基金项目
关键词
2022年长江枯水；枯水特征；枯水成因；流域性枯水
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引 言
长江流域面积大，气候条件复杂，降雨径流年内分配很不均匀，洪旱灾害呈现明显的季节特征[1]，一般而言，汛期主要受洪灾影响，干旱在秋冬时期发生概率较大。随着气候变化和人类活动影响，极端气候事件频发[2-3]，其中长江中下游“旱涝/涝旱急转”、“涝旱并存”现象也时有发生[4-7]，而长江在历史上汛期出现全流域反枯的现象鲜有发生，目前未有相关资料进行分析。
2022年入汛以来至9月上旬，长江流域雨水情发生了明显的丰枯转换现象，长江发生流域性严重枯水，其中，8月长江中下游干流枯水重现期大于100年一遇，各主要站月最低水位均打破历年同期最低记录。本次长江流域“汛期反枯”且偏枯严重的现象极为罕见，通过连续观测的水雨情资料进行统计分析并总结枯水特征和成因，对于深入认识和理解长江流域2022年“汛期反枯”的水雨情变化及其特征，探究旱情变化规律、提升旱情预测和应对能力具有重要的参考意义。
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水雨情概述
根据长江流域2022年入汛以来至9月上旬水雨情发展过程，可将其分为三个阶段，长江流域降水距平时空分布见图1、图2，主要干支流来水距平变化见图3，汉口站水位与多年同期（1991-2020年，下同）对比见图4。
（1）入汛以来（3月17日）~6月上旬：长江流域降水、来水均明显偏多，水库群稳步消落，长江中下游水位较多年同期明显偏高。3月下旬~6月上旬，长江流域降水量较多年同期偏多1成多，总体呈“南多北少”、“前多后少”分布，除汉江流域降水偏少外，流域其他地区整体表现为偏多。受降水和水库群消落供水影响，长江流域整体来水偏多近3成，中下游干流各主要站水位较多年同期平均偏高0.4~1.6m，中游主要站七里山、汉口6月上旬出现年最高水位。
（2）6月中旬~7月上旬：长江流域降雨转为偏少，因水库群集中消落流域整体来水仍偏多，中下游主要站7月上旬水位由较多年同期偏高转为偏低。6月中旬~7月上旬，长江流域降水量偏少近3成，其中上游偏少3成多，中下游偏少近2成，除两湖水系南部等地区降水偏多外，流域其他地区降水整体偏少；2022年长江中下游入出梅均偏早，梅雨期偏长，但梅雨期间，雨带不稳定且呈一定间歇性，降雨强度整体偏弱，梅雨量偏少。受两湖降雨和水库群集中消落影响，本阶段长江流域来水仍偏多近2成，其中，汉口站来水偏多1成，鄱阳五河来水偏多2成，其余地区来水均转为偏少，下游主要站湖口、大通6月下旬出现年最高水位，7月2~4日中下游主要站水位相继由较多年同期均值偏多转为偏低。
（3）7月中旬~9月上旬：长江流域降水偏少范围扩大，来水上中下游同枯，雨水情偏枯程度加剧，中下游主要站8月、9月最低水位打破历史同期实测记录。7月中旬~9月上旬，长江流域降水量偏少近5成，其中上游偏少3成多，中下游偏少6成多；除金沙江源区、嘉陵江水系北部、汉江上游偏多外，流域其他大部地区降水整体偏少，其中，两湖水系降水偏少5成以上、局部偏少8成以上，洞庭湖水系降水量仅74.6mm，鄱阳湖水系降水量仅69.0mm，尤其是9月上旬，长江中游基本无降雨，长江中游干流、两湖水系降水在2mm以下。长江流域来水偏枯程度加剧，该阶段流域整体来水偏少4成多，干支流来水偏少4~6成，且9月上旬各站来水偏少5~8成；洞庭湖、鄱阳湖8月初均提前进入枯水期[8-10]，分别为1971年、1951年以来最早，9月6日鄱阳湖已低于极枯水位；荆江三口太平口、藕池口相继断流，较近5年汛后断流时间[11]平均提前近3个月；长江中下游干流及两湖出口控制站水位持续走低，较多年同期均值平均偏低4.2~5.7m，7月最低水位位于历史同期最低水位倒数前列，8月、9月初水位均已打破历史同期实测最低水位记录，当前水位仍维持下降态势。
