杨 文 发，訾 丽，张 俊，陈 芳

(长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010)

1 研究背景

长江宜昌以上为长江上游，长4 511 km2，流域面积约为110万km2。长江上游水系发育，支流众多，水量丰沛，主雨季为7～9月，强降雨易导致山洪暴发，洪水泛滥。2020年8月，长江上游嘉陵江、岷沱江流域发生大范围暴雨-大暴雨的强降雨过程，上游干流及多条支流发生严重洪涝灾害，其中，支流岷江发生超历史洪水，沱江、涪江、嘉陵江发生超保证洪水，干流朱沱至寸滩江段发生超保证洪水，沱江、涪江、嘉陵江等支流和上游干流来水均居历史前列(洪峰流量居2～11位)，三峡水库出现建库以来最大洪水(8月20日入库洪峰流量75 000 m3/s)。回顾历史，比较发现1981年7月长江上游四川盆地广大地区，同样发生了较罕见强降雨过程，致使长江上游干流重庆至宜昌河段及四川省境内的沱江、涪江、嘉陵江等出现了历史上少见的洪水(以下简称“81·7”暴雨洪水)，重庆寸滩站洪峰流量高达85 700 m3/s[1]。初步发现“20·8”和“81·7”都是发生在长江上游偏北地区的两次典型大洪水，具有一定的暴雨洪水特征异同点，深入对比分析这两次长江上游型典型大洪水的成因和特点，可较好地提高对长江上游形成异常暴雨洪水规律的认识，有益于今后更好地开展水旱灾害防御工作。

本文“20·8”暴雨、洪水资料主要采用该年的实际水雨情的报汛数据库，“81·7”洪水资料采用历史洪水整编资料，雨量资料采用1981年长江上游共计282站的历史雨量资料，其中，历史单站小时雨量摘自《长江流域上游1981年7月暴雨洪水调查分析》报告。初步认为，文中长江上游面雨量统计值可能因站网差异会有所影响，但对本文主要分析观点影响不大，在此一并解释说明。

2 暴雨特征分析

2.1 暴雨发展过程

“20·8”典型致洪暴雨过程发生在2020年8月11～17日，长江流域的主雨带位于长江上游金沙江中下游至嘉陵江一线，暴雨带呈东北-西南向，强降雨时段集中在11～12日、15～17日共5 d时间内。暴雨区由长江上游干流以北的岷江、沱江、涪江开始，不断向东向南扩大至上游的嘉陵江、金沙江中下游、向家坝-寸滩区间；13日强雨区范围缩小至金沙江中下游、涪江、嘉陵江，强度减弱为大雨；14日强雨区北移至岷沱江、涪江及嘉陵江；且于15日开始强度显著加强，16～17日，暴雨区再次扩大并维持在金沙江中下游、岷沱江、涪江及嘉陵江。

“81·7”典型致洪暴雨过程发生在7月9～14日，主要由两个降雨阶段组成，第一段发生在9～11日，长江流域的主雨带位于岷沱江、涪江、嘉陵江及长江中下游干流，主要暴雨中心位于长江中下游，上游暴雨强度和范围均较小；第二段发生在12～14日，长江流域主雨带发生在长江上游，暴雨带呈东北-西南向，强降雨时段集中在12～13日2 d时间内，暴雨区由岷江、沱江、涪江及嘉陵江的中上游开始，逐步扩大至雅砻江、向家坝-寸滩区间，14日降雨减弱，主雨带位于金沙江中下游、三峡万县-宜昌区间。

2.2 暴雨空间分布及强度统计

2.2.1暴雨中心分布

对比两次典型致洪暴雨过程空间分布(见图1)，两次典型暴雨过程的主雨带分布基本一致，均出现在金沙江中下游、岷江、沱江、涪江、嘉陵江及向家坝-寸滩区间等一带，岷江、沱江、涪江、嘉陵江是暴雨中心区域。其中，“20·8”强暴雨中心范围更大，过程累计平均雨量超过250 mm的笼罩面积约为7万km2，超过100 mm约为22万km2；“81·7”暴雨过程笼罩面积超过250 mm约为3万km2，大于100 mm约为15万km2。

2.2.2暴雨强度统计

统计比较两次典型暴雨过程各分区面雨量如表1所示。从表1可以看出：“20·8”暴雨过程涪江累积雨量最大，为389.6 mm，其次为沱江312.8 mm，再其次为岷江及嘉陵江，分别为140.2，147.5 mm；“81·7”降雨过程沱江累积面雨量最大，为228.9 mm，其次为涪江192 mm，嘉陵江119.6 mm。从上述分区面雨量统计，两次致洪暴雨过程的降雨中心雨区分别位于涪江和沱江，主雨区分布区域一致；只是“81·7”降雨过程中，渠江降雨超过“20·8”。从点雨量强度分析来看(见表2)，除24 h雨强北川站(349 mm)小于“81·7”上寺站(418.5 mm)外，“20·8”的1,3,6,12 h及暴雨过程单点雨强均大于“81·7”降雨过程，尤其降雨过程北川站累积946 mm，远大于上寺站489.6 mm。从暴雨强度分析来看，“20·8”暴雨强度要明显强于“81·7”暴雨强度。

