松花江干流哈爾濱段歷史洪水分析

趙麗娜,欒姍姍

(1.黑龍江省哈爾濱水文局,哈爾濱 150010;2.浙江省桐廬縣水利水電局 ,桐廬 311500)

松花江是我國(guó)七大江河之一,流域面積55.68×104km2。松花江干流始于嫩江與第二松花匯合處,在同江市注入黑龍江。主要國(guó)家重點(diǎn)水文站有下岱吉、哈爾濱、通河、依蘭、佳木斯、富錦水文站。松花江流域洪澇災(zāi)害頻繁,局部地區(qū)較嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害平均2～3 a發(fā)生一次,大范圍嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害10～20 a發(fā)生一次。20世紀(jì)以來(lái)的 1969、1988、1998 年嫩江大水 ,1953、1957、1960、1991 和 1995 年第二松花江大水,1953、1956、1957、1960、1991 和1998年松花江大洪水,以及1932年全流域大洪水都造成嚴(yán)重的災(zāi)害。松花江干流的洪水有24 a和3～4 a的變化周期,本文選擇哈爾濱站作為控制站對(duì)歷史洪水特性、暴雨成因、暴雨分布及其特征等進(jìn)行分析。

1 暴雨分析

1.1 暴雨成因

松花江流域處于寒溫帶大陸季風(fēng)區(qū),洪水主要來(lái)源于暴雨,形成暴雨的主要條件是充沛的水汽及相應(yīng)的天氣系統(tǒng)(夏季西南季風(fēng)、東南季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)等是形成松花江流域暴雨的主要原因)。而造成本流域大暴雨的天氣系統(tǒng)有氣旋(包括江淮氣旋、華北氣旋、蒙古氣旋等)、臺(tái)風(fēng)、冷鋒、冷渦和東北倒槽等西來(lái)系統(tǒng),由于地形的抬升造成大型天氣系統(tǒng)內(nèi)中小尺度氣旋攏動(dòng),使小股濕空氣上升形成暴雨。其中氣旋占的比重最大,約占64%,其次是臺(tái)風(fēng),約占18%。

哈爾濱站前幾位洪水造峰暴雨的天氣系統(tǒng)見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn),造峰暴雨的天氣系統(tǒng)不是單一的,是幾種天氣系統(tǒng)造成多次暴雨過(guò)程,多次暴雨徑流疊加造成的哈爾濱站大洪水。

1.2 暴雨時(shí)空分布

1998年6月中旬～8月中旬,暴雨主要發(fā)生在嫩江右岸支流。8月中旬后主雨區(qū)移到松花江干流,6～9月嫩江流域平均降雨量為613 mm,比歷史同期多61%,松花江干流流域平均降水量430 mm,比歷史同期少3%,第二松花江流域平均降水量559 mm,比歷史同期多13%。700 mm以上降雨的流域面積占流域總面積的2/3,先后有4次較大降水過(guò)程,分別為6月18～23日,7月6～9日,18～26日及8月上旬。嫩江最大點(diǎn)雨量為1178 mm(雅魯河五公里站)。松干最大點(diǎn)雨量為731 mm(阿陵達(dá)河?xùn)|風(fēng)站)。

表1 松花江哈爾濱站大洪水造峰暴雨天氣系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)表Table1 Rainstorm weather system of flood peak made by catastrophic flood at the streamflow measuring station of Harbin

1932年6月初至8月上旬,整個(gè)松花江流域一直陰雨連綿,其中7月哈爾濱站連續(xù)降雨27 d,降水量達(dá)500.7 mm,比歷史同期多3倍,最大日降雨量為99.1 mm,同時(shí)嫩江、二松、拉林河普降暴雨,先后有3次較大降雨過(guò)程。

