2022年長江流域枯水特征分析與啟示

官 學 文，曾 明

(長江水利委員會 水文局，湖北 武漢 430010)

0 引 言

長江流域面積大，氣候條件復雜，降雨徑流年內分配很不均勻，洪旱災害呈現明顯的季節(jié)特征[1]。一般而言，汛期主要受洪災影響，干旱在秋冬時期發(fā)生概率較大。隨著氣候變化和人類活動的影響，極端氣候事件頻發(fā)[2-3]，其中長江中下游“旱澇/澇旱急轉”“澇旱并存”現象也時有發(fā)生[4-7]，而長江在歷史上汛期出現全流域反枯的現象鮮有發(fā)生，目前少有相關資料進行分析。

2022年入汛以來至9月上旬，長江流域雨水情發(fā)生了明顯的豐枯轉換現象，長江發(fā)生流域性嚴重枯水，其中，8月長江中下游干流枯水重現期大于100 a一遇，各主要站月最低水位均打破歷年同期最低記錄。本次長江流域“汛期反枯”且偏枯嚴重的現象極為罕見，通過連續(xù)觀測的水雨情資料進行統(tǒng)計分析并總結枯水特征和成因，對于深入認識和理解長江流域2022年“汛期反枯”的水雨情變化及其特征，探究旱情變化規(guī)律、提升旱情預測和應對能力具有重要的參考意義。

1 2022年長江流域水雨情概況

根據長江流域2022年入汛以來至9月上旬水雨情發(fā)展過程，可將其分為入汛以來(3月17日)至6月上旬、6月中旬至7月上旬、7月中旬至9月上旬3個階段。長江流域降水距平時空分布如圖1～2所示，主要干支流來水距平變化如圖3所示，漢口站水位與多年同期(1991～2020年，下同)對比見圖4。

圖1 長江流域主要分區(qū)降水距平變化

圖2 2022年3月下旬至9月上旬長江流域降水量距平空間分布

圖3 2022年3月下旬至9月上旬長江流域干支流主要站來水距平

圖4 漢口站2022年入汛以來水位與多年同期對比

(1)入汛以來(3月17日)至6月上旬。長江流域降水、來水均明顯偏多，水庫群穩(wěn)步消落，長江中下游水位較多年同期明顯偏高。3月下旬至6月上旬，長江流域降水量較多年同期偏多1成多，總體呈“南多北少”“前多后少”分布，除漢江流域降水偏少外，流域其他地區(qū)整體表現為偏多。受降水和水庫群消落供水影響，長江流域整體來水偏多近3成，中下游干流各主要站水位較多年同期平均偏高0.40～1.60 m，中游主要站七里山、漢口站6月上旬出現年最高水位。

(2)6月中旬至7月上旬。長江流域降雨轉為偏少，因水庫群集中消落流域整體來水仍偏多，中下游主要站7月上旬水位由較多年同期偏高轉為偏低。6月中旬至7月上旬，長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，除兩湖水系(洞庭湖和鄱陽湖)南部等地區(qū)降水偏多外，流域其他地區(qū)降水整體偏少。2022年長江中下游入出梅均偏早，梅雨期偏長，但梅雨期間，雨帶不穩(wěn)定且呈一定間歇性，降雨強度整體偏弱，梅雨量偏少。受兩湖降雨和水庫群集中消落影響，本階段長江流域來水仍偏多近2成，其中，漢口站來水偏多1成，鄱陽五河來水偏多2成，其余地區(qū)來水均轉為偏少，下游主要站湖口、大通站6月下旬出現年最高水位，7月2～4日中下游主要站水位相繼由較多年同期均值偏高轉為偏低。

(3)7月中旬至9月上旬。長江流域降水偏少范圍擴大，上中下游來水同枯，雨水情偏枯程度加劇，中下游主要站8月和9月最低水位打破歷史同期實測記錄。7月中旬至9月上旬，長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。除金沙江源區(qū)、嘉陵江水系北部、漢江上游偏多外，流域其他大部分地區(qū)降水整體偏少，其中，兩湖水系降水偏少5成以上、局部偏少8成以上，洞庭湖水系降水量僅74.6 mm，鄱陽湖水系降水量僅69.0 mm，尤其是9月上旬，長江中游基本無降雨，長江中游干流、兩湖水系降水在2.0 mm以下。長江流域來水偏枯程度加劇，該階段流域整體來水偏少4成多，干支流來水偏少4～6成，且9月上旬各站來水偏少5～8成；洞庭湖、鄱陽湖8月初均提前進入枯水期[8-10]，分別為1971年和1951年以來最早，9月6日鄱陽湖水位已低于極枯水位；荊江三口太平口、藕池口相繼斷流，較近5 a汛后斷流時間平均提前近3個月[11]；長江中下游干流及兩湖出口控制站水位持續(xù)走低，較多年同期均值平均偏低4.2～5.7 m，7月最低水位位于歷史同期最低水位倒數前列，8月和9月初水位均已打破歷史同期實測最低水位記錄，9月底水位仍維持下降態(tài)勢。

