段燕楠，王占良，王顺金

(昆明市气象局，云南 昆明 650500)

0 引言

近年来，由于全球气候变化及人类活动的加剧，用水需求不断增大，水资源污染日益加重，区域水资源呈现出易遭受影响和破坏并缺乏恢复能力的性质，水资源问题已威胁到社会、经济、资源的可持续发展[1-3]。昆明由于其特殊的社会、地理环境和气候条件，同样面临水资源紧缺问题：首先昆明地处长江、珠江、红河三大流域的分水岭地带，无大的河流入境，缺少过境水资源，杨琏等指出昆明市水资源主要依靠天然降水，人均占有水资源量较低，为严重贫水区[4]；其次昆明是云南的经济、政治、文化中心，社会经济发展迅速、人口密集，工农业发达，水资源需求不足等矛盾更加突出[5]；此外受全球气候变暖的影响，昆明天气气候环境向高温、干旱的常态化趋势发展，干旱时间增长，几率增大，已经严重影响昆明社会、环境和生态安全，因此如何建立应对机制，科学合理的利用水资源对昆明经济、社会、生态的可持续发展具有重要意义[6]。

对没有大江大河过境的昆明市，除加快水利设施建设和实施调水引水工程外，科学利用降雨资源，提高水库蓄水能力将是一项长期的基础性、科学性和防御性的重要增水措施。国内专家学者在降雨和水库蓄水方面也做了大量的研究，值得我们借鉴：谢晓生等[7]分析了文山州降雨与蓄水的相关性，提出了提高人为控制力的措施，谷晓平等[8]分析了贵州春夏季降雨对水库蓄水量的影响，杨东贞[9]等指出水库水源主要来自上游河流径流水，另一方面来自大气的直接降水、地表水和地下水渗入，因此研究降雨与水库蓄水的关系对水资源的持续利用具有参考价值。

本文以昆明松华坝水库为例，利用昆明市1988～2017年近30 a降雨资料和2009～2017年的松华坝水库蓄水资料，分析了基于降雨的昆明水库蓄水模式和蓄水风险，并提出了增强昆明蓄水能力和防汛能力的对策和建议，为昆明市水资源的有效利用提供参考。

1 昆明蓄水环境特征分析

本文蓄水环境特征分析主要从昆明降雨时间、空间分布特征和昆明蓄水地理自然环境特征等方面进行分析。

1.1 昆明降雨时间分布特征分析

研究昆明降雨时间分布特征时，采用昆明国家基准气候站1988～2017年近30 a气象降雨资料进行分析。

统计上述资料得出昆明市年平均降雨量为975.5 mm，降雨相对丰富，但年际间平均降雨量变化较大，如昆明市年降雨量距平图(图1)所示，昆明降雨最多年份为1999年1 449.9 mm，距常年平均偏多49%，最少年份为2009年565.8 mm，距常年平均偏少42%，最多年份与最少年份差值较大；且出现年际间连续多雨或少雨的周期变化。

图1 昆明市年降雨量距平图Fig.1 The annual rainfall anomaly in Kunming

从全年降水量的时间分布上看(图2)，昆明市降水主要集中在5至10月(即雨季)，降水量占全年总降水量的88%，其中雨季降水主要集中在6至8月(即主汛期)，占全年总降水量的58%，11月至次年4月(干季)，降水量仅占全年总降水量的12%，因此昆明全年降雨量呈现干湿季分明，降雨主要集中在雨季的特点。

图2 昆明市各月平均降雨量占比图Fig.2 The ratio monthly average rainfall in Kunming

将昆明日降雨量(用R表示)按小雨(0.1 mm≤R<10 mm)、中雨(10 mm≤R<25 mm)、大雨(25 mm≤R<50 mm)和暴雨(R≥50 mm)分别统计次数累计，然后计算平均值得表1。如表1所示：昆明年平均降雨日数占全年的59%，其中日降雨量为小雨量级的占47%，中雨量级的占8%，大雨量级的占3%，暴雨量级的占1%；昆明近30 a日降雨大于100 mm的共有5次，均出现在雨季(5至10月)，其中日最大雨量为121 mm。因此昆明全年都有小雨和中雨量级降雨，大雨及以上量级降雨主要集中在雨季，暴雨以上量级降水所占比重小，出现次数较少，此外范围大、时间长的连阴雨降雨过程较少。

表1 昆明1988～2017年年平均降雨日数统计表Tab.1 The Statistics of annual average rainfall days in Kunming from 1988 to 2017 d