表1 两次典型暴雨过程分区累计面雨量对比Tab.1 Cumulative surface rainfall of two typical rainfall in the upper reaches of Yangtze River

表2 两次典型暴雨过程不同历时单站降雨强度对比Tab.2 Rainfall intensity of single station with different duration of two typical rainfall in the upper reaches of Yangtze River

2.3 暴雨天气成因

初步分析“20·8”致洪暴雨过程的天气成因或影响条件因素，发现具有下述有利条件：

(1) 强大稳定的西太平洋副热带高压(以下简称副高)和台风配合，有利于强降雨区维持在长江上游偏北地区。2020年8月中旬，强大而稳定的副高西进， 6号台风“米克拉”于8月11日早上登陆，台风顶托也有利于副高偏北偏西，副高较多年异常偏北、偏西、偏强，长江中下游大部地区被副高控制，四川盆地附近正处于副高边缘，副高外围充沛的水汽源源不断输入长江上游干流及以北地区。

(2) 强冷空气活动频繁，中低层切变线天气系统稳定少动，并伴有西南涡生成[2]。强降雨期间，中高纬地区存在西风带低压槽系统，地面冷空气较强，极地冷空气经过东欧平原-我国西北部翻过山脉输送至四川盆地北部；同时，低空急流持续加强，且切变线和西南涡在四川盆地西部生成，天气系统共同发展加剧了降雨强度。特别是副热带高压西伸脊点偏西、脊线偏北，东部有台风环流，使得该暴雨天气系统移动缓慢，稳定维持在四川盆地西北部一带[3]。

3 洪水分析

3.1 洪水发展过程

3.1.1“20·8”洪水发展过程

2020年8月中下旬，长江上游嘉陵江、岷江流域发生集中性持续强降雨。受强降雨影响，长江上游干支流洪水并发，在水库群大幅拦蓄条件下，金沙江发生常遇洪水，岷江仍发生超实测记录洪水，沱江、涪江、嘉陵江、长江干流朱沱至寸滩江段发生超保证洪水。因本次降雨过程两轮降雨间歇时间短，且强降雨落区集中，受其影响，长江上游干支流各站洪水均呈现双峰过程，岷江、沱江、嘉陵江及干流来水沿程叠加，其中朱沱站与北碚站来水几乎全过程遭遇，导致干流寸滩站发生一次过程肥胖的复式洪水，相继形成“长江2020年第4号洪水”和“长江2020年第5号洪水”，洪峰流量分别为59 400 m，74 600 m3/s，其中5号洪水期间的洪峰水位191.62 m，超保证水位8.12 m，仅次于历年实测最高水位的1905 年。

3.1.2“81·7”洪水发展过程

“81·7”暴雨洪水，金沙江、岷江属于非主雨区，发生一般性洪水。此次洪水的主雨区在沱江中上游、涪江中下游和嘉陵江中游，降雨历时6 d，雨区顺流扩展，大体呈现由西向东移动态势，支流洪水与区间来水互相遭遇，造成洪峰流量沿河递增，各支流从上到下峰、量增长，李家湾、小河坝、武胜等站发生实测记录最大洪水[4]。渠江处于暴雨边缘，罗渡溪站属于常遇洪水，但因嘉陵江干流洪峰与渠江洪峰几乎完全遭遇，加上涪江洪水在洪水的尾部同嘉陵江、渠江相遇，致使嘉陵江北碚站洪水演变成较肥胖的峰型，发生实测最大洪峰流量；长江干流纳入岷江、沱江洪水后，水量激增，加之峰高量大的嘉陵江来水与干流朱沱洪峰遭遇，致使寸滩站5 d涨幅超过20 m，洪峰水位191.41 m，仅比1905年低0.49 m，流量为85 700 m3/s。

图2分别展示了“20·8”及“81·7”洪水上游主要各站的来水过程。分析可知，“20·8”洪水呈现明显复式双峰过程，涨水历时较长，峰型偏胖，岷江和嘉陵江是其主源；而“81·7”洪水呈现单峰过程，洪水历时短，峰型尖瘦，嘉陵江、岷江和涪江是其主源。

图2 20·8”与“81·7”长江上游典型洪水主要站来水过程Fig.2 Flooding processes of two typical floods in the upper reaches of Yangtze River

