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我国入汛日期确定方法研究与思考

  【摘要】入汛日期是指当年进入汛期的开始日期。水利部水文局在分析研究气象部门和各地现行入汛相关标准和规定,收集整理我国南方地区近50年来的暴雨、洪水资料,总结历年暴雨洪水最早发生时间规律等基础上,编制完成了《我国入汛日期确定办法(试行)》(简称《办法》),并于2014年年初由国家防总印发实施。分析了我国入汛日期确定办法现状及存在问题,介绍了我国入汛日期确定的研究思路以及入汛指标和确定方法,探讨了《办法》实施的技术难点及对策。

  我国气候复杂多变,降水时空分布不均,洪水发生有明显的季节性和地区性。从全国范围来看,各地每年发生暴雨、洪水的日期往往早晚不一,通常南方地区暴雨、洪水发生时间较早,北方地区则较晚。

  近年来,我国暴雨洪水灾害呈现多发、频发、重发趋势,引起国家高度重视和社会广泛关注,防汛工作面临任务重、要求高、压力大的严峻挑战。科学合理确定每年入汛日期,是安排部署防汛抗洪工作、提高社会公众防洪意识的重要依据,对提高防洪管理水平具有重要意义。由于缺乏统一的入汛标准,每年入汛时间的早晚存在诸多争议,一定程度上影响全国防汛工作的统一部署。为此,需要研究制定《我国入汛日期确定办法》(以下简称《办法》),统一标准,并在全国范围实施。

  我国气象部门根据自身业务工作需要,制定了气象意义上的“入汛日”标准,即根据当地累计降雨量和降雨历时来定义汛期开始日。一般规定:某地某年连续10d内累计降水量大于等于40mm,则降水第1天定为该地气象意义上的汛期开始日;某市辖区内超过70%的县站进入气象意义上的汛期的当天,定为该市进入气象意义上的汛期开始日;某省70%以上的市地进入气象意义上的汛期的当天,定为该省进入气象意义上的汛期开始日。实际上,气象部门现有的“入汛日”标准,不是严格防汛意义上的入汛标准,其相当于“进入雨季”标准,主要用于评估某地某年进入雨季时间的早晚。

  我国防汛部门根据当地多年洪水规律规定汛期起止日期。《中华人民共和国防洪法》第四十一条规定,省、自治区、直辖市人民政府防汛指挥机构根据当地的洪水规律,规定汛期起止日期。各地防汛部门据此在研究当地多年的洪水规律基础上,规定了各自的汛期起止日期。比如,江西省规定每年4月1日入汛[1];浙江省规定每年4月15日入汛[2];福建省规定每年4月1日入汛[3];海南省规定每年5月15日入汛[4];江苏、湖北等省规定每年5月1日入汛[5-6]等。每年固定入汛日期,已不能适应新时期防汛工作的要求,如2012年3月上旬我国南方发生了1998年以来最大范围的春汛,浙江、福建、江西、湖南、广东等省30多条河流发生超警洪水,汛情发生时间比当地规定的入汛时间提早了1个月左右,发生这样的汛情就应提早进行防汛工作部署。

  综合考虑我国暴雨洪水规律,本着入汛标准确定的多年平均入汛日期应与现行防汛工作相协调的原则,科学制定入汛标准。通过对历史暴雨洪水资料进行分析,首先确定我国较早发生暴雨洪水的省份作为研究区域;再从暴雨、洪水两方面因素考虑,选取合理的入汛判别指标;通过进一步的资料分析,研究提出基于不同入汛指标的我国入汛日期确定标准。

  根据我国暴雨洪水发生规律,江南、华南、西南等南方地区洪水较早,区域主要集中在浙江、福建、江西、湖南、广东和广西等6个省(自治区)。为此,收集整理了上述6省(自治区)1964~2013年共50年的暴雨、洪水资料,分析计算了每年不同历时暴雨的降雨历时、降雨强度、覆盖范围,并提取了6省(自治区)所有512个有警戒水位的水文(位)站的集水面积、首次超警时间等信息,提出我国入汛日期确定的入汛指标和判别标准。

  入汛日期是指当年进入汛期的开始日期。综合考虑现行相关标准,力求入汛判别指标科学合理,操作简便易行。考虑暴雨、洪水两方面因素,入汛日期采用雨量和水位两个入汛指标之一确定。

