沧州市2018年“8·14摩羯”台风暴雨与2017年“8·2低压暴雨”对比研究

张 倩，张进旗，吴兴国，哈建强

(河北省沧州水文勘测研究中心，河北 沧州 061000)

沧州市东临渤海湾，西邻保定市，北邻天津市，南部邻衡水市和山东省德州市。该区域全境属于北温带半湿润大陆性季风气候区，一年中春、夏、秋、冬四季分明，温度差别很大。据相关部门统计，沧州区域多年平均降水量约为551 mm,年降水量的大部分(约80%)一般情况下集中在每年的汛期(沧州地区汛期一般为6月1日至9月30日)，8月份是华北平原区的主汛期，也是沧州市的主汛期，更是沧州市汛期降雨最多的时期之一。

受到减弱的台风低压和冷空气的共同影响2017年8月2-3日，沧州市出现暴雨天气过程。2018年8月14-15日，受台风“摩羯”直接影响，沧州市再次出现暴雨天气过程，同时“摩羯”台风暴雨也是自新中国成立以来直接影响沧州雨量最大的一次台风雨。由于这两次暴雨过程雨量很大，也有典型代表性，特把这两场暴雨过程做定量分析，以期为相关防汛、抗旱、减灾和水资源管理等部门提供科学的数据支持。

1 暴雨特性对比分析

“8·2低压暴雨”从8月2日8时至8月3日8时作为统计时段，共计24 h。沧州市全地区平均降水量为67.2 mm，其中沧州主城区(新华区、运河区、开发区、高新区、沧县城区)99.4 mm。

沧州全地区2017年共有雨量监测站167个。量级达特大暴雨、降水量大于250 mm的雨量监测站有1个，不足全地区雨量监测站总数的1%；量级达到大暴雨、降水量小于250 mm且大于等于100 mm的雨量监测站有48个，约占全地区雨量监测站总数的27%；量级达到暴雨、降水量小于100 mm且大于等于50 mm的雨量监测站有44个，约占全地区雨量监测站总数的26%；量级达到大雨、降雨量小于50 mm且大于等于25 mm的雨量站有36个，约占全地区雨量监测站总数的22%；降水量小于25 mm的雨量监测站有38个，约占全地区雨量监测站总数的24%。

“8·2低压暴雨”主要降水时段为：2017年8月2日14时至8月3日3时。2日13时暴雨降水开始，16时开始雨势逐渐增强，19时达到本次暴雨的顶峰，3日3时后降水强度显著减小,3日5时基本结束。该强降水过程中，最大1 h降水量出现在渤海新区黄骅市黄骅港雨量监测站，发生时段为8月2日23时至8月3日0时,小时降水量达82.2 mm；最大3 h降水量也出现在黄骅港雨量监测站，发生时段为8月2日22时至8月3日1时，3 h降水量达到209.4 mm；最大6 h降水同样也出现在黄骅港雨量监测站，发生时段为8月2日21时至8月3日3时，6 h降水量达到256.2 mm。该次“低压暴雨”强降水最大点雨量出现在渤海新区黄骅市黄骅港雨量监测站，降水量为271.4 mm。降水最大点黄骅港雨量监测站降水过程见图1。

图1 “8·2低压暴雨”渤海新区黄骅市黄骅港雨量监测站降水过程Fig.1 “8·2 low pressure rainstorm” precipitation process in Bohai HuanghuaNew District Huanghua port rainfall monitoring station

“8·14摩羯台风暴雨”从8月14日8时至8月15日8时作为统计时段，共计24 h。沧州市全地区平均降水量为90.4 mm，其中沧州主城区(新华区、运河区、开发区、高新区、沧县城区)61.9 mm。

沧州全地区2018年共有雨量监测站180个。量级达到特大暴雨、降水量大于250 mm的雨量监测站有9个，约占全地区雨量监测站总数的5%；量级达到大暴雨、降水量小于250 mm且大于等于100 mm的雨量监测站有58个，约占全地区雨量监测站总数的33%；量级达到暴雨、降水量小于100 mm且大于等于50 mm的雨量监测站有29个，约占全地区雨量监测站总数的16%；量级达到大雨、降雨量小于50 mm且大于等于25 mm的雨量站有29个，约占全地区雨量监测站总数的16%；降水量小于25 mm的雨量监测站有55个，约占全地区雨量监测站总数的30%。