3.2 洪峰特征及洪水组成

3.2.1洪峰排序及重现期

从洪峰实况、历史排位、重现期等方面统计分析“20·8”与“81·7”洪水中长江上游主要站的洪峰特征，如表3所示。就洪峰流量而言，“20·8”洪水期间，岷江高场、沱江富顺、涪江小河坝、嘉陵江北碚和干流朱沱、寸滩站洪峰流量分别列历史第1位、第3位、第2位、第11位、第5位、第5位，重现期为5～50 a；“81·7”洪水期间，富顺、小河坝、武胜、北碚、寸滩等站的洪峰流量均居历史第1位，高场、朱沱站均位居第11位，重现期5～130 a。就洪峰水位而言，“20·8”洪水期间，各站洪峰水位超保证幅度0.08～8.12 m，其中高场、北碚站均居历史第1位，寸滩站最高洪峰水位191.62 m(超保证8.12 m)，位居历史最高水位第2位，超过1981年的191.41 m；“81·7”洪水期间，武胜、北碚站洪峰水位位居历史第1位，其余各站均低于“20·8”洪水。

表3 “20·8”与“81·7”洪水洪峰实况比较Tab.3 Comparison of flood peak of two typical floods in the upper reaches of Yangtze River

3.2.2洪水地区组成

比较分析“20·8”和“81·7”洪水的寸滩站(实测)最大7 d洪量组成统计(见表4)来看，呈现如下特征：

(1) “20·8”洪水寸滩站7 d洪水总量为359.2亿m3，嘉陵江、岷江两江总量为268.6亿m3，占寸滩总量的74.8%，且单独占比均超过30%，其次为金沙江、沱江，向家坝-寸滩区间占比最小。其中金沙江来水占比显著小于其面积比，偏小幅度42.1%，向家坝-寸滩区间来水亦偏小7.2%，而嘉陵江、岷江和沱江来水占比则大于其面积比，偏大幅度分别为25.2%，16.0%，8.2%。

(2) “81·7”洪水寸滩站7 d洪水总量为330.6亿m3，嘉陵江、金沙江、岷江占据洪水来源前三位，三江来水总量为274.1亿m3，占寸滩总量的83.0%，其次为沱江，向家坝-寸滩区间占比最小。其中金沙江来水占比相对其面积比，偏小幅度32.5%，向家坝-寸滩区间来水亦偏小1.3%，嘉陵江、沱江和岷江来水占比则大于其面积比，偏大幅度分别为21.4%，8.0%，4.5%。综上所述，相较于“81·7”洪水，“20·8”洪水的7 d洪量偏大28.6亿m3，其中岷江来水量偏大47.1亿m3，占比偏多11.5%，嘉陵江偏大24.9亿m3，占比偏多3.8%，沱江基本相当，金沙江、向家坝-寸滩区间则分别偏少26.1亿，19.4亿m3，占比分别偏少9.2%，5.9%。

表4 “20·8”和“81·7”洪水寸滩站最大7 d洪量地区组成统计Tab.4 Statistics of maximum 7 d flood at Cuntan Station of two typical floods in the upper reaches of Yangtze River

3.3 寸滩站水位流量关系

寸滩水文站位于长江干流与嘉陵江汇合口以下7.5 km，是长江与嘉陵江汇合后的控制站，也是三峡水库的入库控制站。寸滩水文站水位流量关系变化不仅影响重庆附近防洪形势，亦关系到三峡水库入库洪峰和水量的准确计算。寸滩站水位流量关系主要受断面面积变化、铜锣峡卡口、洪水形态以及三峡水库回水等多因素影响。分析“20·8”洪水期间的寸滩站水位流量关系线变化，并与综合线、“81·7”洪水进行比较(见图3)。

图3 寸滩站水位流量关系线比较Fig.3 The relationship between water level and flow of Cuntan Station

由图3可分析：“81·7”洪水，寸滩站水位流量关系线总体在综合线附近，绳套带宽较小；而“20·8”洪水期间，长江2020年第4号洪水过程实测点连时序线相对综合线偏幅不大，但长江2020年第5号洪水过程中，受到复式洪水、寸滩高水位断面缩小、三峡拦洪运用等因素不同程度影响，实测点连时序线则较4号洪水及综合线明显左偏，且绳套带宽较大，与过程洪量大、峰型肥胖有密切关系。

4 “20·8”与“81·7”暴雨洪水比较分析

4.1 暴雨方面

(1) 强雨区和持续时间。初步比较发现，两次致洪暴雨过程，主雨带区均呈东北-西南向分布，强度均为暴雨-大暴雨；暴雨中心雨区均位于干流及以北，尤其岷江、沱江、涪江及嘉陵江一带，其间，均有新冷空气补入，降雨发展过程中均又有增强阶段。不同之处在于暴雨过程起讫时间长度、强降雨持续时间及主雨带移动过程。“81·7”暴雨过程持续6 d，强降雨集中在2 d； “20·8”暴雨过程则持续7 d，强降雨集中在5 d。“81·7”暴雨过程主雨区前期位于长江上游干流以北及中下游干流，而后主要位于至长江上游干流及以北地区；“20·8”暴雨过程主雨带一直维持在长江上游干流及以北地区。