1957年6月,南源第二松花江流域平均降雨量高達(dá)130～140 mm,7月多局部陣雨或暴雨;在嫩江訥河、克山一帶降雨量達(dá)80 mm,克山站次雨量達(dá)326 mm,7月15日最大1 h雨量達(dá)150 mm,最大6 h雨量達(dá)201.2 mm從而形成山洪。齊齊哈爾市在一次很短時(shí)間內(nèi)降雨達(dá)80 mm,均為歷史少見(jiàn)。7月哈爾濱站降雨200 mm,7、8月普降暴雨,共出現(xiàn)10次降雨過(guò)程,主要雨區(qū)分布在嫩江中下游,二松、牡丹江流域,一般都在200 mm以上,嫩江流域平均降雨量為280 mm,第二松花江流域平均降水量380 mm,松花江中下游及拉林河一帶平均降雨量370 mm。全汛期豐滿(mǎn)上游降水250～300 mm,哈爾濱、大來(lái)站降雨量400～500 mm,個(gè)別地區(qū)600 mm以上。

1956年7月,全月雨日超過(guò)20 d,雨量為20～300 mm,比歷史同期多1倍左右,嫩江中下游右側(cè)支流、二松、拉林河,湯旺河暴雨中心均在300 mm以上,受臺(tái)風(fēng)影響8月6～8日第二松花江、螞蟻河、牡丹江上游普降大暴雨,次雨量100～125 mm,最大日雨量達(dá)241.1 mm(拉林河新立站),第二松花江松花江站最大日雨量為238.6 mm。

1991年6、7月份受冷渦低壓影響,松花江流域降水頻繁,雨量大,流域內(nèi)共發(fā)生6次大雨或暴雨過(guò)程,其中7月18～23,28～31日暴雨最為集中。7月8～23日嫩江下游右側(cè)支流,二松白山至豐滿(mǎn)區(qū)間雨量在100 mm以上,7月28～31日受9109臺(tái)風(fēng)影響第二松花江、牡丹江上游,松花江下游雨量達(dá)100 mm以上。暴雨時(shí)空分布見(jiàn)表2。

表2 暴雨時(shí)空分布統(tǒng)計(jì)表Table2 Spatial and temporal distribution of the top 5 rainstorms

1.3 暴雨特點(diǎn)

1)造成松花江干流大洪水的暴雨均發(fā)生在6、7、8 月。

2)暴雨主要集中在嫩江右側(cè)支流松花江干流上游,第二松花江、拉林河、牡丹江上游等。

3)暴雨量級(jí)大。1998年6～9月嫩江流域平均降水量達(dá)613 mm,暴雨中心在700 mm。1957年汛期,暴雨中心在600 mm以上。

4)暴雨強(qiáng)度高。最大日雨量為95.3～241.1 mm,最大點(diǎn)雨量達(dá)1178.0 mm(雅魯河五公里站1998年),最大日降雨達(dá)241.1 mm(拉林河新立站)。

5)暴雨次數(shù)多,1957年7、8月共發(fā)生10次暴雨過(guò)程,1991年汛期共有6次較大暴雨過(guò)程等,沒(méi)有1次暴雨即造成洪水的先例。

6)強(qiáng)雨區(qū)籠罩面積大,1932年強(qiáng)雨區(qū)覆蓋了嫩江、松干,暴雨主要集中在嫩右側(cè)支流松花江干流上游,第二松花江、拉林河、牡丹江上游等,1998年700 mm以上的流域面積占總面積的2/3。

2 洪水分析

2.1 洪水過(guò)程

1998年汛期上游嫩江支流主要有4次較大的暴雨過(guò)程,造成哈爾濱站水位從6月10日開(kāi)始起漲,7月22日20時(shí)出現(xiàn)第一次洪峰,水位117.63 m,低于警戒水位,相應(yīng)流量4930 m3/s,8月2日水位復(fù)漲,8月17日6時(shí)水位超過(guò) 1957年歷史實(shí)測(cè)水位120.05 m,隨后水位持續(xù)上漲,8月22日11時(shí)出現(xiàn)洪峰,水位120.89 m。8月19日8時(shí)最大流量16600 m3/s,洪峰持續(xù)32 h,至9月22日落至警戒水位以下。

