金沙江中游梯级电站区间气候及暴雨特性分析
沈浒英 孙嘉翔 王乐 张潇
摘要：金沙江中游梯级电站的投入运行改变了中游河道天然状态，导致洪水形成及传播规律发生变化，需要开展区间暴雨洪水变化规律的研究，掌握区间来水特性和分布规律。通过1961 ～2017年期间金沙江中游7个气象站的逐日降雨资料，分析了金沙江中游梯级电站区间气候及暴雨特性，总结归纳了金沙江中游致洪暴雨天气系统，区间分期降水规律（暴雨中心、暴雨类型等）。掌握金沙江中游梯级电站区间降水分布规律和来水特性，可为发挥梯级电站的综合作用、更全面地提高流域水资源利用效率提供技术支撑。
关键词：气候特征;暴雨特性;分期降水;金沙江中游;梯级电站区间
中图法分类号：P426.62 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.12.004
文章编号：1006 - 0081（2021）12 - 0027 - 04
0 引 言
金沙江干流具有径流丰沛且稳定、河道落差大、水能资源丰富、开发条件较好等特点，是全国最大的水电能源基地。金沙江通常分为上、中、下游3个河段。金沙江在云南石鼓以上称金沙江上游，石鼓至四川攀枝花为金沙江中游，攀枝花以下至宜宾为金沙江下游。
金沙江中游河段河道狭窄，水流湍急，水电开发条件优越。金沙江中游6座梯级电站，梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩水电站自2010～2016年相继建成投入运行。金沙江中游梯级电站（简称“金中梯级电站”）的运行改变了河道天然状态，导致洪水形成及传播规律发生变化，迫切需要开展区间暴雨洪水变化规律的研究。本文开展金中梯级电站区间气候规律和暴雨特性研究分析，包括分期降水变化规律，暴雨类型等，以加深对该区间气候及暴雨特性的认识，进而掌握区间来水特性和分布规律。研究成果可为发挥金中梯级电站的综合作用、更全面地提高流域水资源利用效率提供技术支撑。
1 金沙江中游气候概况
本文选用1961～2017年间金沙江中游石鼓-攀枝花区间的香格里拉、稻城、丽江、鹤庆、宾川、永胜、华坪7个气象站逐日降雨资料統计并分析其气候和暴雨特性。
1.1 分区和降雨等级标准
金中梯级电站区间雨量站分布情况：①石鼓-梨园，区间有香格里拉雨量站，位于区间左岸支流。②梨园-阿海，区间有稻城雨量站，也位于区间左岸支流。③阿海-金安桥，区间无雨量站，借用右岸丽江雨量站。④金安桥-龙开口，区间无雨量站，借用右岸鹤庆雨量站。⑤龙开口-鲁地拉，区间有丽江、鹤庆、宾川3个雨量站，均位于区间右岸支流。⑥鲁地拉-观音岩，区间有永胜雨量站，位于区间左岸支流。⑦观音岩-攀枝花，区间有位于左岸支流的华坪雨量站。雨量站降水强度等级按照国家气象局颁布的降水强度等级划分标准[1]进行划分，见表1。
1.2 降雨气候特性
金中梯级电站区间汛期5～10月受西南季风和东南季风的影响[2-3]，降水丰沛，多年平均年降水量约825 mm。金沙江中游降水呈现南北少、中间多的空间分布，处于中部的年降水量多年均值为900～
1 100 mm，而北部的水洛河上游及南部的年降水量多年均值小于500 mm。
根据1961～2017年期间各雨量站多年平均年降水量统计分析（表2），金中梯级电站区间的华坪站年降水量最大（1 076 mm）;其次是鹤庆站，年降水量达975 mm;第三是丽江站，年降水量达959 mm;第四是永胜站，年降水量达933 mm。香格里拉和稻城站年降水量分别为631 mm和643 mm，年降水量最少的宾川站为561 mm。
金沙江中游多年平均7月降水最多（图1），平均为212.3 mm;其次是8月，平均降水量197.0 mm;7～8月累计降水量409.3 mm，约占全年的50%。12月降水最少，平均为3.2 mm。降雨集中期出现在每年6～9月[4-5]，降水量为668.9 mm，占全年的81%，11月至次年4月为枯水期，降水量累计仅50.3 mm，占全年6%。5月、10月为枯水期与汛期的过渡期，月降水量50 mm左右。
2 致洪暴雨天气系统
分析典型的暴雨洪水过程，对指导金中梯级水库的调度运行具有借鉴参考意义。根据历年来的典型洪水分析其天气学成因，金沙江中游致洪暴雨天气系统主要有：
①高空槽、中低层切变线、冷空气的共同影响;②印缅槽活跃或西南暖湿气流强盛的情形下，西南气流提供充沛水汽条件，且有冷空气配合;③青藏高原东南部有西南涡移出，且有合适的水汽条件和冷空气配合[6-7]。
