辛 江,李 博,王志剛
(大連市水文水資源局,遼寧 大連 116023)
大連市屬于暖濕與干燥過(guò)渡區(qū),有明顯的季風(fēng)性氣候,四季寒暖、干濕分明,由于所處地理位置、自然環(huán)境以及大氣環(huán)流的影響,使大連市降水量在時(shí)空分布上極不均勻。全市多年平均降水量約635 mm,降水量主要集中在6—9月,占全年降水量的70%以上,其中6—8月為洪水頻發(fā)期,約占全年降水量的60%左右。各地年平均降水量自西南向東北遞增,在450~1100 mm之間變化,地理位置和自然氣候條件決定了大連市是一個(gè)水旱災(zāi)害發(fā)生頻繁的地區(qū)。僅據(jù)1949年以來(lái)的水文資料統(tǒng)計(jì),就發(fā)生過(guò)12次大洪水或特大洪水,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失。
為了更好地為防汛服務(wù),大連市水文水資源局長(zhǎng)期開(kāi)展利用中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)理論進(jìn)行年度汛期水情趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析,對(duì)汛期降水、洪水發(fā)生規(guī)律和趨勢(shì)進(jìn)行定性、定量分析,以供各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門(mén)進(jìn)行年度防汛和水資源開(kāi)發(fā)、利用等工作參考,為水資源的管理、高效利用、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供參考依據(jù)。
在進(jìn)行汛期水情分析預(yù)測(cè)時(shí),選擇6—8月的雨水情作為分析時(shí)段,其主要原因?yàn)槿绻麑⒄麄€(gè)汛期(6—9月)作為分析對(duì)象,9月的降雨量一般要比7,8兩個(gè)月顯著偏少,有可能使汛期降雨量得到坦化,從而掩蓋暴雨時(shí)間分布的差異性。而6月降雨量一般也較少,但其降雨量即使不發(fā)生較大洪水,但也會(huì)增加流域土壤蓄水量或河道中底水及水庫(kù)蓄水量,從而在7,8兩月發(fā)生暴雨時(shí),增加洪水甚至是成災(zāi)的可能性,因而在汛期描述上與通常意義的汛期(6—9月)有一定差異。
汛期降雨階段性明顯,暴雨頻繁,汛期降雨日數(shù)較多,局部降雨歷時(shí)較長(zhǎng)、時(shí)段總量較大、強(qiáng)度較強(qiáng),汛情結(jié)束較晚。降雨時(shí)空分布不均,汛期主要暴雨過(guò)程為7次。
2010年全市平均降水量為749 mm,比多年均值635 mm多18%,比2009年同期平均降水量625 mm多19.8%,6—9月全市平均降水量為539 mm,比2009年同期平均降水量381 mm多41.5%,比多年均值480 mm多12.3%。
汛期全市主要降雨過(guò)程7次:
1)6月28日0時(shí)至29日8時(shí)全區(qū)普降中到大雨,局部地區(qū)大暴雨,最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在瓦房店市區(qū)為169 mm。
2)7月11日0時(shí)至13日8時(shí)全區(qū)普降中到大雨,局部地區(qū)暴雨,最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在莊河市石佛溝雨量站為105 mm。
3)7月20日2時(shí)至22日8時(shí)全區(qū)普降中到大雨,局部地區(qū)暴雨,最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在旅順鐵山甲水庫(kù)為105 mm。
4)8月4日5時(shí)至5日16時(shí),全市普降陣雨,降雨量分布不均。瓦房店中到大雨,普蘭店?yáng)|部、莊河中西部大到暴雨,其他地區(qū)為小雨,最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在莊河市仙人洞鎮(zhèn)為110 mm。
5)8月8日0時(shí)至10日14時(shí),全市普降暴雨,局部地區(qū)為大暴雨。全市平均131 mm,最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在莊河市干甸水庫(kù)為207 mm。此次降雨持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),歷時(shí)63 h。
