王 穎 樊進娟 吳華廣 許 潔 謝 航
(1.寧波市水利發展規劃研究中心,寧波 315600;2.寧波市水文站,寧波 315000)
隨著經濟社會的快速發展,干旱災害的影響范圍已經由傳統的農業領域擴展到工業、城市、生態等多方面[1],干旱已成為制約經濟可持續發展的重要因素,如何針對干旱進行防災減災已成為社會關注的熱點問題[2]。干旱發展是一個緩慢的累積過程,某一時刻干旱程度不僅與當前降水量有關,也與前期降水量的累積效應有關,氣候變化進一步加劇了干旱傳遞過程的復雜性,因此對本地區干旱發生規律的正確認識有助于干旱監測、預警和評估準確性的提高[3]。2022 年6 月26 日出梅以后,寧波市各區(縣、市)發生了不同程度的旱情,9 月初,受2211 號臺風“軒嵐諾”降雨影響,干旱解除。本文通過研究2022 年夏季干旱成因及旱情等級評估,并與歷史同期旱情進行對比分析,提出旱情災害防御相關對策建議。
2022 年夏季北半球副熱帶高壓范圍偏大,強度偏強,造成我國江南至江淮持續異常高溫。8月,歐亞高緯形成兩脊一槽環流型,影響我國的冷空氣位置偏北,導致寧波市持續高溫少雨,多地氣溫破歷史紀錄。通過分析,此次旱情主要有以下4個成因。
(1)極端高溫歷史最強。寧波市平均極端高溫達41.0 ℃,比歷史平均極端高溫高2.4 ℃,其中江北區(41.1 ℃)、北侖區(40.8 ℃)、寧??h(40.8 ℃)、象山縣(42.7 ℃)破歷史最高紀錄。
(2)高溫持續時間長。寧波市平均高溫日數(日最高氣溫35.0 ℃以上)達50.3 d,打破有氣象記錄以來最高歷史紀錄(2013年的43 d)。各區(縣、市)高溫日數均在45 d以上,其中余姚市高溫日數達57 d,40.0 ℃以上極端高溫日數達14 d,位列全市之首。
(3)高溫出現早且集中。7月9日象山縣,10日海曙、江北、鄞州、奉化、余姚和慈溪等地最高氣溫超40 ℃,其中海曙區、江北區和鄞州區40 ℃以上出現時間為歷史第2 早(最早2005 年7 月5 日)。全市40 ℃以上酷熱集中在7 月10—15 日、7 月20—23 日、8 月10—13 日,38 ℃以上高溫最長連續11 d,出現在8月4—14日的余姚市。
(4)降雨量嚴重偏少。出梅以來,寧波市降雨量嚴重偏少,6 月26 日至8 月31 日,寧波市降雨量僅191.7 mm,為近40 年來最少,比多年同期平均偏少59%,其中8 月降雨量102.7 mm,比多年同期平均偏少53%。各區(縣、市)降雨量比多年同期平均偏少3~7 成,其中鎮海區、奉化區、慈溪市、寧??h、象山縣為近40年來最少,海曙區、鄞州區、余姚市為近40年來第2少,北侖區為近40年來第3少。
目前通用的干旱指標一般有4類:①氣象干旱指標(降水與蒸發、連續無雨日數法等);②農業干旱指標(土壤墑情與作物需水量);③水文干旱指標(徑流低于一定供水量的地表和地下水不足程度);④經濟干旱指標(反映人類活動中造成的水資源供需不平衡程度)。本文參照《旱情等級標準》(SL 424—2008)中的旱情指標與等級標準,以寧波市63個國家基本雨量站為代表,分別采用連續無雨日數法和降水量距平百分率法進行旱情等級評估[4]。同時,考慮到水庫蓄水存量可以反映旱情出現時的缺水狀況,進而反映出干旱程度,本文亦選取蓄控比作為旱情等級評估指標[1]。
連續無雨日法:無有效降雨以夏季6—8月為標準,1 d降雨量小于5 mm 的當日作為無有效降雨日;分區內所有站點參與連續無降雨日統計,以每個站點最長連續無降雨日的天數參加旱情評估,分區采用泰森多邊形法計算的連續無降雨日數均值參加旱情評估。等級劃分標準見表1。
表1 連續無降雨日數旱情等級劃分標準 d
降水量距平百分率法:計算期內的多年平均降水量采用近65 年(1956—2021 年)降水量數據計算。根據不同季節選擇適當的計算期長度,夏季評估期采用1 個月的降水量。用泰森多邊形法計算各個分區平均降水量,與多年同期平均降水量進行比較,其中計算期內降水量距平百分率以Dp表示。等級劃分標準見表2。
表2 降水量距平百分率Dp旱情等級劃分標準 (%)
蓄控比:統計計算期內每旬的大中型水庫總蓄水量與控制蓄水量的百分比。文獻[1]提出在秋冬季節當期蓄控比小于60%,同時蓄控比連續2個月下降且降幅大于10%,則可能有旱情發生。由于本文研究對象是夏旱,與秋冬連旱存在差異,評估前對2010—2021 年寧波市32 座大中型水庫夏季每旬水庫蓄控比進行了分析,并選取夏季旱情較為嚴重的年份對其進行了驗證。
2.2.1 連續無雨日法與降水量距平百分率法
從寧波市來看,連續無雨日法評估結果表明,2022年夏季寧波市整體干旱水平為嚴重干旱,其中最長連續無降雨日天數為36 d,出現在象山縣定山站。降水量距平百分率法評估結果表明,2022 年夏季寧波市整體干旱水平為輕度干旱。