该次“摩羯台风暴雨”过程主要降水时间集中在8月14日11时至8月15日2时。14日8时暴雨降水开始，11时开始雨势逐渐增强，19时达到本次暴雨的顶峰，15日2时后降水强度显著减小，15日4时基本结束。该强降水过程中，最大1 h降水量出现在盐山县县城雨量监测站，发生时段为8月14日16时至8月14日17时。小时降雨量达100.2 mm；最大3 h降水量也出现在盐山县县城雨量监测站，发生时段为8月14日14时至8月14日17时，3 h降水量达166.0 mm；最大6 h降水量同样出现在盐山县县城雨量监测站，发生时段为8月14日14时至8月14日20时，6 h降水量达281.2 mm。以此可以看出，盐山县县城雨量监测站为“摩羯台风”强降水出现的最大点雨量，降水量达到344.6 mm。降雨最大点盐山县县城雨量监测站降雨过程见图2。“8·2低压暴雨”与“8·14摩羯台风暴雨”降水情况对比表，见表1。

图2 “8·14暴雨”盐山县县城站降雨过程Fig.2 “8·14 rainfall” process in Yanshan county urban station

表1 “8·2低压暴雨”与“8·14摩羯台风暴雨”两场暴雨情况对比表Tab.1 Comparison of two rainstorm situations between “8·2 low pressure rainstorm” and “8·14 capricorn typhoon rainstorm”

2 河道过水情况与洼淀蓄水对比分析

2.1 河道过水情况对比分析

2017年“8·2低压暴雨”发生后，对沧州地区运东所有河道及时进行了查勘和巡测，经过查勘和巡查共有6条河道产流过水。通过巡测数据可知，6条过水河道中，曹庄子监测站(大浪淀排水渠)8月4日9时达到最大流量14.9 m3/s，南大港监测站(廖家洼排干)8月4日9时达到最大流量11.9 m3/s，许官监测站(六十六排干)8月3日9时达到最大流量8.29 m3/s，八里庄监测站(黄南排干)8月4日9时达到最大流量4.00 m3/s，孔庄子监测站(南大港水库引水渠)8月3日9时达到最大流量3.47 m3/s，乾港监测站(老石碑河)8月3日9时达到最大流量2.89 m3/s。

2018年“8·14摩羯台风暴雨”过后，也对沧州地区运东所有河道及时进行了查勘和巡测，经过查勘和巡查共有10条河道产流过水。与2017年“8·2低压暴雨”相比，流量有了较大的增长，比较明显的有：新立庄监测站(宣惠河)流量达136 m3/s，曹庄子监测站(大浪淀排水渠)流量达110 m3/s等。从以上两个运东地区典型河道产生径流增幅说明，“8·14摩羯台风暴雨”强度大，历时长，汇流时间显著缩短，这使得径流流入河道时间大大缩短，流量出现显著增大。两次暴雨后河道流量对比见表2。

表2 “8·2低压暴雨”与“8·14摩羯台风暴雨”后河道过水情况对比表Tab.2 Comparison between the “8·2 low pressure rainstorm” and the “8·14 capricorn typhoon rainstorm”

2.2 洼淀蓄水对比分析

2017年“8·2低压暴雨”之前，据8月2日8时相关部门观测数据：白洋淀(十方院)水位(黄海高程，下同)6.41m，对应蓄量2.080×108m3；大浪淀水库水位11.15 m，对应蓄量0.784×108m3。本次“低压暴雨”过后，据8月3日8时相关部门观测数据：白洋淀(十方院)水位6.45 m，对应蓄量2.147×108m3；大浪淀水库水位11.21 m，对应蓄量0.794×108m3。暴雨之后，白洋淀(十方院)水位增长0.04 m，蓄水量增加0.067×108m3(670×104m3)，南支和北支入淀9条河道中只有潴龙河和府河2条河流有较小的流量)，扣除河道入淀水量后，“8·2暴雨”使得白洋淀蓄水量净增加0.064×108m3(640×104m3)；大浪淀水库水位增长0.06 m，蓄水量增加0.010×108m3(100×104m3，大浪淀水库平均入库量与平均出库量持平，蓄水增量全部来自降水)。