6)8月19日10時(shí)至23日8時(shí),全市普降大到暴雨,局部地區(qū)為大暴雨,降雨時(shí)空分布不均,瓦房店西部、北部,莊河北部為大暴雨,其它地區(qū)為大到暴雨,最大點(diǎn)雨量在瓦房店市達(dá)營(yíng)水庫(kù)為201 mm。
7)8月27日8時(shí)至29日8時(shí),大連地區(qū)普降大到暴雨,莊河?xùn)|部、瓦房店?yáng)|部、普蘭店西部、金州地區(qū)為暴雨,降雨量56~107 mm,普蘭店?yáng)|部、莊河西部、瓦房店西部為大雨35~50 mm,其它地區(qū)為大雨到暴雨25~64 mm。最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在瓦房店市內(nèi)為107 mm。
2010年汛期,由于主要降雨集中在大中型水庫(kù)流域上游,產(chǎn)生的徑流量較大,客觀地造成了水庫(kù)蓄水量的增加。汛期超汛限水位并泄洪的大中型水庫(kù)有10座,其他46座小(Ι)型水庫(kù)、186座?。↖I)型水庫(kù)大多數(shù)都有不同程度的泄水。大連地區(qū)5條較大河流發(fā)生了一般洪水過(guò)程,多條中小河流發(fā)生了中等洪水過(guò)程,碧流河繭場(chǎng)站8月20日出現(xiàn)洪峰流量447 m3/s,復(fù)州河關(guān)家屯站8月9日出現(xiàn)洪峰流量282 m3/s,莊河沙里涂站8月9日出現(xiàn)洪峰流量230 m3/s英那河支流冰峪溝站8月8日出現(xiàn)洪峰流量185 m3/s;登沙河站8月29日出現(xiàn)洪峰流量206 m3/s。采用洪峰流量地區(qū)組成法及頻率曲線分析法,綜合確定以上河道洪水均小于5年一遇標(biāo)準(zhǔn),為一般洪水。
根據(jù)157年太陽(yáng)黑子活動(dòng)規(guī)律與大連市洪澇災(zāi)害的關(guān)系分析,發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)年周期性變化(其周期為11年)對(duì)大連市夏季降水的影響極為顯著。大連市大范圍洪澇災(zāi)害多發(fā)生在太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)的下降段,其出現(xiàn)概率達(dá)到82%,統(tǒng)計(jì)分析1949年以來(lái)的資料,所發(fā)生的10次大洪水均是如此,而且越接近谷底段發(fā)生大洪水的可能性就越大。2000年太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)年平均值處于峰值(135),2010年為峰值后第10年(減為15.1),利用自回歸滑動(dòng)平均分析2011年將從前幾年的下降段轉(zhuǎn)為上升段,而且統(tǒng)計(jì)1952年以來(lái)因洪水而造成的大災(zāi)以上量級(jí)的洪害表明:共發(fā)生12次,均發(fā)生在太陽(yáng)黑子下降段,引人關(guān)注的是有10次發(fā)生在太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)的數(shù)量在40以下,其出現(xiàn)概率為83%。另外從52年以來(lái)處于最低谷值時(shí),僅有1977,1987年發(fā)生局地性一般災(zāi)情記錄,1957,1967,1999年無(wú)災(zāi)情記錄。據(jù)此分析,2011年大連市具有發(fā)生局地性一般洪水量級(jí)(一般災(zāi)情)的可能性。見(jiàn)圖1。
圖1 太陽(yáng)黑子活動(dòng)規(guī)律圖
根據(jù)大連市52年(1956—2010年資料完整)汛期(6—8月)全市及分區(qū)(西部、東部、南部)平均降水量,主要河流最大洪峰流量(碧流河-繭場(chǎng)站-碧流河水庫(kù)站,復(fù)州河-松樹(shù)水庫(kù)站-東風(fēng)水庫(kù)站-關(guān)家屯站,英那河-史家堡、冰峪溝站-英那河水庫(kù)站,莊河-沙里涂站,大沙河-劉大水庫(kù)站,登沙河-登沙河站,自由河-嶺前站),采用周期分析法進(jìn)行演變規(guī)律分析及曲線自身滑動(dòng)平均分析表明:20世紀(jì)60年代,是大連市暴雨洪水的多發(fā)年代。10年降水量平均值比多年均值高出62 mm,共有3年在不同流域發(fā)生大洪水,災(zāi)情記錄為3次大災(zāi)量級(jí)。