图1 长江流域主要分区降水距平变化
图2 2022年3月下旬~9月上旬长江流域降水量距平空间分布
图3 2022年3月下旬~9月上旬长江流域干支流主要站来水距平
图4 汉口站2022年入汛以来水位与多年同期对比
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枯水特点
汛期长江流域枯水主要有以下五个特点：
（1）6月中旬丰枯急转，流域降水为历史同期最少。入汛以来至6月上旬长江流域降水量偏多，从6月中旬后长江流域降水丰枯急转，6月中旬正常偏少、下旬偏少2成。7~9月上旬，长江流域大部地区降水明显偏少且加剧，流域降水量较多年同期均值偏少4成多，为1961年以来同期最少；其中，长江流域降水量7月偏少3成多，8月偏少近6成，9月上旬偏少程度进一步加剧，长江上游干流偏少4成，中下游干流偏少9成，两湖及上中游主要支流偏少5成至1倍。
（2）上中下游同枯，江河来水显著偏少。受降雨偏少影响，7月以来，长江流域上中下游同枯，江河来水显著偏少。7~8月，长江干支流来水量较多年同期偏少4~7成，上游来水量为1949年以来同期最少，9月上旬干支流来水偏少5~8成。其中，7月流域来水总体偏少近2成，干流寸滩、汉口、大通站来水偏少2～4成，上游主要支流及中下游两湖来水偏少4～6成；三峡、丹江口水库来水分别偏少4成多、近7成。8月流域来水总体偏少5成多，上游主要支流及两湖来水偏少4~7成，洞庭“四水”、鄱阳“五河”合成流量为近40年来同期最少，三峡、丹江口水库来水分别偏少5成、6成。9月上旬，长江干流主要站来水均偏少6~7成，主要支流偏少5~8成，三峡、丹江口均偏少6成。
（3）两湖提前进入枯水期，太平口、藕池口提前断流。洞庭湖水位（七里山站）8月4日低于枯水位24.50m，为1971年以来最早。鄱阳湖水位（星子站）8月6日低于枯水位12.00m，提前100天进入枯水期；9月6日低于极枯水位8.00m，为1951年以来最早，较历史上最早出现年份（2019年11月30日）提前85天。2022年汛期，荆江三口的太平口、藕池口陆续断流，据初步统计，较近5年断流时间平均提前近3个月。
（4）中下游主要站水位已退至历史同期最低。受来水丰枯急剧转换的影响，长江中下游主要站6~9月上旬水位总体呈前期底水高、汛期水位退势猛、各站水位突破历史同期极低值的特点。
前期受来水偏多和水库群消落影响，长江中下游主要站水位较历年同期明显偏高，年最高水位均出现在6月，此后受持续高温少雨和来水偏少共同影响，6月下旬起长江中下游水位开始快速消退，7月2日~4日各主要站水位由较多年同期偏高转为偏低，且偏低幅度逐渐加大，7月末月最低水位均在历年同期月最低水位倒数前列（从高到低排序，下同）。8月，中下游水位退势持续，两湖湖区水位明显下降，中下游干流主要站及两湖出口控制站8月月最低水位均为历年同期月最低水位最小，较原历史同期最小值偏低0.9~2.1m。进入9月，各站水位即打破历年同期月最低水位记录且持续走低，9月上旬末已较原历史同期最小值偏低0.9~2.0m。
（5）水库群待蓄水量大，可供水量较往年明显偏少。2022年纳入长江流域水工程联合调度的控制性水库共51座，总调节库容1160亿m3[12]。8月起，长江上游水库群相继进入蓄水期，金沙江流域两河口、白鹤滩2022年进入初期运行期，待蓄水量大，但水库群整体已蓄水量较往年明显偏少，蓄水形势十分严峻。截至9月上旬末，长江上游死水位以上库容约203亿m3（较近5年同期偏少近110亿m3），待蓄水量约484亿m3（较近5年同期偏多近255亿m3）。9月11日8时，三峡水库水位仅为147.82m，较2008年试验性蓄水以来同期均值偏低近8m，已蓄水量较近5年同期偏少约50亿m3。丹江口水库水位仅为156.92m，低于汛限水位6.5m，蓄水严重不足。