2018年“摩羯台风暴雨”之前，据8月14日8时相关部门观测数据：白洋淀(十方院)水位6.95 m，对应蓄量3.263×108m3；大浪淀水库水位11.69 m，对应蓄量0.868×108m3。本次“台风暴雨”过后，据8月15日8时相关部门观测数据：白洋淀(十方院)水位7.01 m，对应蓄量3.411×108m3；大浪淀水库水位11.79 m，对应蓄量0.889×108m3。暴雨之后，白洋淀(十方院)水位增长0.06 m，蓄水量增加0.148×108m3(1 480×104m3)，南支和北支入淀9条河道中只有白沟引河、府河、清水河、潴龙河4条河流有较小的流量，扣除这些河道入淀水量后，“8·14暴雨”使得白洋淀蓄水量净增加0.098×108m3(980×104m3)；大浪淀水库水位增长0.10 m，蓄水量增加0.014×108m3(140×104m3，大浪淀水库引水入库量为0.007×108m3，降水量为相应蓄水量与引水量差值)。

从以上可得出，此两场暴雨对两个洼淀蓄水量增加都起到了比较大的作用。“8·2低压暴雨”在大浪淀、白洋淀共蓄水约740×104m3，“8·14摩羯台风暴雨”在大浪淀、白洋淀共蓄水约1 120×104m3。具体比较情况见表3。

表3 “8·2低压暴雨”与“8·14摩羯台风暴雨”后洼淀蓄水情况对比表Tab.3 Comparison between “8·2 low pressure rainstorm” and “8·14 capricorn typhoon rainstorm”

3 地下水影响对比分析

2017年“8·2低压暴雨”和2018年“8·14摩羯台风暴雨”都使得沧州地区大部分区域浅层地下水埋深减小，浅层地下水位都得到较为明显的抬升。根据沧州水文水资源勘测局浅层地下水动态监测站网计算，2017年8月底与7月底比较，沧州全地区平均浅层地下埋深减小1.12 m，特别是“8·2低压暴雨”过后，浅层地下水埋深减小较为明显。各县(市)地下水埋深减幅不一，其中孟村县平均浅层地下水埋深减幅最大达到2.02 m，其次是南皮县平均浅层地下水埋深减幅为1.90 m。2018年8月底与7月底比较，沧州全地区平均浅层地下埋深减小0.67 m，特别是“8·14摩羯台风暴雨”过后，浅层地下水埋深减小也较为明显。沧州各县(市)地下水埋深减幅也是不一，其中孟村县平均浅层地下水埋深减幅最大达到2.07 m；其次是海兴县平均浅层地下水埋深减幅为1.81 m。图3为2017、2018年部分县(市)浅层地下水平均埋深图。

图3 部分县(市)浅层地下水平均埋深图Fig.3 Part of county (city) shallow underground horizontal buried depth map

由图3可以直观地看出，以上县(市)2017年7-8月以及2018年7-8月浅层地下水平均埋深，由于受到2017年“8·2低压暴雨”和2018年“8·14摩羯台风暴雨”影响，大部分县(市)浅层地下水平均埋深都不同程度的减小。而且可以很明显的看出，2018年7月份浅层地下水平均埋深整体上都比2017年7月份小，在经历了“8·14摩羯台风暴雨”后，2018年8月份浅层地下水平均埋深比2017年8月份更是显著减小。从斜率直线可以看出，“8·2暴雨”和“8·14暴雨”使埋深下降的速度基本相当。

4 土壤墒情影响对比分析

根据相关规定：60%<土壤相对湿度为无旱(或称为正常)，50 <土壤相对湿度≤60为轻度干旱，40 <土壤相对湿度≤50为中度干旱，30 <土壤相对湿度≤40为重度干旱，土壤相对湿度≤30为特别重度干旱。

