大伙房水库流域2020年与1985年暴雨洪水过程对比分析

翟兴 辽宁省辽河防洪工程有限责任公司

受地理条件和气候因素影响，大伙房水库流域主汛期暴雨过程集中。近年来，全球气候变暖，极端性强降雨事件呈上升趋势。极端性暴雨事件极易在中小河流域引发山洪等灾害，已有许多学者针对致灾暴雨的极端性、机理成因等方面进行了研究。高珩洲等通过对黔东南局地突发性暴雨的中尺度天气分析，得出山地、丘陵的高度变化对突发性暴雨强度和落区有重要作用。汪玲瑶等对江南地区夏季暖区暴雨的统计分析表明夏季长江以南地区暖区暴雨有极端性强、降雨强度大、局地性强等特点。张红华等发现高原槽前和西太平洋副热带高压边缘暖湿不稳定气流是江淮地区持续性暴雨主要水汽输送通道。金爱浩等通过分析南亚高压与西太平洋副热带高压经纬向位置配置对中国东部夏季降水的影响，表明副高异常偏南时江南一带降雨会显著偏多。卢小丹等对比分析了两个不同季节台风引发广西特大暴雨的水汽和螺旋度，结果显示强盛的西南季风形成了夏季南方暴雨区的宽广水汽输送通道。此外，对同一流域不同时期的暴雨洪水过程进行分析能够更好的掌握流域的暴雨洪水特征，为流域防汛减灾提供参考。杨文发等对长江上游“20·8”与“81·7”暴雨洪水进行了对比分析表明发生在长江上游大洪水主要由岷沱江、嘉陵江来水与干流底水遭遇形成。刘红武等通过对2019 年主汛期湖南两次致灾暴雨过程对比，分析了两次暴雨的环流形势场和水汽来源等特点。康玉侠对铁岭“1995.07”“2005.08”暴雨洪水对比，分析了暴雨成因和降雨空间分布等特征。唐洪恩等对四川泸县九曲河流域“2014.9.12”和“2014.9.18”；两场暴雨洪水进行对比，对暴雨的空间分布及洪水重现期等特征进行了分析。

1985年汛期，由于副热带高压明显偏北、偏强，引导台风北上，东北地区遭遇了历史罕见的台风“三连击”。无独有偶，时隔35年，2020年8月下旬至9月上旬，在短短半个月时间内，东北地区又遭遇了台风“三连击”，其频率之高、影响范围之大为历史仅有，据中国气象台统计数据显示，尚属首次，受台风影响，东北地区暴雨连连，洪水频发。本文以大伙房水库流域为研究区，利用大伙房水库2020年和1985年整编的降雨、径流数据，通过对2020年汛期和1985年汛期暴雨洪水进行对比，分析这两年暴雨洪水异常的成因和特征，提高对大伙房水库流域异常暴雨洪水规律的认识，以更好掌握台风对大伙房流域暴雨洪水的影响，旨在为今后流域暴雨洪水的科学调度和防洪减灾工作，提供一定的参考借鉴。

1.研究区概况

大伙房水库流域位于大辽河的支流浑河中上游，坐落在辽宁省抚顺市境内，流域面积5437k m。大伙房水库流域属于温带半湿润半干旱的季风气候，冬季寒冷干燥，降水稀少，夏季炎热多雨，多年平均降水量794mm，降雨主要集中在7、8月份，此间降雨约占全年降水的48.2%，洪水成因主要是此间的大暴雨。流域内山岭高度400-800m，山地占比80-95%，森林覆盖率52.7%流域内水系发育，主要有浑河、苏子河、社河三大支流，年平均径流量14.9亿m³。

大伙房水库是浑河上的主要控制性水利工程，它是一座以防洪及供水为主，兼顾发电、养鱼等综合利用的大（I）型水库，按1000年一遇洪水设计，可能最大洪水校核，库容22.68亿m³，控制流域面积5437平方公里。大伙房水库上游在各个支流上布置有入库站，分别是浑河北口前站、苏子河占贝站和社河南章党站。大伙房水库采用汛期分期的调度方式，汛期为每年的6月1日至9月20日，其中主汛期为7月11日至8月10日，这里将6月1日至7月10日统称为汛期前期，8月11日至9月20日统称为后汛期。大伙房水库流域如图1所示。

图1 大伙房流域图

2.暴雨特征分析

2.1 暴雨成因分析

2020年与1985年汛期的暴雨成因相似，主要由西太平洋副热带高压和北上台风配合为暴雨的形成创造了条件。2020年与1985年汛期西太平洋副热带高压和常年同期相比明显偏北、偏西，主要位于日本和日本海域附近，大伙房水库流域正处于副高边缘。同时副热带高压强度也较常年同期偏强，台风形成后在西太平洋副热带高压的引导下一路向北，一直到达我国东北地区，北上台风增多，此外东北地区还存在南下的东北冷涡，充沛的水汽源源不断输入东北地区，在西太平洋副热带高压、台风和东北冷涡等天气系统的共同作用下导致了暴雨的发生。

