库车河铜场水库典型雨洪过程的气象水文特征

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-05-0733

摘要/Abstract

摘要：

南疆铜场水库是库车河流域的中型拦河水库，研究水库的气象水文量化指标对水库涨水的预报预警有重要意义。选取库车河流域19个自动气象站小时降水量、三源融合降水产品（China Meteorological Administration Multi-source Merged Precipitation Analysis System，CMPAS）以及水库入库流量、水位等数据，筛选水库9场暴雨洪水过程进行环流分型，并分析2场水库典型雨洪过程的气象和水文特征。结果表明：（1）水库雨洪过程的环流形势分为低涡（槽）-切变线型（简称“I型”）和低涡（槽）-气旋型（简称“II型”）两类环流型。（2）降水强度、发生区域、历时长短决定水库涨水速度，I型过程为短时强降水型涨水，II型过程为长历时弱降水型涨水，I型过程涨水速度快于II型。（3）入库流量增幅与小时面雨量大小相关，小时面雨量<0.5 mm时，入库流量变幅不大；小时面雨量>2.0 mm时，入库流量明显增大。（4）水库涨水与雨情存在滞后性响应，I型过程涨水开始时间和入库洪峰流量出现时间落后于降水开始时间3~4 h，水库最高水位出现时间落后于降水开始时间4~5 h，落后于入库洪峰流量1~2 h；II型过程涨水开始时间、入库洪峰流量和最高水位出现时间均不同程度晚于I型。

关键词: 铜场水库, 雨洪过程, 环流分型, 滞后性响应, 面雨量

Abstract:

The Tongchang Reservoir in southern Xinjiang is a medium-sized river-blocking reservoir in the Kuche River Basin, where heavy rainfall is the primary factor contributing to reservoir-induced floods. Studying the quantitative meteorological and hydrological indicators of the reservoir is of great significance for the flood warning and prediction of the reservoir. Based on hourly precipitation data from 19 automatic weather stations in the Kuche River Basin, the three-source integrated precipitation product (China Meteorological Administration Multi-source Merged Precipitation Analysis System, CMPAS), as well as the inflow volume and water level of the reservoir, nine flood events caused by heavy rainfalls in the reservoir were selected and classified into circulation types, and the meteorological and hydrological characteristics of two typical rain and flood events in the reservoir were analyzed. The results are as follows: (1) The circulation patterns of the rain-flood processes in the reservoir can be classified into two types: low vortex (trough)-shear line type (the type I) and low vortex (trough)-cyclone type (the type II). (2) The intensity of precipitation, the rainfall area, and the duration all determine the rate of water level rise in the reservoir. The type I process is characterized by short-term heavy precipitation and rapid water level rise, while the type II process is characterized by long-duration weak precipitation and slow water level rise. The water level rise speed during the type I process is faster than that during the type II process. (3) The increase in the inflow into the reservoir is related to the magnitude of the hourly areal rainfall. When the hourly areal rainfall is less than 0.5 mm, the variation range of the inflow into the reservoir is not significant, while the hourly areal rainfall is greater than 2.0 mm, the inflow into the reservoir increases significantly. (4) The water level rise of the reservoir has a lagging response to the meteorological conditions. For the type I process，the start time of water level rise and the occurrence time of the peak inflow of the reservoir are 3-4 hours behind the start time of precipitation, and the occurrence time of the highest water level in the reservoir is 4 to 5 hours later than the starting time of precipitation, and 1 to 2 hours later than the peak inflow flood into the reservoir. The start time of the flood rise during the type II process, the peak inflow, and the time when the highest water level occurs are all later than those during the type I process to varying degrees.

Key words: the Tongchang Reservoir, rain-flood processes, circulation typing, lagging response, areal rainfall

中图分类号:

P458，P339

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图/表 12

图1 铜场水库气象站、水文站和水库流域汇水区（蓝实线为汇水区边界，红、蓝、白圈分别为上、中、下游气象站，玫红圈为水文站；红色三角为铜场水库，下同）注：1：Y8635，2：Y8634，3：Y8633，4：Y5970，5：Y8630，6：Y8636，7：Y5972，8：Y8625，9：Y5971，10：Y5171，11：Y8705，12：Y8706，13：Y5905，14：Y8629，15：Y8628，16：Y8627，17：Y8626，18：Y8638，19：Y8637

Fig.1 Meteorological and hydrological stations in the Tongchang Reservoir， and the catchment area of the reservoir watershed （The catchment area boundary marked by the blue solid line， the meteorological stations at the upper， middle and lower streams indicated by red， blue， white circles， the hydrological station indicated by rose red circle； the red triangle is for the Tongchang Reservoir， the same as below）

表1 铜场水库2018—2023年9场暴雨洪水过程水情及环流分型

Tab.1 Hydrological conditions and circulation classification of nine rainstorm-flood processes in the Tongchang Reservoir from 2018 to 2023

序号	时间	最高水位/m	最高水位出现时间	最大库容/（万m³）	阿艾站流量/（m³·s^-1）	环流形势
1	2018年6月18日	1 311.29	-	958.00	244.0	II型
2	2019年6月24日	1 309.83	-	766.00	98.2	I型
3	2019年7月8日	1 307.59	-	609.00	105.0	II型
4	2020年7月4日	1 306.04	-	502.00	213.0	I型（副）
5	2021年7月14日	1 304.75	14日23：38	189.00	300.0	I型
6	2021年8月10日	1 304.86	-	419.00	176.0	I型
7	2022年8月8—10日	1 311.05	9日20：12	921.41	326.0	II型（副）
7	2022年8月12—13日	1 312.71	13日04：05	1 145.93	384.0	II型（副）
8	2023年6月15—16日	1 313.84	15日20：20	1 300.38	145.0	II型（副）
9	2023年7月10日	1 311.67	10日13：30	1 004.86	232.0	I型

