徒駭馬頰河流域上游水文環(huán)境變化給防汛減災工作帶來的啟示

趙慶魯,劉 光,趙 若

(1.山東省聊城市水文中心,山東 聊城 252000;2.河北省衡水市水利局,河北 衡水 053000)

1 流域概況

徒駭馬頰河流域位于海河流域的東部,東臨黃河,南以黃河支流金堤河為界,西靠漳衛(wèi)南運河,流域主要河道有徒駭河、馬頰河等,邊界河道黃河、衛(wèi)運河、金堤河等,其他支流河道包括新金線河、趙王河、西新河、四新河、七里河、管氏河、趙牛河、沙河、唐公溝、德惠新河等。徒駭河、馬頰河均為獨立入渤海的河道,兩條河道流經(jīng)山東腹地呈蚯蚓狀蜿蜒入海。

徒駭河發(fā)源于山東省聊城市莘縣文明寨村,流經(jīng)聊城、德州、濱州三地市入渤海,流域面積13 902 km2,干流長度約436 km。馬頰河發(fā)源于河南省濮陽市金堤分水閘,經(jīng)過河北省大名縣入山東省莘縣境內(nèi),在山東省流經(jīng)聊城、德州、濱州入渤海,流域面積11 579 km2。徒駭馬頰河流域上游主要位于聊城市境內(nèi),區(qū)域流域面積7 532 km2,上游流域面積占徒駭馬頰河流域面積的30%左右。徒駭馬頰河流域主要河流及水文監(jiān)測站點分布見圖1。

圖1 徒駭馬頰河流域主要河流及水文監(jiān)測站點分布圖

2 區(qū)域水文條件分析

徒駭馬頰河水系水源補給主要靠大氣降水,各河道均屬雨源性河流,由于受季風氣候及地理條件的影響,降雨在時空分布上變化較大。

2.1 降水

徒駭馬頰河水系夏季受太平洋暖濕氣團的侵入和西北、西南渦的影響,以及近海的水汽輸入,容易發(fā)生大范圍的氣旋雨、臺風雨。由于受季風的影響,降雨在時空分布上變化較大,降水量在年內(nèi)分配極不均勻,年內(nèi)降水量多集中在汛期,年際之間變化懸殊,連豐、連枯現(xiàn)象十分明顯。根據(jù)截止到2019年水文數(shù)據(jù)統(tǒng)計,河道上游聊城多年平均降水量560.0 mm;下游德州多年平均降水量556.5 mm,濱州569.8 mm,流域上下游降水量相差不大。流域降水6-9月較為集中,該時段降水量在全年降水量中占比超過七成。

2.2 徑流

徑流主要由降雨產(chǎn)生,徒駭馬頰河為雨源型河流,河道流量隨季節(jié)而變化。每到汛期,暴雨集中,水勢漲落較大,但因為是平原地區(qū),漲幅較慢,且洪水歷時較長;枯水季節(jié),河道流量比較小,有時干枯斷流。流域上游馬頰河多年平均徑流深11.1 mm,徒駭河多年平均徑流深44.4 mm[1]。

3 流域暴雨洪水

3.1 流域暴雨成因

我國主要雨帶夏季北移,冷暖空氣活動頻繁,極易造成大暴雨。造成本區(qū)域暴雨的天氣系統(tǒng)主要有臺風、氣旋或連續(xù)氣旋、中低緯度天氣系統(tǒng)互相結(jié)合等,中低緯度天氣系統(tǒng)互相結(jié)合主要指西風帶冷空氣南下時與低緯度天氣系統(tǒng)如臺風外圍、南方氣旋相遇等共同影響的天氣系統(tǒng)。影響暴雨的天氣系統(tǒng)很多,且較為復雜,同一次暴雨,可能受多個天氣系統(tǒng)影響。根據(jù)對區(qū)域典型暴雨的天氣系統(tǒng)綜合分析,除上述3種影響區(qū)域暴雨的天氣系統(tǒng)外,中小尺度天氣系統(tǒng)(包括颮線、暴雨云團等)也會造成局部暴雨,其破壞力極大,易造成局部洪澇災害。

3.2 歷史暴雨洪水水文特征

3.2.1 暴雨具有豐枯年份交替的特點,短歷時暴雨變差系數(shù)較大

區(qū)域降水量的年際變化較大,并且豐、枯水周期變化比較明顯,豐水年年平均降水量可達900.0 mm以上,如1961年、1964年;枯水年年降水量低于400.0 mm,如1968年、1992年、2002年。最大年降水量約為最小年降水量的3倍。區(qū)域上游年最大24h降水量變差系數(shù)Cv值變化范圍大都在0.35～0.62之間。徒駭河中游Cv在0.5以上,上游和下游Cv在0.4左右;馬頰河Cv整體在0.4左右。

3.2.2 特大暴雨時有發(fā)生,短歷時暴雨極易形成較大洪水

受暴雨天氣系統(tǒng)等因素的綜合影響,汛期在徒駭馬頰水系局部地區(qū)時常有24 h點雨量超過200 mm的特大暴雨。暴雨突發(fā)性強、歷時短、強度大,河道水位上漲快,造成農(nóng)田積澇多,區(qū)域防洪壓力較大,中小河流、塘壩及各種水工建筑物,也容易造成毀滅性的災害。

徒駭河、馬頰河是區(qū)域內(nèi)的主要排澇河道,常發(fā)生較大洪水過程。據(jù)歷史資料統(tǒng)計,2020年前,徒駭河上游較大洪水有16次之多,其中重現(xiàn)期超過十年的有6次,超過二十年的有3次。平原地區(qū)雨源性河流洪水來自降水,且匯流較快,形成洪峰時間較短。據(jù)表1數(shù)據(jù),徒駭河較大洪水過程基本都發(fā)生在7、8月份,僅2003年10月洪峰流量261 m3/s、 2010年9月洪峰流量399 m3/s洪水發(fā)生在9月份以后的時間。

