成因分析

本文從風暴潮洪疊加、排澇工情影響、上游水情背景等方面分析臺風“煙花”期間高水位超歷史原因。

（1） 臺風強度大、移速慢，降雨總量大，風暴潮洪疊加?！盁熁ā钡谝淮卧谥凵狡胀友睾５顷憰r，中心附近最大風力13級，中心最低氣壓為96.5 kPa，登陸后平均移速約6 km/h，遠小于一般臺風移速（15～20 km/h）。有研究表明［5］，臺風在岸邊產(chǎn)生的最大增水（實測潮位與天文潮位差值）隨臺風移速的減小而增加。因此“煙花”登錄時風應力的增水更加顯著（圖5）。2021年7月23～27日，上海市普降暴雨到大暴雨，累計降雨（283.8 mm）比2013年臺風“菲特”降雨增大24%。經(jīng)產(chǎn)匯流計算，黃浦江兩岸降雨產(chǎn)水13.46億m3。由圖6可見，在降水集中的2021年7月25～27日，米市渡站增水一直處在高位。7月23～26（農(nóng)歷十四至十七）日恰逢天文大潮，黃浦江上游干流松浦大橋站漲落潮量占比為1.31∶1，“菲特”同期天文大潮期間漲落潮量占比0.87∶1。由此可見，“煙花”期間天文大潮上溯動力明顯強于“菲特”，與上游邊界浙江、江蘇下泄洪水形成頂托，水位壅高。綜上，臺風強增水、本地強降雨增水、上游洪水增水與上溯動力增強的天文大潮疊加，引起水位顯著升高。

（2） 區(qū)域水利片大量澇水外排，澇水迅速歸槽。當遭遇暴雨時，黃浦江兩岸大量排澇泵站將圩內(nèi)澇水強排進入外河，與天文高潮形成頂托。經(jīng)產(chǎn)匯流計算，2021年7月22日14∶00至7月28日15∶00，黃浦江兩岸水利片向黃浦江排水3.48億m3，而黃浦江常水位下的槽蓄容量僅為3.65億m［6］。尤其是從7月25日12∶00至7月28日15∶00，兩岸水利控制片向黃浦江排水2.55億m3，澇水迅速歸槽匯集導致黃浦江干支流潮位迅速上漲（圖6），給上游地區(qū)水位抬升產(chǎn)生較大影響。

（3） 漲潮優(yōu)勢流顯著，外河低潮過高，乘潮排水能力降低。黃浦江上游干流松浦大橋站年平均漲潮量是落潮量的37%，落潮量占優(yōu)勢。2021年7月23日23∶00至7月26日13∶50（上游干流和南部支流最高水位發(fā)生在26日凌晨）漲潮2.5億m3，落潮1.9億m3，而“菲特”期間（2013年10月5日11∶50至10月8日13∶40）漲落潮量基本接近。由此可見，“煙花”影響前期漲潮優(yōu)勢流顯著，進入上游水量大于排水量，造成高低潮位均持續(xù)增高。米市渡站2021年7月27日凌晨低潮位高達3.70 m，比近10 a平均高潮位高出0.64 m，乘潮排水能力大幅降低。

（4） 上游來水增多，底水趨勢性抬升。1991年后黃浦江上游建成了一系列流域防洪工程，增加了太湖流域的泄流能力，部分洪水匯入黃浦江上游［4］。2002年“引江濟太”實施后，黃浦江上游干流流量顯著增大（圖7），松浦大橋站年平均流量9 a滑動均值近20 a增大了257 m3/s（比2000年滑動均值增大69.1%）。黃浦江及上游干支流高低潮位均顯著抬升，各站點近10 a平均高、低潮位比2000年前均值分別抬升0.25～0.31 m、0.28～0.47 m；上游干流米市渡站平均高低潮的9 a滑動均值，2020年分別比2013年“菲特”臺風前抬升0.12 m和0.18 m，低潮抬升比高潮抬升更加顯著（表2）。上游底水的抬升，對本次臺風水位創(chuàng)歷史新高也產(chǎn)生一定的影響。