1.2 昆明降雨空间分布特征分析

分析昆明降雨量空间分布特征时，采用昆明12个县市区国家基准气候站1988～2017年降雨资料。昆明各县市区年平均降雨量如表2所示，从表中可看出，昆明年平均降雨量存在明显的空间分布不均特点，全市最大为太华山1 097.8 mm，全市最小为东川731 mm，昆明主城为975.5 mm，地区间的年降雨量差达366 mm之多。李宝芬等[10]研究也指出，昆明地区降水量空间分布具有明显的地带性，表现为山区多于坝区，坝区多于河谷和湖滨地带。

近30 a昆明各县市区大雨和暴雨总日数也出现分布不均的特点(图3)，大值区出现在寻甸、太华山、昆明等地，呈贡、东川等地则出现日数较少。统计1988～2017年日降雨量最大的十次降雨过程(表3)也可看出，昆明地区降雨多出现时空分布不均的特点，出现的大暴雨多为单点性。

表2 昆明地区各县(市、区)1988～2017年年平均降雨量Tab.2 The average annual rainfall in Kunming from 1988 to 2017 mm

表3 1988～2017年昆明日降雨最大的十次降雨过程雨量表Tab.3 The ten rainfall process rainfall scales with the largest rainfall in Kunming from 1988 to 2017 mm

图3 昆明市各县(市、区)大雨、暴雨日数分布图

Fig.3 The distribution of heavy rain and rainstorm days in Kunming

1.3 昆明蓄水地形环境分析

昆明全市国土面积21 011 km2，丘陵山地占总面积的87%，平坝地占11.4%，湖泊面积占1.6%。区域内河流分属长江上游金沙江、珠江上游南盘江、红河上游元江三大水系，昆明水系以树枝状、放射状、羽状水系为主，山区河流深切，河床纵坡降大，坝区河流宽缓，纵坡降小，处于三大河流分水岭地区，没有大江河过境，降雨仍是蓄水的主要手段，但昆明山区半山区和坝区之间地势垂直高差大，大部分降雨集中顺地势快速向谷底江河成过境水流走；昆明多数产水流域小，缺少有利的天然大中小蓄水环境。昆明水利工程蓄水能力26×108m3，蓄水地形分散、水库容量小。全市817座水库中，只有大型水库4座，中型18座，小(一)型130多座，其它为小(二)型，正常年景最多蓄到14×108m3左右，干旱年景如2011年才蓄到6.96×108m3，水文干旱态势非常显著，蓄集雨水能力不高。

2 昆明蓄水模式分析

结合昆明降雨时空分布不均的特点和蓄水地理环境特点，可将昆明蓄水模式分为雨季降雨最佳蓄水模式、干旱背景蓄水模式、局地强降雨蓄水模式、秋季连阴雨降雨蓄水模式和冬季降雨降雪蓄水模式5种。在对蓄水模式进行分析时，本文以昆明松华坝水库为例对五类蓄水模式进行分析。松华坝水库是昆明用于防洪、蓄水的大型水库，是昆明主城供水饮水的重要水源之一，其地理坐标东经102°43′30″～102°54′10″，北纬25°07′40″～25°17′50″之间。

2.1 雨季降雨最佳蓄水模式

雨季降雨最佳蓄水模式是指由于昆明降雨主要集中在雨季(即5～10月)，雨季开始后降水增多，降雨范围广，前期的降雨过程产生的降水使库区流域土壤水逐渐饱和，整个产水流域都有水源补充，当出现大范围、持续性的中到大雨以上天气过程时，就为地表蓄水和地下水补充提供大量水量，对水库蓄水和提升地下水位十分有利，特别适用于大中型水库。分析2014～2017年昆明松华坝水库雨季月平均蓄水量(图4)可看出，昆明蓄水从6月开始呈明显增加的趋势，至10月整个雨季结束，平均蓄水量达到最大。这种蓄水模式是昆明正常或多雨年景出现最多的降雨蓄水模式，降雨蓄水效率最高。

图4 昆明松华坝水库2014～2017年雨季月平均蓄水量Fig.4 The monthly average water storage of Songhuaba Reservoir in Kunming during the rainy season from 2014 to 2017

2.2 干旱背景蓄水模式

干旱背景蓄水模式是指在干旱气候背景下，全年气温偏高，蒸发量大，用水量多，总体降雨偏少，降雨出现单点性，范围小，空间分布不均匀等特点，从而出现库区流域降雨不多，降雨形成的产流、汇流和蓄水效率低，不利于水库蓄水的模式。2010～2013年昆明地区发生严重干旱，松华坝水库流域昆明、嵩明、富民4年年降雨量距平百分率如表4所示，对应的昆明松华坝水库2010～2013年雨季各月水库蓄水量距平百分率如图5所示，从图上可看出，随着干旱时间的延长，即使在雨季，各月蓄水量都明显少于正常年份。这种蓄水模式多出现在干旱年景中，蓄水效率最低。