2 枯水特點

(1)6月中旬豐枯急轉，流域降水為歷史同期最少。入汛以來至6月上旬長江流域降水量偏多，從6月中旬后長江流域降水豐枯急轉，6月中旬正常偏少、下旬偏少2成。7～9月上旬，長江流域大部分地區(qū)降水明顯偏少且加劇，流域降水量較多年同期均值偏少4成多，為1961年以來同期最少。其中，長江流域降水量7月偏少3成多，8月偏少近6成，9月上旬偏少程度進一步加劇，長江上游干流偏少4成，中下游干流偏少9成，兩湖及上中游主要支流偏少5～10成。

(2)上中下游同枯，江河來水顯著偏少。受降雨偏少影響，7月以來，長江流域上中下游同枯，江河來水顯著偏少。7～8月，長江干支流來水量較多年同期偏少3～6成，上游來水量為1949年以來同期最少，9月上旬干支流來水偏少5～8成。其中，7月流域來水總體偏少近2成，干流寸灘、漢口、大通站來水偏少2～4成，上游主要支流及中下游兩湖來水偏少4～6成，三峽、丹江口水庫來水分別偏少4成多、近7成。8月流域來水總體偏少5成多，上游主要支流及兩湖來水偏少5～7成，洞庭“四水”、鄱陽“五河”合成流量為近40 a來同期最少，三峽、丹江口水庫來水分別偏少5成、6成。9月上旬，長江干流主要站來水均偏少6～7成，主要支流偏少5～8成，三峽、丹江口水庫均偏少6成。

(3)兩湖提前進入枯水期，太平口、藕池口提前斷流。洞庭湖水位(七里山站)8月4日低于枯水位24.50 m，為1971年以來最早進入枯水期。鄱陽湖水位(星子站)8月6日低于枯水位12.00 m，提前100 d進入枯水期；9月6日低于極枯水位8.00 m，為1951年以來最早，較歷史上最早出現年份(2019年11月30日)提前85 d。2022年汛期，荊江三口的太平口、藕池口陸續(xù)斷流，據初步統(tǒng)計，較近5 a斷流時間平均提前近3個月。

(4)中下游主要站水位已退至歷史同期最低。受來水豐枯急劇轉換的影響，長江中下游主要站6～9月上旬水位總體呈前期底水高、汛期水位退勢猛、各站水位突破歷史同期極低值的特點。

前期受來水偏多和水庫群消落影響，長江中下游主要站水位較歷年同期明顯偏高，年最高水位均出現在6月，此后受持續(xù)高溫少雨和來水偏少共同影響，6月下旬起長江中下游水位開始快速消退，7月2～4日各主要站水位由較多年同期偏高轉為偏低，且偏低幅度逐漸加大，7月末月最低水位均在歷年同期月最低水位倒數前列(從高到低排序，下同)。8月，中下游水位退勢持續(xù)，兩湖湖區(qū)水位明顯下降，中下游干流主要站及兩湖出口控制站8月月最低水位均為歷年同期月最低水位最小，較原歷史同期最小值偏低0.90～2.10 m。進入9月，各站水位即打破歷年同期月最低水位記錄且持續(xù)走低，9月上旬末已較原歷史同期最小值偏低0.90～2.00 m。

(5)水庫群待蓄水量大，可供水量較往年明顯偏少。2022年納入長江流域水工程聯合調度的控制性水庫共51座，總調節(jié)庫容1 160億m3[12]。8月起，長江上游水庫群相繼進入蓄水期，金沙江流域兩河口、白鶴灘水電站2022年進入初期運行期，待蓄水量大，但水庫群整體已蓄水量較往年明顯偏少，蓄水形勢十分嚴峻。截至9月上旬末，長江上游死水位以上庫容約203億m3(較近5 a同期偏少近110億m3)，待蓄水量約484億m3(較近5 a同期偏多近255億m3)。9月11日08：00，三峽水庫水位僅為147.82 m，較2008年試驗性蓄水以來同期均值偏低近8 m，已蓄水量較近5 a同期偏少約50億m3。丹江口水庫水位僅為156.92 m，低于汛限水位6.5 m，蓄水嚴重不足。