筛选出历史上2005年8月上旬金中梯级电站区间致洪暴雨过程作为典型个例分析。2005年8月上旬金沙江中游有持续强降雨过程，一方面金沙江中游受西风带低槽控制，且低槽逐步东移南压;另一方面热带低压东部西南气流从孟加拉湾向金沙江中下游持续输送水汽，中底层切变维持，致使金沙江中游自8月2～10日有持续性强降雨过程，导致区间连续出现两次洪峰过程。2005年8月2日500 hPa、700 hPa天气图为金沙江中游致洪暴雨典型天气，见图2～3。
3 区间降雨特征分析
金中梯级电站各区间降雨都集中在6～9月[8-10]（表3），最多的降雨月份都是在7月，其次8月，除了梨园至阿海区间，其余各区间降雨9月为第三，6月第四。
6～9月降雨占全年降水量的百分率，除石鼓-梨园区间仅占71.8%外，其余区间都占全年降水量80%以上，梨园-阿海区间占比最高为86.8%。7～8月区间降雨占全年50%左右，也是梨园-阿海区间占比最高为54.0%。
分析各区间发生中雨、大雨的频次：阿海-金安桥区间平均每年发生中雨（日数）最多，平均每年25个中雨日。观音岩-攀枝花区间，平均每年发生大雨（日数）最多，平均每年9个大雨日。金沙江中游的石鼓-梨园区间发生中雨、大雨的频次最低，其次是梨园-阿海区间。
4 區间暴雨特性
对金沙江中游各区间暴雨特性，包括暴雨中心、暴雨量级、暴雨类型等进行分析。
4.1 区间暴雨中心
表4统计了1961～2017年金沙江中游7个雨量站发生的暴雨和大暴雨日数。由表4可以看出，位于金沙江中游观音岩-攀枝花区间的华坪站发生暴雨日数最多（179 d），其次是鹤庆站（78 d），第三是丽江站（72 d），第四是永胜站（66 d）。1961～2017年期间发生暴雨日数最少的是香格里拉站，只有3 d，稻城站也只有5 d。
1961～2017年期间发生的大暴雨日数最多的是观音岩-攀枝花区间的华坪站，有17个;其次鹤庆站，有4个;永胜站有2个大暴雨日，丽江站、宾川站各有1个大暴雨日。石鼓-梨园区间的香格里拉和梨园-阿海区间的稻城站无大暴雨发生。
从1961～2017年期间发生最大暴雨的强度来看，鹤庆站暴雨强度最大，达163.7 mm;其次是华坪站，达152.5 mm;第三是永胜站，达120.5 mm;宾川站107.5 mm，丽江站106.7 mm，以上5站都已达到大暴雨量级。稻城站最小，只有63.2 mm，香格里拉站也只有73.2 mm，此2站达到暴雨量级。
综合以上分析可以看出，观音岩-攀枝花区间的华坪站年雨量最大且暴雨或大暴雨发生天数最多，由此判断华坪站附近是金沙江中游的暴雨中心，鹤庆站、丽江站附近为暴雨次中心。
4.2 暴雨特性分析
分析金沙江中游各雨量站历史资料中暴雨开始和结束时间以及连续2 d以上暴雨发生次数[11]（表5 ），有如下特点。
（1）金沙江中游第一场暴雨开始时间最早的是阿海-金安桥区间的丽江站，开始暴雨时间最早为4月11日，鹤庆、宾川、永胜、华坪站第一场暴雨均发生在5月份。石鼓-梨园区间的香格里拉站开始暴雨时间最晚为7月18日，其次是梨园-阿海区间的稻城站发生在6月22日。
最后一场暴雨发生时间最晚的是观音岩-攀枝花区间的华坪站，时间为10月16日;其次是金安桥-龙开口区间的鹤庆站，时间为10月15日;丽江、宾川、永胜站最后一场暴雨发生时间均在10月上旬。最后一场暴雨发生时间最早的香格里拉站是在8月上旬，其次稻城站是在9月上旬。
处于暴雨中心附近的华坪站有4次发生了连续2 d暴雨，发生时间分别为1964年7月25～26日、1972年7月14～15日、1983年9月12～13日、1994年6月19～20日，且在1987年6月25～28日发生了连续4 d暴雨。丽江站发生了两次连续2 d暴雨，发生时间分别为1989年7月26～27日、1987年7月20～21日，均在7月份。鹤庆站发生了1次连续2 d暴雨，发生时间为1961年6月10～11日。永胜站发生了1次连续2 d暴雨，发生时间为1989年7月26～27日。
5 结 论
通过金中梯级电站区间逐日降雨资料统计分析，揭示了金沙江中游的气候和暴雨特性：
（1）金沙江中游致洪暴雨的天气系统主要有①高空槽、中低层切变线、冷空气的共同影响;②印缅槽活跃或西南暖湿气流强盛的情形下，西南气流提供充沛水汽条件，且有冷空气配合;③青藏高原东南部有西南涡移出，且有合适的水汽条件和冷空气配合。