70年代及80年代,10年降水量平均值與多年均值持平,共有4年在不同流域發(fā)生大洪水,災(zāi)情記錄為4次大災(zāi)量級(jí),1次特大災(zāi)量級(jí)。90年代,10年降水量平均值比多年均值多5 mm,有2年在不同流域發(fā)生大洪水,災(zāi)情記錄為1次大災(zāi)量級(jí)。進(jìn)入2000年以后出現(xiàn)了旱澇交替的波動(dòng)時(shí)期,多以旱為主。發(fā)生了2002,2009年建國(guó)以來(lái)少有的干旱,2010年出現(xiàn)了至1998年以來(lái)最大洪水。根據(jù)上述降水及洪水演變規(guī)律分析,進(jìn)入2000年以來(lái)全市及各區(qū)降水量多在多年均值以下,其第一次峰值在2001年,谷底值在2002年,2003—2010年為波動(dòng)時(shí)期。從長(zhǎng)系列分析,2010,2011年均靠近豐水年變化周期,但是,由于大連地區(qū)受地理位置、自然環(huán)境和大氣環(huán)流的影響,還受潮汐引力、地磁力和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的共同影響,致使大連地區(qū)降水量在時(shí)空分布上極不均勻,也使降水的周期性變化有所振動(dòng)。由此分析,2011年降水將小于多年均值,但其幅度不會(huì)太大。
采用模糊數(shù)學(xué)方法,根據(jù)全市年、汛期平均降雨量及分區(qū)降雨量演變過(guò)程中所表現(xiàn)出的與太陽(yáng)黑子活動(dòng)規(guī)律相接近的11年周期變化過(guò)程,將待預(yù)報(bào)的2011年前11年實(shí)際觀測(cè)值做為待識(shí)別的子系列B,與由歷史資料組成的各個(gè)系列A1,A2,……,AM進(jìn)行比較識(shí)別,按照非模糊集擇近原則,選擇貼近度最大的模式,其預(yù)報(bào)結(jié)論就可做出,計(jì)算結(jié)果表明:2011年前11年的變化接近于1977—1987(貼近度在 0.64)、1986—1996(貼近度在 0.69)、1989—1999(貼近度在0.70)的降水變化規(guī)律,其貼近度在0.63至0.70之間,平均值為0.67。按照此方法分析,2011年汛期全市降水量在420~500 mm之間,平均值為475 mm,少于多年均值一成左右;西部地區(qū)在420~450 mm,平均值為425 mm,少于多年均值1~2成左右;東部地區(qū)在550~600 mm,平均值為575 mm,接近多年均值;南部地區(qū)在400~450 mm,平均值為425 mm,少于多年均值近1成。
逢一年洪水分析:根據(jù)《大連市水旱災(zāi)害》中1901—1990年記載,并補(bǔ)充資料至2010年,將100余年逢一年的洪水災(zāi)害資料做出分析,有如下一些特點(diǎn):大災(zāi)主要集中在1949年以前,以后僅有局地性一般性災(zāi)害記載,據(jù)此分析,2011年可能發(fā)生局地性一般災(zāi)害。
通過(guò)對(duì)大連地區(qū)50多年的降水資料、暴雨洪水資料、降雨規(guī)律、洪水的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及歷史洪水成因等分析,大連地區(qū)豐枯水的變化大周期大致為60年左右,小周期大致為11年左右。目前,大連市處于豐水年變化周期,也靠近局地暴雨頻發(fā)年振動(dòng)周期,經(jīng)分析預(yù)測(cè):
2011年大連地區(qū)汛期平均降雨量將接近正常年份,東部局地將比常年多1~2成,西部地區(qū)、南部地區(qū)比常年少1~2成。由于時(shí)空分布不均,出現(xiàn)春旱、秋吊、雨量集中的可能性較大,也可能發(fā)生局部大暴雨或特大暴雨,部分河流可能發(fā)生一定量級(jí)的洪水。值得注意的是:局部暴雨洪水災(zāi)害對(duì)大連市的侵襲時(shí)有發(fā)生,往往是由小而強(qiáng)的天氣系統(tǒng)造成的,具有明顯的突發(fā)性。由于其集中在小區(qū)域范圍和短時(shí)間內(nèi),常常會(huì)發(fā)生局部暴雨洪水。因此,2011年要警惕極端天氣造成的中小河流、中小型水庫(kù)和中小城鎮(zhèn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生,要特別警惕由于局部突發(fā)性暴雨所引發(fā)的山洪、泥石流的發(fā)生,還要注意沿海地區(qū)河流洪峰與風(fēng)暴潮相頂托造成的災(zāi)害以及旱澇交替現(xiàn)象的出現(xiàn)。