1932年洪水是松花江流域歷史上的一次全流域大洪水,本年度洪水是由多次集中暴雨形成,主要有3次集中大暴雨。嫩江干流齊齊哈爾水文站7月21日出現(xiàn)第一次洪峰,8月6日出現(xiàn)第二次洪峰,水位上漲了2.69 m。拉林河蔡家溝站8月4日出現(xiàn)洪峰,流量5900 m3/s,第二松花江降雨不大。嫩江第二松花江洪水匯合后,又恰與拉林河河水相遇,加之區(qū)間來(lái)水,形成松干的特大洪水,8月12日哈爾濱站出現(xiàn)洪峰,洪峰16000 m3/s(還原值)。

1957年嫩江大來(lái)站8月29日最大流量7790m3/s;8月22日豐滿(mǎn)水庫(kù)出現(xiàn)當(dāng)時(shí)水庫(kù)正常運(yùn)行以來(lái)的第一次洪水,最大入庫(kù)流量達(dá)16000 m3/s(洪水總量44×104m3),為保證大壩安全,不得不加大放流,8月24日水庫(kù)最大出庫(kù)流量5900 m3/s;8月31日扶余站出現(xiàn)洪峰,洪峰流量5900 m3/s;拉林河亦發(fā)生洪水,蔡家溝站 8月30日出現(xiàn)洪峰,洪峰流量1090 m3/s;9月 6日哈爾濱站形成洪峰,水位達(dá)120.30 m,洪峰流量12200 m3/s。

1956年8月8日嫩江大來(lái)站出現(xiàn)洪峰,洪峰流量6370 m3/s;第二松花江扶余站8月1日出現(xiàn)洪峰,洪峰流量6750 m3/s;拉林河蔡家溝站11日出現(xiàn)洪峰,流量4030 m3/s;拉林河,第二松花江與嫩江來(lái)水遭遇形成松花江哈爾濱段大洪水,哈爾濱站從7月5日開(kāi)始起漲,8月15日出現(xiàn)洪峰,水位120.06 m,實(shí)測(cè)洪峰流量為11700 m3/s。

1991年松花江發(fā)生兩次大洪水,第一次是支流牡丹江洪水形成,牡丹江下游長(zhǎng)江屯站7月31日洪峰流量9640 m3/s,受其影響8月1日干流依蘭站洪峰流量13700 m3/s。第二次由嫩江、第二松花江、拉林河洪水形成,嫩江江橋站8月3日出現(xiàn)洪峰,流量7110 m3/s,第二松花江豐滿(mǎn)水庫(kù)7月31日洪峰流量11500 m3/s,最大出庫(kù)流量 3000 m3/s,致使扶余站8月5日洪峰流量3990 m3/s。匯入松干后,加之拉林河洪水,哈爾濱站8月9日出現(xiàn)洪峰,流量10700 m3/s。

松花江干流哈爾濱站各時(shí)段最大洪量比較見(jiàn)表3。

表3 松花江干流哈爾濱站各時(shí)段最大洪量比較Table3 Comparison of maximum flood peak discharge at Harbin Station of Songhua River mainstream in different times

2.2 洪水組成

1998年松花江特大洪水主要來(lái)源于嫩江干流,第二松花江及拉林河來(lái)水量很小,分別占哈爾濱洪峰流量的95.1%,3.9%、1.0%。

1932年松花江特大洪水是由嫩江,第二松花江,拉林河、牡丹江等松干支流洪水共同形成,本年嫩江水很大(大來(lái)站還原洪峰流量14600 m3/s)。第二松花江汛期來(lái)水比正常年份稍大,松干支流洪水很大,拉林河、螞蟻河、呼蘭河的洪峰流量均在500 m3/s左右,牡丹江洪峰流量11600 m3/s,這4條河流的洪水重現(xiàn)期均在50 a左右,由于這些支流的匯入,造成松花江洪峰流量沿程不斷增加,每條支流匯入洪峰流量增加1000～2000 m3/s,下岱吉站洪峰流量15200 m3/s,到佳木斯站流量為22900 m3/s,增加50%。