  对于暴雨因素而言,需要通过分析降雨过程三要素,即降雨历时、降雨强度和覆盖范围来研究确定雨量指标。首先分析确定降雨历时和降雨强度两个要素,然后再通过历史资料分析确定降雨覆盖范围指标值。通过对历史资料的分析发现,南方地区强降雨过程最早发生在3月,历时通常持续3~7d,而连续3d较大范围的强降雨过程有可能形成一定量级的洪水。基于以上分析,雨量指标的降雨历时定为3d,降雨强度采用气象部门规定的暴雨或大暴雨等级(50mm或者100mm)。雨量指标以连续3d累积雨量50mm以上雨区的覆盖(笼罩)面积或以连续3d累积雨量100mm以上雨区的覆盖(笼罩)面积来表征,经分析和方案比选,再确定合适的雨量指标及阈值。

  对于洪水因素而言,江河水位超过警戒水位是判断出现汛情最直接的依据。据此分析,水位指标以入汛代表站发生超警戒水位表征。入汛代表站是指位于防洪任务江(河)段、具有一定区域代表性、通常较早发生洪水的水文(位)站。

  如前所述,基于雨量指标的入汛日期确定即通过历史暴雨资料分析,选取连续3d累积雨量50mm或100mm以上雨区的笼罩面积阈值,使得据此确定的多年平均入汛时间与实际的暴雨洪水发生规律相一致。具体步骤是:先逐年滑动计算3月1日之后连续3d累积雨量50mm和100mm的笼罩面积,然后按照不同笼罩面积等级,逐年确定首次达到该笼罩面积的日期,并计算不同笼罩面积的多年平均入汛日,最后结合研究区域的暴雨洪水规律,选定合适的降雨强度及对应的雨区笼罩面积阈值。图1为1997年以来连续3d累积雨量50mm和100mm条件下多年平均入汛日期与雨区笼罩面积的关系曲线可以看出,随着雨区笼罩面积阈值的增加,据此确定的多年平均入汛日期逐渐向后推迟。以连续3d累积雨量50mm为例,当雨区笼罩面积阈值取3万km⊃2;时,据此确定的多年平均入汛时间为3月9日;如果雨区笼罩面积阈值取15万km⊃2;,经计算,多年平均入汛时间推后到3月26日。

  综合我国的暴雨洪水发生规律,考虑到降雨笼罩面积不宜太小,根据该标准确定的多年平均入汛日期与现行防汛工作协调的原则,最后选择连续3d累积雨量50mm以上雨区的覆盖面积达到15万km⊃2;作为基于雨量指标的入汛标准。

  对于水位指标而言,主要任务是从6省(自治区)512个有警戒水位的水文(位)站中选出入汛代表站,使得依据这些代表站确定的多年平均入汛日期与洪水发生规律相一致。具体步骤是:先逐年逐站找出3月1日之后其首次发生超警洪水的日期,然后根据站点的集水面积进行排序,计算不同集水面积等级的历年首次超警日期、对应站点以及多年平均首次超警时间,最后绘制集水面积等级与多年平均首次超警时间的关系图,并综合考虑研究区域的洪水规律,选择合适的集水面积等级以及对应站点,作为入汛代表站。图2为1964年以来不同集水面积等级与多年平均首次超警时间关系图。

  从图2可以看出,随着所选站点集水面积的增加,据此确定的多年平均首次超警时间越来越晚,即对于某个流域来说,越靠近流域下游,首次发生超警洪水的时间就相对较晚。例如,集水面积取5000km⊃2;以上,则依据这些站点确定的多年平均首次超警时间为3月29日;集水面积取10000km⊃2;以上,则相应确定的多年平均首次超警时间为4月3日。

  与雨量指标类似,本着该标准确定的多年平均入汛日期与现行防汛工作相协调的原则,最后选择集水面积在5000km⊃2;以上的57个位于防洪任务江(河)段、具有一定区域代表性、较早发生超警洪水的水文(位)站作为入汛代表站。当任一入汛代表站的实测水位发生超过警戒水位洪水时,当日确定为基于水位指标的入汛日期。