据相关部门土壤墒情监测站网信息显示，“8·2低压暴雨”发生前，2017年7月21日对全沧州区域34处旱地地块(不进行灌溉的地块，下同)进行了土壤墒情实时监测，结果为：所有监测地块中有5处重度干旱，6处中度干旱，12处轻度干旱，11处正常，干土层厚度为0～5 cm，旱情发生率为67.6%。“8·2低压暴雨”发生后，2017年8月11日对全沧州区域34处旱地地块又进行了土壤墒情实时监测，结果为：所有监测地块中有0处重度干旱，4处中度干旱，1处轻度干旱，29处正常，干土层厚度均为0～2 cm，旱情发生率为14.7%。

同样，“8·14摩羯台风暴雨”发生前， 2018年8月11日对全沧州区域34处旱地作物进行了土壤墒情实时监测，结果为：所有监测地块中有1处重度干旱，2处中度干旱，7处轻度干旱，24处正常，干土层厚度均为0～4 cm，旱情发生率为29.4%。“8·14摩羯台风暴雨”发生后,2018年8月21日对全沧州区域34处旱地地块又进行了土壤墒情实时监测，结果为：所有监测地块中有0处重度干旱，2处中度干旱，1处轻度干旱，31处正常，干土层厚度均为0～3 cm，旱情发生率为8.9%。

从以上数据可以看出，两场暴雨过程都使得沧州区域内土壤墒情得到增加。“8·14摩羯台风暴雨”过后，旱情发生率从发生前的29.4%下降为8.9%，土壤墒情得到较为明显的缓解。“8·2低压暴雨”前比“8·14摩羯台风暴雨”前旱地作物旱情发生率较高，故“8·2低压暴雨”发生后土壤含水率变化更多，旱情发生率从67.6%下降为14.7%，区域内土壤墒情显著增加，旱情得到很大程度的缓解。

5 结 语

1) “8·2低压暴雨”主要降水历时比“8·14摩羯台风暴雨”短，前者主要历时约为14 h，后者约为16 h。

2) “8·2低压暴雨”降水强度比“8·14摩羯台风暴雨”稍大一些，但是最大小时降雨量后者大于前者。据相关统计，前者小时雨量P1≥25 mm的有147站次，小时雨量P1≥50 mm的有35站次，最大小时降水量为82.2；后者小时雨量P1≥25 mm的有143站次，小时雨量P1≥50 mm的有24站次，最大小时降水量为100.2 mm。

3) “8·2低压暴雨”日降水总量比“8·14摩羯台风暴雨”小。据相关统计，前者日降水总量为67.2 mm，而后者日降水总量为90.4 mm；后者约为前者的1.4倍。

4) “8·2低压暴雨”对主城区降水影响比“8·14摩羯台风暴雨”大。前者24 h沧州主城区(新华区、运河区、开发区、高新区、沧县城区)降水量为99.4 mm，而后者24 h沧州主城区(新华区、运河区、开发区、高新区、沧县城区)降水量为61.9 mm。由此可知，前者对于城市防洪除涝影响更为显著。

5) “8·14摩羯台风暴雨” 比“8·2低压暴雨”产生径流的河道多，而且流量也增大显著。前者由于局部地区强度很大，汇流时间显著缩短，这使得径流流入河道时间大大缩短，径流以较短的时间汇入河道，使10条沧州运东河道均产生地表径流，而后者仅使得6条河流产生径流；且从河道产生的最大流量比较，前者约为后者的9倍。

6) “8·2低压暴雨”和“8·14摩羯台风暴雨”都使沧州全区浅层地下水平均埋深减小了，尤其是东南部各县(市)；通过斜率线可以看出，两者使埋深下降的速度基本相当。

7) “8·2低压暴雨”和“8·14摩羯台风暴雨”都使得沧州区域旱情发生率得到不同程度的降低，由于前者发生前旱情发生率偏高，故发生后土壤墒情显著增加，旱情发生率变化比后者大。