松花江干流哈尔滨段历史洪水分析

赵丽娜,栾姗姗

(1.黑龙江省哈尔滨水文局,哈尔滨 150010;2.浙江省桐庐县水利水电局 ,桐庐 311500)

松花江是我国七大江河之一,流域面积55.68×104km2。松花江干流始于嫩江与第二松花汇合处,在同江市注入黑龙江。主要国家重点水文站有下岱吉、哈尔滨、通河、依兰、佳木斯、富锦水文站。松花江流域洪涝灾害频繁,局部地区较严重的洪涝灾害平均2～3 a发生一次,大范围严重的洪涝灾害10～20 a发生一次。20世纪以来的 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严重的灾害。松花江干流的洪水有24 a和3～4 a的变化周期,本文选择哈尔滨站作为控制站对历史洪水特性、暴雨成因、暴雨分布及其特征等进行分析。

1 暴雨分析

1.1 暴雨成因

松花江流域处于寒温带大陆季风区,洪水主要来源于暴雨,形成暴雨的主要条件是充沛的水汽及相应的天气系统(夏季西南季风、东南季风和台风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气系统有气旋(包括江淮气旋、华北气旋、蒙古气旋等)、台风、冷锋、冷涡和东北倒槽等西来系统,由于地形的抬升造成大型天气系统内中小尺度气旋拢动,使小股湿空气上升形成暴雨。其中气旋占的比重最大,约占64%,其次是台风,约占18%。

哈尔滨站前几位洪水造峰暴雨的天气系统见表1。

由表1可见,造峰暴雨的天气系统不是单一的,是几种天气系统造成多次暴雨过程,多次暴雨径流叠加造成的哈尔滨站大洪水。

1.2 暴雨时空分布

1998年6月中旬～8月中旬,暴雨主要发生在嫩江右岸支流。8月中旬后主雨区移到松花江干流,6～9月嫩江流域平均降雨量为613 mm,比历史同期多61%,松花江干流流域平均降水量430 mm,比历史同期少3%,第二松花江流域平均降水量559 mm,比历史同期多13%。700 mm以上降雨的流域面积占流域总面积的2/3,先后有4次较大降水过程,分别为6月18～23日,7月6～9日,18～26日及8月上旬。嫩江最大点雨量为1178 mm(雅鲁河五公里站)。松干最大点雨量为731 mm(阿陵达河东风站)。

表1 松花江哈尔滨站大洪水造峰暴雨天气系统统计表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,整个松花江流域一直阴雨连绵,其中7月哈尔滨站连续降雨27 d,降水量达500.7 mm,比历史同期多3倍,最大日降雨量为99.1 mm,同时嫩江、二松、拉林河普降暴雨,先后有3次较大降雨过程。

1957年6月,南源第二松花江流域平均降雨量高达130～140 mm,7月多局部阵雨或暴雨;在嫩江讷河、克山一带降雨量达80 mm,克山站次雨量达326 mm,7月15日最大1 h雨量达150 mm,最大6 h雨量达201.2 mm从而形成山洪。齐齐哈尔市在一次很短时间内降雨达80 mm,均为历史少见。7月哈尔滨站降雨200 mm,7、8月普降暴雨,共出现10次降雨过程,主要雨区分布在嫩江中下游,二松、牡丹江流域,一般都在200 mm以上,嫩江流域平均降雨量为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带平均降雨量370 mm。全汛期丰满上游降水250～300 mm,哈尔滨、大来站降雨量400～500 mm,个别地区600 mm以上。

1956年7月,全月雨日超过20 d,雨量为20～300 mm,比历史同期多1倍左右,嫩江中下游右侧支流、二松、拉林河,汤旺河暴雨中心均在300 mm以上,受台风影响8月6～8日第二松花江、蚂蚁河、牡丹江上游普降大暴雨,次雨量100～125 mm,最大日雨量达241.1 mm(拉林河新立站),第二松花江松花江站最大日雨量为238.6 mm。

1991年6、7月份受冷涡低压影响,松花江流域降水频繁,雨量大,流域内共发生6次大雨或暴雨过程,其中7月18～23,28～31日暴雨最为集中。7月8～23日嫩江下游右侧支流,二松白山至丰满区间雨量在100 mm以上,7月28～31日受9109台风影响第二松花江、牡丹江上游,松花江下游雨量达100 mm以上。暴雨时空分布见表2。