從區(縣、市)來看,通過連續無雨日法分析,除海曙區屬中度干旱外,其他均為嚴重干旱。通過降水量距平百分率法分析,鎮海區、慈溪市、象山縣屬中度干旱,鄞州區無旱,其他均為輕度干旱。
從流域分區來看,通過連續無雨日法分析,除入曹小區屬中度干旱外,其他均為嚴重干旱。通過降水量距平百分率法分析,除入曹小區不干旱外,其他均為輕度干旱。具體見表3。
表3 2022年夏季旱情評估表
通過分析發現,用連續無雨日法會出現程度上的重判,用降水距平百分率法會出現程度上的輕判,為綜合評價干旱等級,本文研究提出改進評價方法。首先將所選典型年各評價等級做定量分析,將干旱等級進行分級編碼,干旱等級為無旱、輕度干旱、中度干旱、嚴重干旱、特大干旱,分別用數字0、1、2、3、4 表示。以Y表示實際干旱等級,以X1、X2分別表示降水量距平百分率法、連續無雨日法干旱等級,采用回歸法得到旱情分析回歸綜合方程:
Y= 0.16 + 0.16X1+ 0.81X2
經計算,2022年夏季寧波市干旱等級為嚴重干旱。
2.2.2 蓄控比
寧波市2013 年夏旱等級為嚴重干旱,接近30 年一遇[5]。為驗證蓄控比作為評估夏旱程度指標的合理性,以寧波市2013 年夏旱為例,分析計算寧波市2013 年7—8 月32 座大中型水庫每旬蓄控比,結果見圖1。
圖1 2013年7—8月寧波市32座大中型水庫蓄控比統計圖
由圖1 可知,2013 年7—8 月蓄控比從81.7%降到60.2%,蓄控比逐旬降低,降幅達26.3%。
2010年以后寧波市32座大中型水庫才開始集中供水,對2010—2021 年寧波市32 座大中型水庫夏季每旬水庫蓄控比的累積頻率進行分析,結果如圖2所示。通過分析發現,近12年夏季每旬蓄控比最小值為59.6%,最大值為98.6%,低于60%的概率只有1%。所以,在夏季即使蓄控比未低于60%,但逐旬下降且降幅大于10%,也可能有旱情發生。
圖2 2010—2021年夏季寧波市32座大中型水庫蓄控比累積頻率曲線圖
對2022年7—8月寧波市32座大中型水庫每旬蓄控比進行分析計算后發現(圖3),蓄控比逐旬下降,從78.3%降至61.4%,降幅達21.6%,接近2013年夏季嚴重干旱的蓄控比降幅,并且8 月11 日、8 月21 日蓄控比接近近12 年最小值,說明2022年8月可能發生干旱且程度為嚴重干旱。
圖3 2022年7—8月寧波市32座大中型水庫蓄控比統計圖
采用寧波市1956—2021年長系列實測資料,統計各月降水量,利用P-Ⅲ型分布求得不同干旱重現期下的降水量,結果表明,2022 年7 月干旱重現期小于5 a,8 月干旱重現期接近20 a,2022 年7—8 月連續2 個月干旱重現期接近20 a,見表4。
表4 2022年7—8月干旱重現期及其對應的降水量
經分析,1956年以來,寧波市夏季干旱主要分為4個時期,分別為1964—1971 年、1978—1979 年、1985—1991 年、2003—2004年和2013年,采用連續無雨日數法和降水量距平百分率法分別對各典型年進行統計分析,成果見表5、表6。
表5 各典型年連續無雨日數法統計分析表(夏旱)
表6 各典型年降水量距平百分率法統計分析表(夏旱)
由表5 可知,所選典型年中有97.4%的站點發生了不同程度的旱情,其中嚴重干旱占33.6%、特大干旱占4.8%。2022 年與歷史各典型年相比,嚴重干旱以上站點占77.8%,排第3位,僅次于2003年和2013年。
由表6 可知,寧波市歷史10 個典型年除1967 年和2013 年為嚴重干旱外,其他年份均為輕度干旱。從各分區來看,慈溪和象山最易發生干旱等級較高的旱情,10 個夏旱典型年中慈溪市和象山縣均有5 年發生中度以上干旱,其中慈溪市有1年為特大干旱,象山縣有3年為嚴重干旱。從各流域來看,最不易發生旱情的為入曹小區,姚江流域、象山港及三門灣發生的概率較大。
(1)綜合來看,2022 年寧波市夏季旱情達到嚴重干旱等級,干旱重現期接近20 a(2013年干旱重現期接近30 a),具有極端氣溫高、持續時間長、受旱范圍廣、影響程度重的特點。
(2)蓄控比可以作為評估是否發生夏旱的指標,當期蓄控比接近或小于歷年蓄控比最小值,并且下降降幅達到10%就有可能發生干旱,達20%可能發生嚴重干旱。
(3)通過與歷史對比分析發現,2022 年嚴重干旱以上站點占77.8%,排歷史第3 位,僅次于2003 年和2013 年。從各分區來看,慈溪市和象山縣最易發生干旱等級較高的旱情;從各流域看,最不易發生旱情的為入曹小區,姚江流域、象山港及三門灣發生干旱的概率較大。
(1)2010 年后,除了2013 年出現夏季嚴重干旱以外,同期未有干旱情況出現,下一步繼續積累資料對蓄控比的適用性進行驗證。
(2)隨著曹蛾江引水工程及欽寸水庫引水工程的建設,境外引水工程效益不斷加強,水庫蓄控比受境外引水的影響也不斷加大,后續繼續搜集相關資料,分析境外引水對水庫蓄控的影響。