湖南降水及铁路水害区域分布特征分析

李东杰      ,余青松   ,罗婉

摘要：文章主要以湖南铁路水害为研究对象，以湖南2000-2019年94个国家气象站资料及2015-2019年铁路水害历史资料为基础数据，通过对湖南降雨时空分布特征以及铁路水害区域分布特征的分析，找出铁路水害发生时间及落区与降雨时空特征的关系。研究结果表明，湖南铁路水害发生时间及落区与降雨时空特征耦合度较高，时间规律季节性明显，高度重叠期处于6-7月，空间规律整体呈西多东少，北多南少的态势。本文为开展湖南铁路水害气象风险评估打下基础，对开展铁路水害预报及灾害防御有一定参考作用。

关键词：铁路水害，降水，区域风险

引言

湖南地处我国长江以南的东南腹地，位于云贵高原的东延部分，梯级较低，属于暴雨洪涝高发地带。在湖南由于自然灾害导致的经济损失大多都是属于气象灾害[1]。 受地理地质气候等因素影响，是全国地质高发区之一，泥石流、滑坡、坍塌等是湖南省的主要灾害类型。湖南省的灾害特点明显，区域性、季节性及突发性尤为显著。其中湖南省益阳属于地质灾害点高发区域，截止至2020年，隐患点约444处，重大型约35处。铁路水害具有普发性，湖南省约有90%以上的铁路水害均是发生在汛期中[2]。铁路水害预测预报受地质等影响，对不同地段铁路水害致灾阈值界定模糊，铁路水害防灾减灾能力亟待提高。

1 湖南降水时空分布特征

1.1年际分布特征

湖南地处我国长江以南的东南腹地，属于梯级降低的云贵高原的东延部分，其气候属于大陆性亚热带季风湿润气候，是各方冷暖干湿空气的交汇过渡带，四季分明，降水集中。尤其是湖南益阳是集安化、桃江等山区暴雨中心点，降水年年偏丰，尤其在汛期多雨成灾[3]。

资料来源于湖南省气候中心提供的97个国家基准气象站从2000-2019年的逐日降水资料，将长度不够的站点剔除，收集 94个站点的气象数据。

降水要素倾斜率采用线性回归模型分析降水变化趋势，即：

[4] （1-1）

为降雨要素，为线性趋势。将b=*10作为降水要素倾斜率（mm/10a）。以此可以直观判断该要素的年际变化情况。

图1湖南省94个站点2000-2019年降水年际分布图

由湖南省年平均降水的逐年变化图（图1）可以得出湖南的年降水量呈明显增加的趋势，上升趋势处于震荡上升。

1.2 降水时空分布特征

利用sufer软件绘制湖南降水空间分布图，网格化算法采用克里金插值法，将湖南近19年各站点平均降水量的时空分布图绘制如图2所示：

由图2可见，湖南降水地域分布极其不均，降水的分布大致呈现为东、南部向西、北部递减，中偏南的丘陵和平原降水偏少，中偏南和南部山地降水偏多。

湖南省年降水空间梯度变化不均，其表现为山区丘陵区大于平原盆地区，迎风坡大于背风坡。因山地丘陵受西南和东南季风以及台风影响，迎风坡降水量水汽充足，降水量多，相反盆地平原受副热带高压带影响，背风坡焚风效应显著，降雨偏少。湖南降水量整体分布呈东南部向西北部呈半圆型递减，降水量更替规律呈湘中以南区域东西向经度变化明显，以北区域南北向纬度变化明显。

图2湖南省94个站点2000-2019年降水空间分布图

湖南省的降水时空分布特征明显，降水随季节变化浮动大。在气象上规定4-9月为汛期。春季与夏季交替时节，南下的冷气团与暖湿气团交汇在南岭处，加速静止锋形成，造成持续阴雨，主要雨带位于湘中、湘南；伴随西伸北进，副高不断增强，雨带呈北移趋势。夏初，在副高控制下，全省呈现晴热少雨天气，特别在湘资水中下游及洞庭湖区，由于受西太平洋副热带高压影响，降水明显减少；湘西北地区则因位于副高边沿，降水较丰；湘西南及湘东南因地形抬升加热带天气系统双重影响，容易出现强降水天气[5-7]。