表2 暴雨时空分布统计表Table2 Spatial and temporal distribution of the top 5 rainstorms

1.3 暴雨特点

1)造成松花江干流大洪水的暴雨均发生在6、7、8 月。

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

3)暴雨量级大。1998年6～9月嫩江流域平均降水量达613 mm,暴雨中心在700 mm。1957年汛期,暴雨中心在600 mm以上。

4)暴雨强度高。最大日雨量为95.3～241.1 mm,最大点雨量达1178.0 mm(雅鲁河五公里站1998年),最大日降雨达241.1 mm(拉林河新立站)。

5)暴雨次数多,1957年7、8月共发生10次暴雨过程,1991年汛期共有6次较大暴雨过程等,没有1次暴雨即造成洪水的先例。

6)强雨区笼罩面积大,1932年强雨区覆盖了嫩江、松干,暴雨主要集中在嫩右侧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以上的流域面积占总面积的2/3。

2 洪水分析

2.1 洪水过程

1998年汛期上游嫩江支流主要有4次较大的暴雨过程,造成哈尔滨站水位从6月10日开始起涨,7月22日20时出现第一次洪峰,水位117.63 m,低于警戒水位,相应流量4930 m3/s,8月2日水位复涨,8月17日6时水位超过 1957年历史实测水位120.05 m,随后水位持续上涨,8月22日11时出现洪峰,水位120.89 m。8月19日8时最大流量16600 m3/s,洪峰持续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历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。嫩江干流齐齐哈尔水文站7月21日出现第一次洪峰,8月6日出现第二次洪峰,水位上涨了2.69 m。拉林河蔡家沟站8月4日出现洪峰,流量5900 m3/s,第二松花江降雨不大。嫩江第二松花江洪水汇合后,又恰与拉林河河水相遇,加之区间来水,形成松干的特大洪水,8月12日哈尔滨站出现洪峰,洪峰16000 m3/s(还原值)。

1957年嫩江大来站8月29日最大流量7790m3/s;8月22日丰满水库出现当时水库正常运行以来的第一次洪水,最大入库流量达16000 m3/s(洪水总量44×104m3),为保证大坝安全,不得不加大放流,8月24日水库最大出库流量5900 m3/s;8月31日扶余站出现洪峰,洪峰流量5900 m3/s;拉林河亦发生洪水,蔡家沟站 8月30日出现洪峰,洪峰流量1090 m3/s;9月 6日哈尔滨站形成洪峰,水位达120.30 m,洪峰流量12200 m3/s。

1956年8月8日嫩江大来站出现洪峰,洪峰流量6370 m3/s;第二松花江扶余站8月1日出现洪峰,洪峰流量6750 m3/s;拉林河蔡家沟站11日出现洪峰,流量4030 m3/s;拉林河,第二松花江与嫩江来水遭遇形成松花江哈尔滨段大洪水,哈尔滨站从7月5日开始起涨,8月15日出现洪峰,水位120.06 m,实测洪峰流量为11700 m3/s。

1991年松花江发生两次大洪水,第一次是支流牡丹江洪水形成,牡丹江下游长江屯站7月31日洪峰流量9640 m3/s,受其影响8月1日干流依兰站洪峰流量13700 m3/s。第二次由嫩江、第二松花江、拉林河洪水形成,嫩江江桥站8月3日出现洪峰,流量7110 m3/s,第二松花江丰满水库7月31日洪峰流量11500 m3/s,最大出库流量 3000 m3/s,致使扶余站8月5日洪峰流量3990 m3/s。汇入松干后,加之拉林河洪水,哈尔滨站8月9日出现洪峰,流量10700 m3/s。

松花江干流哈尔滨站各时段最大洪量比较见表3。

表3 松花江干流哈尔滨站各时段最大洪量比较Table3 Comparison of maximum flood peak discharge at Harbin Station of Songhua River mainstream in different times