(2) 天气影响成因。引起两次暴雨过程的天气系统基本相同，均为低压槽、切变线、西南涡、低空急流及冷空气等天气系统，且太平洋副热带高压强度偏强、西伸脊点偏西等相似背景[5-7]。“81·7”暴雨过程有500 hPa西风带低压槽与原在川西高原的切变线相遇合并，并在川西高原出现低涡；低空西南低涡剧烈发展和移出；盆地东部出现低空急流；以及冷空气南下入川与暖湿空气在盆地西北部对峙。但很明显“81·7”暴雨过程中副高脊线位置较“20·8”要明显偏南，其间也无台风登陆活动影响，强雨区难以稳定持续维持，故该次暴雨过程的强降雨持续时间相对偏短，降雨强度相对较弱。

4.2 洪水方面

(1) 洪峰特征及洪水组成。受水库群拦蓄影响，“20·8”洪水中寸滩站最大流量为74 600 m3/s，较1981年偏小，位居历史第5位，但因复式洪峰、峰型肥胖以及河道附近工程建设、三峡水库拦洪运用等综合因素影响，导致寸滩站水位流量关系线逐渐左偏且呈现较大的绳套带宽，水位偏高，洪峰水位191.62 m，位居历史第2位，仅次于实测记录最高的1905年，较1981年洪峰水位高0.21 m。“20·8”洪水的寸滩洪水组成中，嘉陵江来水占主导地位，金沙江、岷江次之，“81·7”洪水则是嘉陵江、金沙江、岷江来量占据前三位，相较于“81·7”洪水，“20·8”洪水的7 d总洪量偏大28.6亿m3，其中岷江、嘉陵江偏大，沱江基本相当，金沙江、向家坝-寸滩区间则偏少。

(2) 洪水特点及成因。“81·7”洪水的特点为洪水过程尖瘦、涨水历时短、洪峰流量大、洪峰稀遇程度高于洪量，寸滩站洪峰重现期为70 a，但7 d洪量重现期仅为15 a；“20·8”洪水则呈现复式洪峰、洪水过程肥胖、人类活动影响较大、洪峰水位较高的特点，寸滩站实况洪峰流量重现期约20 a，7 d洪量则为约40 a一遇。“20·8”洪水期间，长江上游水库群实施联合调度，累计拦蓄约82亿m3，其拦蓄运用降低李庄、泸州、朱沱、寸滩站洪峰水位分别约3.2, 2.9, 3.3, 3.0 m，将上游寸滩站约90 a(洪峰)-130 a(洪量)一遇的特大洪水削减为约20a(洪峰)-40a(洪量)一遇的大洪水。

5 结 论

(1) “20·8”和“81·7”两次长江上游型大洪水对应的致洪暴雨过程均持续时间长(6～7 d)，暴雨强度大，范围广。主雨带位置主要发生在金沙江中下游、岷江、沱江至嘉陵江一线，且暴雨中心落区分布在岷江、沱江、涪江、嘉陵江一线，降雨强度大，为暴雨-大暴雨，暴雨持续时间为2 d及以上，主雨区累计平均降雨量及中心单站日雨量可达400 mm左右。在稳定的中高纬大气环流形势配合下，西南涡、低空急流及冷空气等强天气系统共同发展是引起上游强降雨的主要成因；西太平洋副热带高压的脊线位置异常偏北，且西伸脊点偏西，则可能是更有利于暴雨中心稳定维持在长江上游的原因。

(2) “20·8”与“81·7”洪水均发生在长江上游，且主要由岷江、沱江及嘉陵江来水遭遇形成，但从洪水发展过程、洪峰特征及洪水组成、寸滩站水位流量关系等方面对比，两者在洪水特征上呈现明显的差异：“81·7”洪水过程尖瘦、涨水历时短、洪峰流量更大、洪峰稀遇程度高于洪量，“20·8”洪水则呈现复式洪峰、洪水过程肥胖、受人类活动影响较大、洪峰水位更高的特点。

(3) 从“20·8”和“81·7”两次上游型大洪水实况资料进行对比分析，发现两者在暴雨洪水特征方面均具有一定的异同点，但很明显两次大洪水发生时流域气候、地表状况、监测站网和人类活动影响等方面存在不一致，造成实际的洪涝程度也显然差异大，具体造成两次大洪水各自内在影响差异等，以及更全面的认识上游暴雨洪水发生成因，还有待后期深入开展还原分析和深入探讨，进一步揭示长江上游型大洪水发生的暴雨洪水规律。

说 明

本文2020年水文要素的统计分析源自报汛数据。