（2）各区间降水主要集中在6～9月，该时段降雨占全年降水量比例除石鼓至梨园区间为71.8%之外，其余均在80%以上。各区间的月降雨量最大的月份均在7月、其次为8月，7，8月的降雨占全年的比例在50%左右。阿海至金安桥区间发生中雨的频次最高，观音岩至攀枝花区间发生大雨的频次最高。
（3）金沙江中游观音岩至攀枝花区间的华坪站附近是暴雨中心，鹤庆站、丽江站附近为暴雨次中心。第一场暴雨开始时间最早的是阿海至金安桥区间的丽江站为4月11日，开始暴雨时间最晚的石鼓至梨园区间香格里拉站为7月18日。最后一场暴雨发生时间最晚的是华坪站，时间为10月16日。
参考文献：
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（编辑：李 慧）
Analysis on climate and rainstorm characteristics for cascade
hydropower stations in middle reach of Jinsha River
SHEN Huying1， SUN Jiaxiang2，WANG Le1，ZHANG Xiao1
（1. Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430010， China; 2. Meteorological Center of East China Air Traffic Management Bureau， Shanghai 200335， China）
Abstract：The commissioning of the cascade hydropower stations in the middle reach of the Jinsha River has changed the natural state of the reach， leading to the changes in the formation and propagation characteristics of floods. It is necessary to carry out research on the changing laws of storm and flood in the interval region， and grasp the distribution and characteristics of the interval inflow. Based on the daily precipitation data of 7 weather stations in the middle reach of the Jinsha River from 1961 to 2017， this paper analyzed the climate and rainstorm characteristics of the interval region， summarized the flood-causing rainstorm weather system of the interval region and the regularity of the staged precipitation of the interval （i.e.rainstorm center， rainstorm type， etc.）. Grasping the precipitation distribution laws and inflow characteristics of the interval region can provide technical support for playing the comprehensive role of the cascade hydropower stations and improving all-round water resources utilization efficiency.
Key words：climate characteristics;rainstorm characteristics; staged precipitation;middle reach of the Jinsha River;interval region of cascade hydropower stations
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