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枯水定性
采用长江中下游干支流主要控制站报汛流量资料，根据水库群蓄量变化进行径流还原[13-14]，分旬月统计2022年7月以来中下游干支流来水情况及其重现期，确定2022年长江流域枯水严重水平[15]，结果见表1。
结果表明：宜昌站7月天然来水的枯水重现期约70年，8月来水在60年左右，9月上旬来水约10年一遇枯水；中游干流螺山、汉口站7月天然来水的枯水重现期约10~15年，8月均大于100年，9月上旬在20~25年；下游大通站7月天然来水的枯水重现期约3年一遇，8月来水为大于100年一遇的枯水，9月上旬来水的枯水重现期约40年；洞庭四水、鄱阳五河来水严重偏枯，其中洞庭四水合成枯水重现期除7月为2年一遇，8月、9月上旬均大于100年，鄱阳五河合成8月、9月上旬均为约30年一遇。
综合前述分析来看，对2022年长江流域枯水定性[3]如下：长江流域发生流域性严重枯水，中下游干流8月出现超100年一遇枯水，月最低水位为有实测记录以来历史同期最低。
表1 长江干流主要控制站2022年7~9月上旬枯水重现期
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枯水成因分析
从气候背景来看，目前正在持续的拉尼娜事件为今年6月以来长江流域高温干旱的发生发展提供了重要的气候背景条件，根据统计分析，在多数拉尼娜事件次年的夏季，西太平洋副热带高压易偏北。全球气候变暖导致气候系统的不稳定性加剧，据统计，2020年之前的10年为有记录以来最热的10年，全球气候变暖导致极端天气气候事件频发。以上两点是今年长江流域出现极端高温干旱的重要气候背景。分析造成长江流域8月流域性严重枯水的主要原因如下：
（1）大气环流异常造成流域持续性晴热高温少雨，上下游水量均补充不足。2022年夏季，大气环流形势比较特殊，6月中旬起西太平洋副热带高压持续西伸加强，7～8月几乎一直盘踞在长江流域，且副高的强度、范围和持续时间都较常年偏大偏强，且与大陆高压合并，形成了很长的贯穿性高压带。长江流域受强大的副热带高压控制，盛行下沉气流有利于地面增温，加之在大范围高压带的作用下，空气较为干燥，不易形成云，也使得太阳辐射更容易到达地面，导致高温频发，且强度较强，进而造成流域出现持续高温干旱事件。此外，6月下旬以来，欧亚中高纬西风带内以平直环流为主，导致入侵我国的冷空气明显偏少，特别是长江流域罕有大股冷空气入侵，从而减少了流域的降雨，这二者共同导致2022年夏季长江流域出现持续性晴热高温少雨天气，且基本无明显降雨过程发展，造成上中下游来水均偏少，河道水量补充不足，水位显著偏低。
（2）枯水高温持续时间长，流域蒸发量大，缺墒严重。7月以来，受流域大范围、长时间高温影响，流域下垫面蒸发量偏大，中下游多个站蒸发量达历年同期最大值。蒸发量的加大进一步导致土壤水分亏缺，当有降雨过程时，首先补充土壤含水量，难以形成有效径流汇入河道，而持续高温少雨的天气形势，更加导致了流域缺墒严重。
（3）沿江取用水需求大，进一步减少河川径流。长江中下游、鄱阳湖流域、洞庭湖流域旱区，人口、农作物集中，且夏季为农作物生长关键期，群众饮水、农业用水需求大。据初步统计，长江中下游大通站以上沿线各省市从干流引水流量约600m3/s，约占8月实况平均流量的3%。为保障沿线旱区的供水安全，一定程度减少了河川径流。
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形势展望
根据目前大气环流状况和海温场演变趋势，结合数值模式预测、数理统计方法分析等，预计秋季长江流域尤其是长江中下游降水将继续偏少。目前，副热带高压西伸仍然比较偏西，依旧控制着长江流域大部分地区，未来一段时间长江流域仍然会出现明显的高温少雨。从目前的气候趋势变化来看，长江流域的干旱尤其是中下游地区的干旱还会持续发展，江河来水仍将持续偏少、河湖水位继续走低，水库蓄水压力大。