2.2 暴雨发展过程

2020年致洪暴雨过程发生在8月26日至9月8日，期间伴随着“巴威”“美莎克”和“海神”三个台风接连北上和高空槽的形成，形成了四次暴雨过程。8月27日第8号台风“巴威”在中国和朝鲜交界靠近朝鲜的平安北道沿海登陆，随后台风巴威由朝鲜进入中国辽宁省境内继而影响中国东北地区，受此影响，8月26日23时至28日23时流域普降暴雨，暴雨中心在苏子河上游，暴雨带呈东南-西北向，流域平均面降雨量53.9mm，最大点雨量发生在苏子河边外堡子站（92mm），最大雨强发生在社河傲牛站（32mm/3h）。随后受高空槽和副热带高压影响，8月31日17时至9月1日8时流域发生2020年最大一场暴雨过程，流域平均降雨量94.3mm，暴雨中心位于浑河上游，最大点雨量发生在浑河大苏河站（142mm），最大雨强发生在浑河大苏河站（61mm/3h），流域19处遥测雨量站中有8处降雨量达到大暴雨，11处降雨量达到暴雨，暴雨带呈东南-西北向。9月3日第9号台风“美莎克”在韩国南部庆尚南道釜山沿海登陆，随后台风“美莎克”穿过韩国南部进入日本海之后于9月3日在朝鲜东部二次登陆随后由朝鲜进入中国吉林省境内继而影响中国东北地区。受9号台风“美莎克”和冷涡共同影响，9月3日2时至3日20时流域普降暴雨，暴雨中心在社河上游，整个流域空间分布相对均匀，流域平均面降雨量54.5，最大点雨量发生在社河傲牛站（77mm），最大雨强发生在社河傲牛站（30mm/3h）。受10号台风“海神”和冷涡共同影响，9月7日13时至8日20时流域发生一次大的降雨过程，暴雨中心位于社河上游，流域平均降雨量66.5mm，最大点雨量发生在社河傲牛站（139mm），最大雨强发生在傲牛站（29mm/3h），暴雨带自西南至东北方向减弱，浑河上游降雨量相对较少。

1985年致洪暴雨过程发生在7月30日至8月19日，东北地区同样遭遇了台风“三连击”，期间伴随着台风接连北上，大伙房水库流域发生了四次暴雨过程。1985年8月2日6号台风“杰夫”于黄海岸一带登陆，受其影响，7月30日11时至8月3日5时，8月3日8时至8月5日14时流域连续发生2场暴雨，暴雨中心位于浑河，两次降雨叠加雨量190mm。8月14日8号台风“李伊”在黄海岸一带登陆，受此影响，大伙房水库流域在8月13日20时至8月15日8时再次普降暴雨，流域平均降雨量103.5mm。8月19日9号台风“玛美都”于辽东湾登陆，流域在8月18日11时至8月19日17时发生强降雨，暴雨中心位于苏子河，平均降雨量74mm。

2.3 暴雨特征对比分析

对比2020年和1985年暴雨成因可知，2020年和1985年暴雨均是由于西太平洋副热带高压偏北、偏强，稳定在日本及日本海区域，加之发源于西太平洋的台风北上以及东北冷涡在东北盘旋，三者共同作用形成暴雨。由暴雨形成过程可知，2020年和1985年暴雨具有场次降雨空间分布不均，暴雨中心多位于浑河上游的特征，但从汛期总的暴雨面降雨量看，降雨量空间分布相差不大。

通过对1985年和2020年历次暴雨特征值统计（表1）可知，2020年在13天内连续出现4场暴雨，总降雨历时112h，总降雨量269.2mm，1985年在20天内连续出现4场暴雨，总降雨历时210h，总降雨量367.5mm，表明1985年和2020年暴雨均具有频次高，降雨量大，历时短，雨强大等特点。从降雨时间看，1985年暴雨主要发生在八月上、中旬，属于流域主汛期末，2020年暴雨偏晚，发生在八月末值九月中旬，属于流域后汛期。由此可知，大伙房水库流域具有发生短期连续性暴雨的可能，且主汛期和后汛期均有可能发生，当地要注意由稳定西太平洋副热带高压、北上台风和东北冷涡共同作用形成的暴雨并制定相应暴雨应急方案。

表1 1985年与2020年历次降雨特征值表

3.洪水分析

3.1 洪水发展过程

由于2020年与1985年暴雨均具有频次高，降雨量大，历时短，雨强大等特点，受此影响，2020年与1985年各发生了4场洪水，大伙房水库站洪水过程见图2。

图2 2020年和1985年大伙房水库站洪水过程图

2020年4场入库洪水总量为10.6亿m，整个后汛期入库水量13.7亿m，创下大伙房出现建库以来后汛期最大入库水量。连续发生洪峰超过1000m/s的洪水3次，“20831”洪水为最大的一次洪水过程，造成此次洪水的暴雨历时短，强度大，土壤含水量接近饱和，因此产流速度较快，汇流时间较短。洪水从31日17时起涨，水位125.46m，9月1日16时出现洪峰流量3610m/s，1日水位日最大上涨2.38m，次洪量达3.83亿m。