  实际应用中,每年自3月1日起,当入汛指标率先满足下列条件之一时,当日确定为入汛日期:(1)连续3d累积雨量50mm以上雨区的覆盖面积达到15万km⊃2;;(2)任一入汛代表站发生超过警戒水位的洪水。根据此入汛标准,经50年的历史暴雨洪水资料分析计算,综合确定我国多年平均入汛日期为3月29日。图3列出了1998年以来我国入汛日期的确定成果及入汛早晚的评价结果。从图3可以看出,1998年、2012年等年份洪水来得较早,根据本办法确定的入汛日期也较早;2008年、2011年等年份偏旱,根据本办法确定的入汛日期也较晚。

  为规范我国入汛日期的确定,及时部署防汛抗洪工作,提高社会公众防洪意识,国家防总于2014年1月下发《关于印发我国入汛日期确定办法(试行)的通知》,在全国范围实施《办法》。《办法》规定,水利部水文局会同有关省(自治区、直辖市)水文部门负责确定我国入汛日期,国家防汛抗旱总指挥部办公室负责对外发布。各省(自治区、直辖市)可以依据《办法》,结合当地实际情况,研究制定适合本省(自治区、直辖市)的入汛标准。

  《办法》在实施过程中可能遇到3个技术问题:一是警戒水位可能会发生变化。入汛代表站的警戒水位是当地防洪特征值,随着江河堤防防洪标准的提高,警戒水位值可能会调整,势必影响到入汛日期的确定。二是入汛日期对外发布权限以及宣传口径。在《办法》实施过程中,如何保证中央、地方关于我国入汛日期对外宣传口径一致,以及规定对外发布的权限。三是技术保障。入汛日期的确定需要逐日滚动计算连续3d累积雨量50mm以上雨区的覆盖面积并判断是否达到15万km⊃2;,同时实时监视57个入汛代表站的水位并判断是否超过警戒水位,这些都需要准确及时的雨水情报汛信息和GIS技术的支撑。

  针对“警戒水位可能会发生变化”的问题,实际上入汛代表站的警戒水位值只是作为判别是否发生汛情的特征值,用以确定入汛日期,如果某站警戒水位值调整了,仍沿用其原来的警戒水位值作为入汛判别标准。关于我国入汛日期对外发布权限以及宣传口径问题,建议进一步明确中央、地方发布职责与范围,规范工作机制,加强上下级、部门间的沟通、协调,确保我国入汛日期对外发布的一致性和及时性。对于技术保障,具体实施时,在要求各地做好信息报送的基础上,建议在中央开发一套基于GIS的入汛日期确定软件,利用数据库技术、空间分析技术等逐日滚动计算连续3日累积雨量50mm以上雨区的覆盖面积,并实时监视入汛代表站的水位,以保证我国入汛日期确定的准确性和时效性。

  科学合理确定每年入汛日期,是安排部署防汛抗洪工作、提高社会公众防洪意识的重要依据,对提高防洪管理水平具有重要意义。本文从我国防汛抗洪工作实际需求出发,综合考虑现行相关标准,从暴雨和洪水角度出发,研究提出了采用雨量和水位两个入汛指标之一确定入汛日期。通过收集近50年来的南方6省(自治区)暴雨洪水资料,综合考虑我国暴雨洪水规律,依据入汛标准确定的多年平均入汛日期应与现行防汛工作相协调的原则,研究提出了我国入汛标准。基于该研究成果,国家防总组织编制完成了《办法》,并已印发各地,正在全国实施。《办法》在实施过程中,难免会遇到一些问题,有待进一步完善,待试行后进行修订。

  [1]江西省第九届人民代表大会常务委员会第26次会议.江西省实施《中华人民共和国防洪法》办法[R].2001-10-19.

  [2]浙江省第十届人民代表大会常务委员会.浙江省防汛防台抗旱条例[R].2007-04-15.

  [3]福建省人民政府第6次常务会议.福建省实施《中华人民共和国防汛条例》细则[R].1997-07-02.

  [4]海南省防汛防风防旱总指挥部.海南省防风防洪预案实施细则[R].2003.

  [5]江苏省人民代表大会常务委员会.江苏省防洪条例[R].2010-09-29.

  [6]湖北省人民政府令第58号.湖北省实施《中华人民共和国防汛条例》细则[R].1994-06-21.

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