1957年洪水是由嫩江,第二松花江、拉林河洪水遭遇而成的,嫩江出現(xiàn)洪水的同時(shí),第二松花江也出現(xiàn)特大洪水。豐滿(mǎn)水庫(kù)最大出庫(kù)流量達(dá)5900 m3/s,與此同時(shí)拉林河也出現(xiàn)洪峰,流量1090m3/s,嫩江、第二松花江、拉林河,占哈爾濱洪峰流量的比例分別是:52.7%、40%和 7.3%。

1956年松花江干流洪水,由第二松花江、拉林河、牡丹江等流域干支流洪水遭遇形成的,嫩江來(lái)水不大,嫩江、第二松花江、拉林河占哈爾濱洪峰流量的比例分別是:18%、47.6%和34.4%。

1991年松花江干流洪水主要是嫩江,第二松花江遭遇形成,嫩江、第二松花江、拉林河占哈爾濱洪峰的57.2%、35.0%和7.8%。

哈爾濱站歷史洪水組成統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 哈爾濱站歷史洪水洪水組成統(tǒng)計(jì)表Table4 Historical flood composition at the streamflow measuring of Harbin Station

2.3 洪水特點(diǎn)

1)哈爾濱站歷史洪水多出現(xiàn)在8月中、下旬和9月上旬。洪水主要來(lái)源:嫩江、第二松花江、拉林河及松干支流。1998和1932年洪水主要來(lái)自嫩江。1957和1991年洪水主要是嫩江洪水與第二松花江洪水遭遇形成,拉林河來(lái)水不大,1956年洪水主要是第二松花江與拉林河遭遇形成,嫩江來(lái)水不大。

2)洪水次數(shù)多,哈爾濱站大洪水多為幾次暴雨洪水疊加而成,由一次暴雨即產(chǎn)生洪水的年份很少,一種天氣系統(tǒng)形成全流域洪水的情況更少,1998年哈爾濱站有3次洪水過(guò)程,1932年嫩江干流有2次洪水過(guò)程。1956年嫩江有2次較大洪水過(guò)程,1991年松花江干流有2次洪水過(guò)程。

3)峰高、量大,高水位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。1998年松花江哈爾濱站超警戒水位50 d,洪峰水位持續(xù)32 h。1957年哈爾濱站超警戒水位33 d,洪峰持續(xù)26 h,1991年洪峰水位持續(xù)13 h。北源嫩江洪水多為漲落緩慢的多峰型洪水,形成松花江干流的基流,第二松花江和其它支流洪水與嫩江洪水遭遇,所以形成松干洪水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),而漲落緩慢的特點(diǎn)。

4)傳播速度快,河道中的洪水是以洪水波的形式向下游推進(jìn)。理論上波速v波與斷面的流速v斷平均水力條件存在關(guān)系V波=V斷+(GH)1/2,一般情況V波=V斷(1.3～1.6),斷面平均流速越大 v波越大。1957年洪水傳播時(shí)間大來(lái)至哈爾濱8 d,哈爾濱至佳木斯5 d,1998年洪水傳播時(shí)間大來(lái)至哈爾濱7 d,哈爾濱至佳木斯4 d。

3 結(jié) 論

1)從哈爾濱站前5位歷史洪水看,歷次洪水的發(fā)生首先是降水過(guò)于集中而造成的,幾次大洪水均是由長(zhǎng)歷時(shí)的降水天氣系統(tǒng)造成強(qiáng)降水過(guò)程而形成大洪水,天氣系統(tǒng)不是單一的,1 a內(nèi)有幾種天氣系統(tǒng)造成多次的降水過(guò)程,降水強(qiáng)度大、次數(shù)多,籠罩面積廣。

2)哈爾濱站洪水組成有“嫩江打底,第二松花江加碼,拉林河戴帽”之說(shuō)。但1998年嫩江單獨(dú)來(lái)水也同樣造成松花江干流大洪水,哈爾濱站大洪水具有峰高、量大,高水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),洪水傳播速度快等特點(diǎn)。

3)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,松花江攔河工程日益增加,2008年完工運(yùn)行的大頂子山水利樞紐工程及河道清淤等,都將對(duì)哈爾濱江段的各種水力要素有所改變,從而影響哈爾濱站的洪水特性。

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