表1 徒駭馬頰河流域上游徒駭河劉橋閘站歷史較大洪水情況表

馬頰河上游王鋪閘站歷史超過100 m3/s洪峰流量洪水共3次,均發(fā)生在1984年以前的七八月份,最大一次洪峰流量193 m3/s,發(fā)生在1971年8月。

3.2.3 歷史9、10月份偶有較大暴雨發(fā)生

根據(jù)近65 a資料統(tǒng)計,9月份降水量超過100 mm的年份有9年,10月份超過100 mm的2個年份均出現(xiàn)在2 000年以后(見表2)。

表2 徒駭馬頰河上游區(qū)域歷史9、10月份較大降水量統(tǒng)計

4 近兩年暴雨洪水分析

4.1 區(qū)域洪水分析

根據(jù)近兩年水文監(jiān)測資料統(tǒng)計,徒駭馬頰河上游劉橋閘站主要洪水有4次,其中有1次重現(xiàn)期超過10 a,洪水發(fā)生時間均在9月份以后,10月份有2次較大洪水過程。10月份降水前雨影響較小,土壤飽和度較七八月份低,河道峰前流量也相對較小,洪峰流量較主汛期略小,同樣降水發(fā)生在汛期或連續(xù)性降水時,洪峰量級及危害程度將大大提高。2021年9月馬頰河王鋪閘站發(fā)生洪峰流量180 m3/s洪水,這是1971年8月后馬頰河上游最大一次洪水過程,經(jīng)頻率分析重現(xiàn)期約100 a(見表3)。

表3 近兩年徒駭馬頰河上游劉橋閘站洪水統(tǒng)計表

4.2 流域邊境

徒駭馬頰河流域邊界河流漳衛(wèi)南運河水系2021年出現(xiàn)夏秋連續(xù),作為海河流域下游主要行洪河道衛(wèi)運河承接上游漳河、衛(wèi)河來水,衛(wèi)運河上游主要控制水文站南陶站7月31日出現(xiàn)洪峰流量1 100 m3/s,10月10日出現(xiàn)洪峰流量1 220 m3/s,這是該站自1996年8月以來最大洪水過程,對徒駭馬頰河流域影響較大。根據(jù)歷史南陶站洪水統(tǒng)計,歷史洪峰流量超過900 m3/s洪水過程均發(fā)生在8月份,2021年卻發(fā)生與歷史周期律嚴重不一致的洪水過程,說明海河流域乃至華北地區(qū)水文環(huán)境有變化的趨勢。

4.3 暴雨分析

2021年9月降水量305.5 mm,10月73.7 mm,分別較常年同期偏多490%、142%;2022年9、10月份合計雨量171.6 mm,較歷年同期偏多109%。近兩年9、10月份降水顯著增多。2022年10月1日0時至4日0時,區(qū)域普降大到暴雨,區(qū)域中心站聊城站3日降水量達到226.0 mm,為該站10月份最大3日水量,從全年角度分析,該降水量重現(xiàn)期達到30 a。但進一步采用10月份雨量特征值資料分析,該降雨量重現(xiàn)期為3 000 a,可見本次降水的罕見性、突發(fā)性及偶然性(見圖2)。

圖2 聊城站歷史10月份 3日降水頻率

5 結(jié)語

(1)徒駭馬頰河流域暴雨洪水時有發(fā)生,到2000年以后頻率較以往更高,據(jù)以上資料,2000年以后劉橋閘較大洪水占1971年以來規(guī)模以上洪水的一半以上,尤其是近兩年洪水更為頻繁。

(2)2000年之前,暴雨洪水主要發(fā)生在主汛期的7、8月份,2003年出現(xiàn)了發(fā)生在10月份的暴雨洪水,2010年9月份也出現(xiàn)較大暴雨洪水,而近兩年暴雨洪水主要發(fā)生在9、10月份,進一步說明近20 a暴雨洪水由主要發(fā)生在主汛期往秋汛時段推移的趨勢。

(3)從近兩年較大暴雨洪水水文頻率分析來看,重現(xiàn)期延長,說明極端天氣發(fā)生的概率有增加的趨勢。

6 主要啟示

(1)隨著暴雨洪水從時間上有向9、10月份推移的特點,防汛工作不僅著重于歷史經(jīng)驗的“七下八上”,防汛后期的工作依然不容忽視。

(2)從去年10月份降水達到千年一遇的特點,這種罕見性的突發(fā)天氣狀況,應引起更多的重視。突發(fā)性的“黑天鵝”現(xiàn)象造成的危害往往比較突出,從目前華北地區(qū)尤其是海河流域進入豐水期,“黑天鵝”有演變?yōu)椤盎蚁！钡目赡?加大后汛期防汛人力物資投入也非常必要。

(3)海河流域上游2021年發(fā)生超歷史暴雨,給流域下游包括徒駭馬頰河區(qū)域帶了極大的防汛壓力,在防汛調(diào)度工作中,水利防洪工程蓄滯洪區(qū)、岳城水庫等水利設施發(fā)揮了舉足輕重的作用,徒駭馬頰河流域規(guī)劃建設過程中應著重考慮實用性強、利用率高、易于調(diào)度的水利設施的建設。

(4)充分發(fā)揮水旱災害普查成果的作用,利用相關成果資料構(gòu)建暴雨洪水災害時間空間分布模型,利用科學成果指導水利防汛減災規(guī)劃建設,充分發(fā)揮水文指導水利建設的基礎作用。