2.2 洪水组成

1998年松花江特大洪水主要来源于嫩江干流,第二松花江及拉林河来水量很小,分别占哈尔滨洪峰流量的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(大来站还原洪峰流量14600 m3/s)。第二松花江汛期来水比正常年份稍大,松干支流洪水很大,拉林河、蚂蚁河、呼兰河的洪峰流量均在500 m3/s左右,牡丹江洪峰流量11600 m3/s,这4条河流的洪水重现期均在50 a左右,由于这些支流的汇入,造成松花江洪峰流量沿程不断增加,每条支流汇入洪峰流量增加1000～2000 m3/s,下岱吉站洪峰流量15200 m3/s,到佳木斯站流量为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,嫩江出现洪水的同时,第二松花江也出现特大洪水。丰满水库最大出库流量达5900 m3/s,与此同时拉林河也出现洪峰,流量1090m3/s,嫩江、第二松花江、拉林河,占哈尔滨洪峰流量的比例分别是: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,嫩江来水不大,嫩江、第二松花江、拉林河占哈尔滨洪峰流量的比例分别是: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、拉林河占哈尔滨洪峰的57.2%、35.0%和7.8%。

哈尔滨站历史洪水组成统计见表4。

表4 哈尔滨站历史洪水洪水组成统计表Table4 Historical flood composition at the streamflow measuring of Harbin Station

2.3 洪水特点

1)哈尔滨站历史洪水多出现在8月中、下旬和9月上旬。洪水主要来源:嫩江、第二松花江、拉林河及松干支流。1998和1932年洪水主要来自嫩江。1957和1991年洪水主要是嫩江洪水与第二松花江洪水遭遇形成,拉林河来水不大,1956年洪水主要是第二松花江与拉林河遭遇形成,嫩江来水不大。

2)洪水次数多,哈尔滨站大洪水多为几次暴雨洪水叠加而成,由一次暴雨即产生洪水的年份很少,一种天气系统形成全流域洪水的情况更少,1998年哈尔滨站有3次洪水过程,1932年嫩江干流有2次洪水过程。1956年嫩江有2次较大洪水过程,1991年松花江干流有2次洪水过程。

3)峰高、量大,高水位持续时间长。1998年松花江哈尔滨站超警戒水位50 d,洪峰水位持续32 h。1957年哈尔滨站超警戒水位33 d,洪峰持续26 h,1991年洪峰水位持续13 h。北源嫩江洪水多为涨落缓慢的多峰型洪水,形成松花江干流的基流,第二松花江和其它支流洪水与嫩江洪水遭遇,所以形成松干洪水持续时间长,而涨落缓慢的特点。

4)传播速度快,河道中的洪水是以洪水波的形式向下游推进。理论上波速v波与断面的流速v断平均水力条件存在关系V波=V断+(GH)1/2,一般情况V波=V断(1.3～1.6),断面平均流速越大 v波越大。1957年洪水传播时间大来至哈尔滨8 d,哈尔滨至佳木斯5 d,1998年洪水传播时间大来至哈尔滨7 d,哈尔滨至佳木斯4 d。

3 结 论

1)从哈尔滨站前5位历史洪水看,历次洪水的发生首先是降水过于集中而造成的,几次大洪水均是由长历时的降水天气系统造成强降水过程而形成大洪水,天气系统不是单一的,1 a内有几种天气系统造成多次的降水过程,降水强度大、次数多,笼罩面积广。

2)哈尔滨站洪水组成有“嫩江打底,第二松花江加码,拉林河戴帽”之说。但1998年嫩江单独来水也同样造成松花江干流大洪水,哈尔滨站大洪水具有峰高、量大,高水持续时间长,洪水传播速度快等特点。

3)随着社会经济的发展,松花江拦河工程日益增加,2008年完工运行的大顶子山水利枢纽工程及河道清淤等,都将对哈尔滨江段的各种水力要素有所改变,从而影响哈尔滨站的洪水特性。

[1]郭家林,景学义,张 杰,等.松花江干流洪水预测和影响评估及对策建议[J].自然灾害学报,2004,13(4):37-43.

[2]赵丽娜,李志义,杜兆国,等.松花江哈尔滨站的三次洪水[J].黑龙江水专学报,1998,25(4):26-29.

[3]袁美英,潘华盛,张桂华,等.松花江汛期最高水位预报[J].黑龙江气象,2001,18(3):9-11.

[4]潘华盛,董淑华.嫩江、松花江干流超百年一遇洪水发生期气象水文异常现象[J].黑龙江水专学报,1998,25(3):63.

[5]董淑华,潘华盛.1998年盛夏7、8月份嫩江流域暴雨天气成因分析[J].黑龙江水专学报,1998,25(4):19-20.

[6]郭大本,季 山.美国艾奥瓦州2008年特大洪水及洪灾稀遇程度[J].黑龙江水专学报,2009,36(4):1-5.