展望2022年冬季，由于冬季属于长江流域的枯季，降雨基数较小，降雨过程一般不多，预计冬季长江流域旱情继续维持的可能性较大，可能出现夏秋冬连旱。9月上旬末，上游水库群待蓄水量约484亿m3，其中金沙江水库群待蓄水量198亿m3（其中金沙江下游梯级水库近140亿m3），9月中下旬和10月份是上游水库群的蓄水关键期，总的蓄水量关系着今冬明春的用水安全，由于上游来水严重偏少和中下游的极低水位，蓄水与供水的矛盾巨大，金沙江下游梯级、三峡水库将面临十分严峻的蓄水形势，另外，由于丹江口水库蓄水严重不足，也将对2022~2023年度南水北调中线可调水量造成较大影响。
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结论和思考
6.1 结 论
（1）2022年汛期长江流域来水由丰转枯，出现流域性严重枯水，中下游干流8月出现超100年一遇枯水，最低水位为有实测记录以来历史同期最低。
（2）本次枯水呈现以下特点：①6月中旬丰枯急转，流域降水为历史同期最少；②上中下游同枯，江河来水显著偏少；③两湖提前进入枯水期，荆江三口中太平口、藕池口提前断流；④中下游主要站水位突破历史同期月最低水位；⑤水库群待蓄水量大，可供水量较往年明显偏少。
（3）研判未来旱情发展，秋冬长江流域降水仍不乐观，长江中下游可能出现夏秋冬连旱，抗旱形势依然严峻。
（4）由于来水严重偏少和长江水库群蓄水不足，长江中下游干流的极低水位态势可能维持较长时间，2022~2023年度的南水北调中线工程北调水量可能有较大程度减少。
6.2 思考与启示
（1）强化旱情综合信息监测手段和信息共享。旱情信息监测与共享主要涉及雨情、水情、工情和灾情。目前雨水情的监测短板主要在于契合旱情评估需求的大范围监测能力不足，如流域内土壤缺墒监测站点少，遥感产品分辨率、精度难题还有待攻克；另外，流域内中小水库、沿江环湖引提水工程作为抗旱不可或缺的工程措施，急需建立信息共享和报告制度，以准确、精细掌握长江流域水量供需情况，科学进行应急水量调度为最大限度满足流域用水需求创造有利条件；灾情信息方面，建议进一步拓宽旱情监测信息范围，强化监测手段，建立覆盖全流域的降水、墒情、河道水文、各类水库、引提水工程、灾情信息监测系统平台，实现多源信息的实时共享，逐步完善旱情信息报送制度，规范填报、审核等职责。
（2）提升多尺度干旱预测预警能力，加强旱灾风险管理。干旱预测以中长期尺度为主，目前由于长预见期尺度的天气动力物理机制尚存瓶颈，加之人类活动的累积影响，中长期水文预报的精度不高，需进一步加强长期水文预报模型、方法研究，开展业务化实践，提高预报准确性。同时，开展长江流域枯水、旱灾等级划分及预警指标体系研究，提升旱情预警能力。从旱灾风险管理、应急调度预案、抗旱应急水量调度效益评估指标体系等方面开展专题研究，加强长江流域应对极端干旱抗风险能力，充分发挥水利工程群应急水量联合调度效益，为实现抗旱管理方式由“危机管理”向“风险管理”转变提供技术支撑。
（3）加强水库群的联合调度研究，合理配置预留防洪库容的时空布局，适时适量安排水库蓄水。长江流域控制性水库群的调节库容1160亿m 3 ，防洪库容705亿m 3 ，其中金沙江水库群调节库容374.6亿m 3 ，占比32%，防洪库容217.7亿m 3 ，占比31%，容易造成集中蓄水，加剧三峡及长江中下游枯水的局面，因此，一般年份，应在保障防洪安全的条件下，实施提前蓄水，适时适量有序安排水库群的蓄水，避免后期集中蓄水，形成争水抢水的不利局面。
文章来源 | 《人民长江》2022年第12期发表
特别说明 | 此处未列出英文摘要及参考文献，详见原文
本期编辑 | 谢玲娴
本期审核 | 《人民长江》编辑部
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