1985 年4 次洪水洪峰超过1000 m/s 的洪水有，入库洪水总量达15.8 亿m。最大一场洪水为“85803”洪水，由于上场降雨与此次降雨时间间隔很短，前期强降雨导致土壤含水量基本饱和，径流系数高达0.96，洪水从8月3日降雨开始便开始起涨，水位126.69m，8月5日9时出现洪峰2790m/s，1日水位日最大上涨1.12m，次洪量达5.7亿m。

3.2 洪峰特征

将2020年4场洪水要素特征值加入到水库坝址历史洪水系列中，进行频率分析计算：“20831”洪水频率等级为近10 年一遇洪水标准，洪水等级划分为中洪水，排在建库以来的第8位。“20826”洪水、“20903”洪水、“20907”洪水频率等级为小于5年一遇洪水标准，洪水等级划分为小洪水。

将1985年4场洪水要素特征值加入到水库坝址历史洪水系列中，进行频率分析计算：“85803” 洪水、“85813”洪水频率等级为5年一遇洪水标准，洪水等级为中洪水，分别排在建库以来的第12位和第13位。“85818” 洪水、“85730” 洪水位小于5年一遇洪水标准，洪水等级划分为小洪水。2020年与1985年大伙房水库站洪水特征值见表2。

表2 1985年和2020年大伙房水库站历次洪水特征值表

根据大伙房水库三个入库站（北口前站、南章党站和占贝站）的洪峰监测数据，统计大伙房水库入库洪峰大于2000m³/s的洪峰组成，各个入库站及库周入库占水库洪峰的比重见图3，根据经验北口前站洪水到达入库口的时间为6h，南章党站和占贝站洪水到达入库口的时间为3h，本文以水库出现洪峰时刻（t）前6h北口前站的洪水流量计算t时刻水库洪峰的组成，同样，以水库出现洪峰时刻（t）前3h南章党站和占贝站站的洪水流量计算t时刻水库洪峰的组成。由图3可知，1985年暴雨洪水洪峰的组成库周、占贝站和北口前站占比较大，即苏子河和浑河来水较大，同时库周围来水较多，这也是造成洪水过程线陡涨的原因。2020年暴雨洪水洪峰的组成占贝站和北口前站占比较大，即苏子河和浑河来水较大，同1985年一致。由此可知，流域发生暴雨洪水时浑河和苏子河来水量较大，因此汛期要重点关注相应河流水位涨落及沿岸群众转移等工作。

图3 1985年和2020年大伙房水库站历次洪水洪峰组成图

3.3 洪水比较分析

2020年由于暴雨发生在后汛期，且具有雨量大，历时短，雨强大，范围广等特点，加之前期土壤含水量接近饱和，因此产流速度较快，汇流时间较短，使得洪峰流量大，峰型是尖瘦型，尤其是“20831”洪水比较典型，但“20907”洪水例外，由于降雨历史相对较长，同时洪水发生在汛末，上游水利工程进行大量拦蓄，使得本次洪水洪峰偏小，洪水入库滞后，退水历时延长。1985年洪水由于暴雨降雨量更大，土壤含水量也较高，产流速度也较快，但由于降雨历时较2020年长，使得在汇流时间上相比于2020年较长，退水也相对较慢，峰型相对来说肥胖一些，最大洪峰虽然没有2020年大，但洪水总量比2020年大。通过以上分析可知，大伙房水库流域主汛期及后汛期均有可能发生暴雨洪水，水库运行要做好中长期水文预报，在主汛期调度运用基础上编制后汛期调度运用计划，同时要掌握上、下游水利工程拦蓄情况，合理利用防洪库容，在保证水库安全的基础上达到下游不冲，上游不淹，水库蓄满的目标。

4.结论

本文通过对大伙房水库流域2020年和1985年受台风“三连击”影响造成的暴雨洪水进行分析，得出以下主要结论：

（1）2020年和1985年汛期，较为稳定的西太平洋副热带高压偏北、偏强，台风北上以及东北冷涡南下是造成2020年和1985年短期连续暴雨的主要原因。

（2）大伙房水库流域主汛期和后汛期均有发生短期连续性暴雨的可能，1985 年和2020 年暴雨均具有范围广，频次高，降雨量大，历时短，雨强大，次降雨空间分布不均的特点。

（3）2020年和1985年洪水受暴雨集中，范围广，前期土壤含水量接近饱和的影响，具有产流速度快，径流系数高，洪水过程叠加，洪水总量大，苏子河和浑河洪水占比较大的特点。

受上游水利工程等人为因素影响，大伙房水库入库洪水过程会发生明显改变，如“20907”洪水因上游水利工程进行大量拦蓄，造成了洪峰偏小，洪水入库滞后，退水历时长。因此在对洪水进行预报分析时，应综合考虑人为因素的影响，进行科学调度。此外，近年来极端天气频发，台风对东北地区的影响不可忽视，应加强对台风造成暴雨洪水的研究分析，同时，积极探索后汛期暴雨洪水调度运用，为将来水库科学调度提供可靠的依据，达到防洪减灾、充分利用雨洪资源的目标。