4 結(jié)論與建議

（1） 2021年臺風“煙花”期間，黃浦江上游滬浙、滬蘇兩邊界來水前期逆流，后期顯著增大，占比發(fā)生變化，浙江來水占比相較于非臺風期間同期增大15.8%，江蘇邊界來水占比相應減小。黃浦江上游干流為邊界和上游本地洪水的主要泄洪通道，占上游總下泄洪水的99.4%；其次為吳淞江，占江蘇總來水的10%。受邊界來水過程變化影響，與非臺風期間相比，上游三大支流下泄水量占比變化較大；前期上游水量下泄加大，園泄涇下泄水量多于斜塘；后期江蘇來水增大，則斜塘下泄占比逐漸增大。

（2） 受臺風強度大、移速慢，風暴潮洪疊加，區(qū)域大量澇水強排歸槽，漲潮優(yōu)勢流顯著，外河低潮過高，黃浦江上游底水趨勢性抬升等綜合影響，黃浦江上游各站最高水位普遍超“菲特”臺風期間的歷史最高水位，超歷史幅度由北向南、由下游往上游遞增。但超歷史水位普遍發(fā)生在上游下泄洪水與下游天文大潮相互頂托期間。如果臺風影響前期上游來水進一步加大，洪峰前移，與天文大潮、臺風最大增水同時疊加，則上游水位將進一步增高。

（3） 目前，黃浦江上游洪水主要是通過黃浦江上游干流下泄，是黃浦江上游高水位持續(xù)升高原因之一。建議吳淞江工程完工盡快投入運行，特殊水情期間，該工程最高可以承泄蘇滬邊界5.6億～9.1億m3洪水，大幅減小黃浦江上游干流的泄洪水量，緩解上游水位持續(xù)升高壓力［7］。

參考文獻：

［1］ 胡艷，林荷娟，甘月云，等.“菲特”臺風期間上海地區(qū)上游來水量分析［J］.水文，2014，34（6）：93-95.

［2］ 林荷娟，甘月云，胡艷，等.2013年第23號“菲特”臺風期間太湖流域洪水運動分析［J］.湖泊科學，2015，27（3）：548-552.

［3］ 徐建成，劉水芹，金云，等.“麥莎”臺風影響期間黃浦江上游潮位變化特點及分析計算［J］ .城市道橋與防洪，2007，93（4）：14-18.

［4］ 易文林，文嘯，韋浩，等.上海市水雨情特性分析［J］.上海水務，2021（1）：45-48.

［5］ 周才揚，殷成團，章衛(wèi)勝，等.長江口臺風影響能力研究［J］.人民長江，2021，52（1）：27-30.

［6］ 劉曉濤.上海市第一次全國水利普查暨第二次水資源普查總報告［M］.北京：中國水利水電出版社，2013.

［7］ 滕兆明，王永紅，班玉龍，等.平原河網(wǎng)圩區(qū)超標準洪水防御對策研究——以昆山市為例［J］.水利水電快報，2022，43（9）：8-12.

（編輯：江 文）

Abstract：

In order to study the flood process and the characteristics of high water level in the upper reaches of Huangpu River during Typhoon In-fa in 2021，the flood discharge process in the upper reaches of Huangpu River，the space-time distribution characteristics and causes of high water level were analyzed by using the runoff generation and concentration model.The results showed that in the early stage of Typhoon In-fa，affected by the tidal level jacking，the tidal water at the upper boundary of the Huangpu River was obviously upstream，and the boundary flood at the later stage was significantly increased，mainly through the upstream main stream of the Huangpu River.Due to the comprehensive impact of typhoons high intensity，slow moving speed，superimposed storm surge and flood，high low tide in the outer river，low tidal drainage capacity，and the trend rise of bottom water in the upstream of the Huangpu River，the maximum water level at each tidal level station in the upstream of the Huangpu River was generally higher than the historical level，and the superhistorical range increases from north to south and from downstream to upstream.The research results can provide basic support for the optimization and improvement of flood control project scheduling in the upper reaches of the Huangpu River.

Key words：

flood process； high water level； typhoon In-fa； upper Huangpu River