3 枯水定性

采用長江中下游干支流主要控制站報汛流量資料，根據水庫群蓄量變化進行徑流還原[13-14]，分旬月統(tǒng)計2022年7月以來長江中下游干支流來水情況及其重現期，確定2022年長江流域枯水嚴重水平[15]，結果見表1。

表1 長江干流主要控制站2022年7～9月上旬枯水重現期

結果表明：宜昌站7月天然來水的枯水重現期約70 a，8月來水在60 a左右，9月上旬來水約10 a一遇枯水；中游干流螺山、漢口站7月天然來水的枯水重現期約10～15 a，8月均在100 a以及上，9月上旬在20～25 a；下游大通站7月天然來水的枯水重現期約3 a一遇，8月來水為大于100 a一遇的枯水，9月上旬來水的枯水重現期約40 a；洞庭四水、鄱陽五河來水嚴重偏枯，其中洞庭四水合成枯水重現期除7月為2 a一遇，8月和9月上旬均在100 a及以上，鄱陽五河合成枯水重現期8月和9月上旬均為約30 a一遇。

綜合前述分析來看，對2022年長江流域枯水定性[3]如下：長江流域發(fā)生流域性嚴重枯水，中下游干流8月出現超100 a一遇枯水，月最低水位為有實測記錄以來歷史同期最低。

4 枯水成因分析

從氣候背景來看，目前正在持續(xù)的拉尼娜事件為2022年6月以來長江流域高溫干旱的發(fā)生發(fā)展提供了重要的氣候背景條件。根據統(tǒng)計分析，在多數拉尼娜事件次年的夏季，西太平洋副熱帶高壓易偏北。全球氣候變暖導致氣候系統(tǒng)的不穩(wěn)定性加劇。據統(tǒng)計，2020年之前的10 a為有記錄以來最熱的10 a，全球氣候變暖導致極端天氣氣候事件頻發(fā)。以上兩點是2022年長江流域出現極端高溫干旱的重要氣候背景。分析造成長江流域8月流域性嚴重枯水的主要原因如下：

(1)大氣環(huán)流異常造成流域持續(xù)性晴熱高溫少雨，上下游水量均補充不足。2022年夏季，大氣環(huán)流形勢比較特殊，6月中旬起西太平洋副熱帶高壓持續(xù)西伸加強，7～8月幾乎一直盤踞在長江流域，且副高的強度、范圍和持續(xù)時間都較常年偏大偏強，且與大陸高壓合并，形成了很長的貫穿性高壓帶。長江流域受強大的副熱帶高壓控制，盛行下沉氣流有利于地面增溫，加之在大范圍高壓帶的作用下，空氣較為干燥，不易形成云，也使得太陽輻射更容易到達地面，導致高溫頻發(fā)，且強度較強，進而造成流域出現持續(xù)高溫干旱事件。此外，6月下旬以來，歐亞中高緯西風帶內以平直環(huán)流為主，導致入侵中國的冷空氣明顯偏少，特別是長江流域罕有大股冷空氣入侵，從而減少了流域的降雨。這二者共同導致2022年夏季長江流域出現持續(xù)性晴熱高溫少雨天氣，且基本無明顯降雨過程發(fā)展，造成上中下游來水均偏少，河道水量補充不足，水位顯著偏低。

(2)枯水高溫持續(xù)時間長，流域蒸發(fā)量大，缺墑嚴重。7月以來，受流域大范圍、長時間高溫影響，流域下墊面蒸發(fā)量偏大，中下游多個站蒸發(fā)量達歷年同期最大值。蒸發(fā)量的加大進一步導致土壤水分虧缺，當有降雨過程時，首先補充土壤含水量，難以形成有效徑流匯入河道，而持續(xù)高溫少雨的天氣形勢，更加導致了流域缺墑嚴重。

(3)沿江取用水需求大，進一步減少河川徑流。長江中下游、鄱陽湖流域、洞庭湖流域旱區(qū)，人口、農作物集中，且夏季為農作物生長關鍵期，群眾飲水、農業(yè)用水需求大。據初步統(tǒng)計，長江中下游大通站以上沿線各省市從干流引水流量約600 m3/s，約占8月實況平均流量的3%。為保障沿線旱區(qū)的供水安全，一定程度減少了河川徑流。

5 形勢展望

根據目前大氣環(huán)流狀況和海溫場演變趨勢，結合數值模式預測、數理統(tǒng)計方法分析等，預計秋季長江流域尤其是長江中下游降水將繼續(xù)偏少。目前，副熱帶高壓西伸仍然比較偏西，依舊控制著長江流域大部分地區(qū)，未來一段時間長江流域仍然會出現明顯的高溫少雨。從目前的氣候趨勢變化來看，長江流域的干旱尤其是中下游地區(qū)的干旱還會持續(xù)發(fā)展，江河來水仍將持續(xù)偏少、河湖水位繼續(xù)走低，水庫蓄水壓力大。