2 铁路水害区域分布特征

2.1 时空分布关联性

综合湖南省铁路水害历史情况分析，湖南省2015-2019年各区域的铁路水害出现集中在5-8月，高发期处于6、7月份。湖南省2015-2019年铁路水害的发生具有年际递增性及集中性，山地段铁路水害具备次生及衍生特点，降雨类型大部分为集中暴雨，高发铁路类型为：边坡溜塌、水漫道床、泥石流等[8]。从选取的四个区间情况分析，低山丘陵区（株洲）铁路水害发生频率低于山地区（张家界），空间规律整体呈西多东少，北多南少的态势。

综上所述，湖南省铁路水害发生发展规律与降水时空特征有着密不可分的联系，铁路水害发生发展规律与降雨年际与时空分布规律上基本吻合。

2.2 天气尺度特征关联性

90%以上的铁路水害的发生都伴随降雨的发生，一般情况下，暴雨的发生与发展都需要特定的环流条件，不同高度及不同尺度天气系统加之高空天气系统影响都对降雨有不同程度影响。在高空槽前，对流层上层是辐散的，下层是辐合的。因为此时南亚高压位置仍然偏南，高层槽前的西南气流与南亚气流高压北侧的偏西气流之间呈扇形散开。

在湖南前汛期的暴雨集中期，南亚高压中心位置在中南半岛北部或其邻近地区，湖南位于其中心的东北侧的偏西北气流下，200hPa高度上，在江南南部一般为偏西气流，湖南上空气流呈逐渐散开状。根据历史资料，5-6月出现的暴雨日与当天的南亚高压中心位置的统计结果，湖南出现暴雨时，南亚高压中心在10º-25ºN，90º-115ºE范围内的有80%。

3 小结

(1)收集整理铁路沿线水害历史数据和气象历史数据，归纳总结出湖南省铁路水害发生发展规律及时空分布特征，具体如下：湖南省年降水量呈明显增加趋势；降水地域呈现为丘陵山区大于平原盆地；降水量分布呈东南部向西北部呈半圆型递减，更替规律呈湘中以南区域东西向经度变化明显，以北区域南北向纬度变化明显；迎风坡降水大于背风坡；春夏季降雨量大于秋冬季降雨量；降雨高峰期处于4-7月。

(2)铁路水害调研分析所得铁路水害时空分布特征，具体如下：湖南省各区域的铁路水害出现集中在5-8月，高发期处于6、7月份；水害的发生具有年际递增性及集中性，山地段铁路水害具备次生及衍生特点，降雨类型大部分为集中暴雨，高发铁路类型为：边坡溜塌、水漫道床、泥石流等。铁路水害的发生，不仅与短时强降水冲刷呈正相关性，持续型降水也是诱发原因之一；低山丘陵区铁路水害发生频率低于山地区，空间规律整体呈西多东少，北多南少的态势。

参考文献

[1] 贺建林.近50年来湖南省旱洪灾害及其时空分布[J].灾害学,2000,15(1):62-66.

[2] 周跃云.湖南地理与湖湘文化[J].求索,1993(03):115-118.

[3] 姚蓉，唐佳，王晓雷，等.湖南短时强降水时空分布及相关环境参数统计分析[J]灾害学，2020，35(2):116-121.

[4] 张剑明,黎祖贤,章新平,等.湖南省近46年来降水时空分布特征及趋势分析[J].水文,2009,29(4):73-78.

[5] 傅鹤林,陈芬.湖南地质灾害的特点及对防灾减灾的警示[J].湘南学院学报,2007(02):53-57.

[6] 左利芳,仇财兴.湖南干旱特征及其对经济的影响[J].经济地理,2000(02):36-39.

[7] 许振湘.湖南地形对降水影响的浅议[J].水利水电建设,1990(2)：37-42.

[8] 薛涛.铁路水害类型与成因及应对措施[J].山西科技2017,32(04),100-103