表4 松华坝流域2009～2013年年降雨量距平百分率Tab.4 The annual rainfall anomaly percentage in Songhuaba basin from 2009 to 2013 %

图5 2010～2013年松华坝水库雨季各月蓄水距平值

Fig.5 The Monthly storage anomaly of Songhuaba Reservoir in rainy season from 2010 to 2013

2.3 局地强降雨蓄水模式

从昆明降雨时空分布特征可看出，昆明出现单点性、局地性和小范围强降雨天气过程较多，局地强降雨蓄水模式是指当强降雨中心落区在水库流域内，则蓄水效率最高，效果最好，特别是对中小型水库蓄水极为有利；当强降雨中心部份落区在水库流域内，蓄水效率次之，效果较好；当降雨落区中心不在水库流域内，则蓄水效率最低，效果一般。以2013年7月19至21日昆明降雨过程为例，昆明市2013年7月19日雨量分布色斑图(图6)所示，昆明主城区、富民、嵩明等地出现强降雨天气过程，降雨最强区域位于昆明主城北部，部份强降雨区域位于松华坝水库流域内，2013年 7月19日，松华坝水库新增水量63.3×104m3，7月20日，新增水量208.2×104m3，7月21日，新增水量174.1×104m3，蓄水效果好。局地强降雨蓄水模式是昆明水库蓄水的最易出现的蓄水模式，但受降雨落区影响较大。

图6 昆明市2013年7月19日雨量分布色斑图Fig.6 The Colour pattern of rainfall distribution in Kunming on July 19，2013

2.4 秋季连阴雨降雨蓄水模式

云南秋季连阴雨的标准为9～11月连续降雨日数≥7 d，连续降雨日的平均日降雨量≥4 mm，所对应的天数的平均每日日照时数≤3 h。秋季连阴雨降雨蓄水模式是指出现秋季连阴雨，雨量平均、降雨范围广、可覆盖整个库区、且降雨时间长，从而使地下水位得到提升，土壤水含量得到有效增加，但昆明出现秋季连阴雨的几率相对少，据统计2009～2017年松华坝流域昆明、富民、嵩明均未出现秋季连阴雨天气过程。但以2013年9月3～5日的降雨过程为例，松华坝流域出现了连续3 d的降雨，降雨量及水库新增蓄水量如表所示，出现连续降雨后水库蓄水效果明显。秋季连阴雨蓄水模式对增强地表水和水库蓄水极为有利，其蓄水效率高，蓄水时间长，蓄水安全，水库蓄水效果好。

表5 2013年9月3～5日松华坝流域降雨量及水库新增蓄水量Tab.5 The rainfall and Reservoir Water Storage in Songhuaba Basin from September 3 to 5，2013

2.5 冬季降雨降雪蓄水模式

冬季降雨降雪蓄水模式是指昆明冬季一般会出现大于5 mm的降雨或降雪，降雨过程稳定，降雪融化慢，除少量蒸发外，一小部份形成地表水，直接对水库蓄水进行补充，但量级相对小；一小部份形成浅层地下水，流入水库，使蓄水量得到部分增加；其余大量降雨降雪渗入地下，增加深层地下水，或渗入“山体水库”(如松华坝水库)增加存水，保持山体中土壤水份含水量，起到涵养水源的作用，有利于来年雨季的水库蓄水。冬季的降雨降雪过程，对地下、生态、地表蓄水极为有利，这种蓄水模式一般年景都会出现。

3 昆明降雨蓄水风险评估分析

降雨蓄水风险评估，是对降雨形成的水量超过蓄水汛限水位而可能出现的洪涝风险和影响进行分析评估，为增强蓄水能力和防御洪涝灾害提供重要理论支撑和实践应用指导。本文通过对比的方法，主要从降雨强度、降雨历时、降雨范围等方面对水库蓄水风险进行分析。

3.1 昆明降雨强度对蓄水影响风险评估

昆明各县市区近30 a日最大降雨量如表6所示，除晋宁为91.7 mm外，其余均达到大暴雨量级，最大为嵩明县179.2 mm；对近10 a的自动站雨量资料进行统计，自动站观测到的最大日雨量值为2013年7月19日金殿水库(位于昆明主城区北部)215.6 mm，其余均在200 mm以下。因此，昆明地区可能出现的最大日降雨一般在200 mm左右，每年都有出现的几率，但出现几率较小。根据统计，昆明国家基准气候站近30a年平均最大雨强为36.4 mm/h，年最大雨强为 75.8 mm/h，小时雨强超过50 mm的共出现了7次，出现的几率相对小。因此昆明地区虽有存在洪涝蓄水安全风险，但出现几率较小，降雨强度对蓄水影响风险也相对较小。