展望2022年冬季，由于冬季屬于長江流域的枯季，降雨基數較小，降雨過程一般不多，預計冬季長江流域旱情繼續(xù)維持的可能性較大，可能出現夏秋冬連旱。9月上旬末，上游水庫群待蓄水量約484億m3，其中金沙江水庫群待蓄水量198億m3(金沙江下游梯級水庫近140億m3)，9月中下旬和10月是上游水庫群的蓄水關鍵期，總的蓄水量關系著今冬明春的用水安全，由于上游來水嚴重偏少和中下游的極低水位，蓄水與供水的矛盾巨大，金沙江下游梯級、三峽水庫將面臨十分嚴峻的蓄水形勢，另外，由于丹江口水庫蓄水嚴重不足，也將對2022～2023年度南水北調中線可調水量造成較大影響。

6 結論與思考

6.1 結 論

(1)2022年汛期長江流域來水由豐轉枯，出現流域性嚴重枯水，中下游干流8月出現超100 a一遇枯水，最低水位為有實測記錄以來歷史同期最低。

(2)本次枯水呈現以下特點：① 6月中旬豐枯急轉，流域降水為歷史同期最少；② 上中下游同枯，江河來水顯著偏少；③ 兩湖提前進入枯水期，荊江三口中太平口、藕池口提前斷流；④ 中下游主要站水位突破歷史同期月最低水位；⑤ 水庫群待蓄水量大，可供水量較往年明顯偏少。

(3)研判未來旱情發(fā)展，秋冬長江流域降水仍不樂觀，長江中下游可能出現夏秋冬連旱，抗旱形勢依然嚴峻。

(4)由于來水嚴重偏少和長江水庫群蓄水不足，長江中下游干流的極低水位態(tài)勢可能維持較長時間，2022～2023年度的南水北調中線工程北調水量可能有較大程度減少。

6.2 思考與啟示

(1)強化旱情綜合信息監(jiān)測手段和信息共享。旱情信息監(jiān)測與共享主要涉及雨情、水情、工情和災情。目前雨水情的監(jiān)測短板主要在于契合旱情評估需求的大范圍監(jiān)測能力不足，如流域內土壤缺墑監(jiān)測站點少，遙感產品分辨率、精度難題還有待攻克；另外，流域內中小水庫、沿江環(huán)湖引提水工程作為抗旱不可或缺的工程措施，急需建立信息共享和報告制度，以準確、精細掌握長江流域水量供需情況，科學進行應急水量調度，為最大限度滿足流域用水需求創(chuàng)造有利條件；災情信息方面，建議進一步拓寬旱情監(jiān)測信息范圍，強化監(jiān)測手段，建立覆蓋全流域的降水、墑情、河道水文、各類水庫、引提水工程、災情信息監(jiān)測系統(tǒng)平臺，實現多源信息的實時共享，逐步完善旱情信息報送制度，規(guī)范填報、審核等職責。

(2)提升多尺度干旱預測預警能力，加強旱災風險管理。干旱預測以中長期尺度為主，目前由于長預見期尺度的天氣動力物理機制尚存瓶頸，加之人類活動的累積影響，中長期水文預報的精度不高，需進一步加強長期水文預報模型、方法研究，開展業(yè)務化實踐，提高預報準確性。同時，開展長江流域枯水、旱災等級劃分及預警指標體系研究，提升旱情預警能力。從旱災風險管理、應急調度預案、抗旱應急水量調度效益評估指標體系等方面開展專題研究，加強長江流域應對極端干旱抗風險能力，充分發(fā)揮水利工程群應急水量聯合調度效益，為實現抗旱管理方式由“危機管理”向“風險管理”轉變提供技術支撐。

(3)加強水庫群的聯合調度研究，合理配置預留防洪庫容的時空布局，適時適量安排水庫蓄水。長江流域控制性水庫群的調節(jié)庫容1 160億m3，防洪庫容705億m3，其中金沙江水庫群調節(jié)庫容374.6億m3，占比32%，防洪庫容217.7億m3，占比31%，容易造成集中蓄水，加劇三峽水庫及長江中下游枯水的局面，因此，一般年份，應在保障防洪安全的條件下，實施提前蓄水，適時適量有序安排水庫群的蓄水，避免后期集中蓄水，形成爭水搶水的不利局面。

說 明

本文2022年水文要素采用報汛數據統(tǒng)計分析。