图2 铜场水库雨洪过程I型（a）和Ⅱ型（b）环流形势高低空天气系统配置（蓝色实线为位势高度，棕色实线为槽线，字母“D”和“G”分别表示位势高度“低中心”和“高中心”）

Fig.2 The high and low level weather system configuration of the circulation pattern of the type I （a） and the type II （b） during rainstorm and flood processes in the Tongchang Reservoir （Blue solid lines are for geopotential height， brown solid lines are for trough lines， the letters “D” and “G”represent the “low center” and “high center” of geopotential height， respectively）

图3 2021年7月13—15日库车河流域上游（a）、中游（b）、下游（c）气象站小时降水量变化

Fig.3 Variation of hourly precipitation at meteorological stations in the upper （a）， middle （b） and lower （c） reaches of the Kuche River Basin from July 13 to 15， 2021

表2 2021年7月13日14：00—15日05：00库车河流域降水特征值

Tab.2 Precipitation characteristic values in the Kuche River Basin from 14：00 July 13 to 05：00 July 15， 2021

	站点	累计降水量/mm	最大雨强/（mm·h^-1）	降水时数/ h
上游	Y8635	5.0	4.1	5
	Y8634	0.6	0.3	3
	Y8705	11.0	5.1	11
	Y8706	15.9	5.2	12
中游	Y8628	61.1	21.6	9
	Y8627	47.5	19.9	14
	Y8638	45.3	24.2	11
	Y8630	40.2	15.2	18
下游	Y8625	7.7	5.8	6
下游	Y5971	11.1	6.3	5

图4 2021年7月13日14:00—15日03:00库车河流域降水分布（单位：mm）

Fig.4 Distribution of precipitation in the Kuche River Basin from 14:00 July 13, to 03:00 July 15, 2021 (Unit: mm)

图5 2021年7月14日雨洪过程水库水位、库容及入库流量（a）和13日14：00—14日汇水区面雨量变化（b）

Fig.5 Variation of water level， storage capacity and inflow volume of the reservoir during the flood-inducing process on July 14， 2021 （a） and the areal rainfall in the catchment area from 14：00 July 13 to 14， 2021 （b）

图6 2022年8月8—12日库车河流域上游（a）、中游（b）、下游（c）气象站小时降水量变化

Fig.6 Variation of hourly precipitation at meteorological stations in the upper （a）， middle （b） and lower （c） reaches of the Kuche River Basin from August 8 to 12， 2022

表3 2022年8月8日08：00—12日20：00库车河流域降水特征值

Tab.3 Precipitation characteristic values in the Kuche River Basin from 08：00 August 8 to 20：00 August 12， 2022

	站点	累计降水量/mm	最大雨强/ （mm·h^-1）	有雨小时数/h
上游	Y8635	52.5	5.2	34
	Y8634	42.3	4.1	32
	Y8705	84.5	9.3	44
	Y8706	50.4	7.3	34
中游	Y5970	29.3	9.8	28
	Y8630	24.6	3.6	28
	Y5905	17.4	2.0	32
	Y5972	14.8	2.4	25
下游	Y5971	5.3	2.1	13
下游	Y8625	4.3	1.2	14

图7 2022年8月8日14:00—12日20:00库车河流域降水分布（单位：mm）

Fig.7 Distribution of precipitation in the Kuche River Basin from 14:00 August 8 to 20:00 August 12, 2022 (Unit: mm)

图8 2022年8月8—13日雨洪过程水库水位、库容（a）和汇水区面雨量、入库流量（b）变化

Fig.8 Variation of water level， storage capacity of the reservoir （a） and the areal rainfall in the catchment area and the inflow volume （b） during the flood-inducing process from August 8 to 13， 2022

表4 铜场水库典型雨洪过程水情和雨情及水库涨水滞后性对比

Tab.4 Comparison of the hydrological and rainfall conditions during the typical flood-inducing processes in the Tongchang Reservoir and the lagging property of the reservoir’s water lever rise

过程时间	环流分型		雨情特征		水库涨水滞后性
过程时间	环流分型		历时及强度	强降水分布	涨水次数	开始涨水落后于降水开始时间/h	洪峰落后于降水开始时间/h	最高水位落后于降水开始时间/h	最高水位落后于洪峰时间/h
2021年7月14日	典型 I型	低涡（槽）- 切变线型	短时强降水	中游最强	仅一次	3~4	3~4	4~5	1~2
2023年7月10日	典型 I型	低涡（槽）- 切变线型	短时强降水	上游最强	仅一次	3~4	5~6	8~9	3~4
2022年8月8—13日	典型 Ⅱ型	低涡（槽）- 气旋型	长历时弱降水	上游最强	第一次	18	21	30	9
2022年8月8—13日				上游最强	第二次	15	16	23	7
2023年6月15—16日				上游最强	第一次	15	16	18~19	2~4
2023年6月15—16日				上游最强	第二次	2~3	4~5	6~7	2

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