表6 昆明各县(市、区)1988～2017年日最大降雨量Tab.6 The maximum daily rainfall in Kunming counties(cities and districts)from 1988 to 2017 mm

3.2 降雨历时对蓄水影响风险评估

统计昆明各县市区1988～2017年的暴雨天数可看出，昆明除太华山气象站(高山站)出现一次连续暴雨(≥50 mm)日数为3 d的降雨天气过程外，其余县市区出现连续暴雨日数最多为2 d，昆明11个县市区近30 a出现连续2 d暴雨次数共为16次，出现几率较低；出现连续大暴雨(≥100 mm)日数最多为1 d。杨芳园等[11]研究指出昆明24 h降雨量主要集中在6 h，而6 h暴雨又多集中在1 h内，以短时强降雨为主。昆明暴雨过程历时短，对防汛安全有利，因此，从降雨历时上看，昆明蓄水风险较小，蓄水较为安全。

3.3 降雨范围对蓄水影响风险评估

从昆明地区空间降雨时空分布特征可看出，昆明地区降雨多出现时空分布不均的特点，出现的大暴雨多为单点性，昆明强降雨范围为1～50 km2，降雨落区空间小。强降雨空间分布小对防汛有利，从而因大范围强降雨而引发的蓄水风险也相对较小。

将昆明近30 a最强降雨过程(2013年7月19日降雨天气过程)与北京、四川最强降雨过程从降雨强度、降雨历时、降雨范围3个方面进行比较，从而进行昆明降雨蓄水风险评估分析(表7)：与其他地区相比，昆明强降雨强度、历时及范围均相对小，所造成的损失相对较少，由降雨引发的蓄水风险相对小，蓄水相对安全。

表7 昆明最强降雨过程与外地最强降雨比较分析风险表Tab.7 The riskTable for comparative analysis of the strongest rainfall process in Kunming and the strongest rainfall in the field

4 人工増雨应用分析

人工増雨是提高蓄水能力建设的一项重要方法和有效措施。中国的专家学者通过对蓄水型人工増雨效果进行检验评估，得出通过人工增雨，可增加水库流域10%～20%的降雨量[12-14]，从而有效增加入库流量，提高蓄水效率。分析昆明降雨时间分布特征时得出，昆明全年都有小雨和中雨量级降雨天气过程(如表1所示)，有利于全年开展人工增雨，同时，昆明水库具有由于降水引发的蓄水风险相对小，蓄水相对安全的特点，因此抓住有利天气条件，在昆明地区水库、主要蓄水流域以及生态区域开展常态化人工增雨，是提高水库蓄水效率的有效方法。

针对昆明降雨存在空间分布不均，多单点性分散性降雨过程的特征，以及蓄水环境分散，水库容量小等特点，昆明可增加常态化人工増雨基础建设，在重点应用水库或用水区域内建立人工增雨基地，在保障水利设施安全的基础上，开展常态化人工增雨，从而从空间上增加水库蓄水量，实现均衡化蓄水。

5 结论与讨论

本文基于昆明降雨的时空分布特征，对昆明的蓄水模式和降雨蓄水风险进行了分析，得出以下结论和建议。

结合昆明降雨时空分布特征和蓄水地理环境特征，可将昆明水库的蓄水模式分为雨季降雨最佳蓄水模式、干旱背景蓄水模式、局地强降雨蓄水模式、秋季连阴雨降雨蓄水模式和冬季降雨降雪蓄水模式五种。

通过对比，从降雨强度、降雨历时、降雨范围等方面对昆明对水库蓄水风险进行分析可得出昆明由于降雨过程引发的蓄水风险相对小，蓄水较为安全。

结合昆明降雨特征及蓄水模式的特点，昆明可加强常态化人工増雨体系建设，在水库、主要蓄水流域、生态区域等开展常态化人工增雨，是增加库塘蓄水、提高水资源的利用率的有效途径。

加强生态环境建设，保持水土，增强自然环境蓄水能力。好的生态环境有利于涵养水源，提高地下水位，为蓄水提供水源保障，因此昆明地区要继续坚持库区环境保护政策，加强生态环境建设与治理，从而有效预防强降水引发的水库流域水土流失，保护蓄水环境。

增强“蓄防并举”水库蓄水能力建设，以蓄水为目的，以防汛为保障，在增强蓄水能力的同时，有效的防御洪涝灾害。