黑龙江中下游2013年特大洪水重现期分析

2014-11-14曹振宇吴明官

黑龙江水利科技 2014年9期

曹振宇，曹越，吴明官

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

0 前言

2013年6月份以来至8月中旬，黑龙江干流、松花江流域持续降雨量较大，使黑龙江中下游发生了特大洪水，勤得利、抚远水位站实测最高洪水位已超过了1897年历史最高洪水位，估算的洪峰流量超过了1897年历史最大的洪峰流量。2013年9月黑龙江中下游特大洪水的洪峰水位已超过了1897年历史最高洪水位，使过去采用的由水位资料推算的设计洪水位成果明显偏低，故黑龙江干流中下游地区现有的防洪工程和规划设计的防洪工程设计洪水位已不安全，急需修正黑龙江干流的设计水面线成果。因此，省水院全面进行了黑龙江干流2013年洪水调查工作，并分析了黑龙江中下游特大洪水的重现期，以便应用于黑龙江干流防洪工程设计、建设与工程管理。

1 历史洪水

黑龙江干流哈巴罗夫斯克水文站，1897年实测洪峰流量为41 200 m3/s，是1896年有水文资料以来的最大洪水，即迄今为止的最大实测洪水;该站1984年实测洪峰流量为32 900 m3/s，是1896年有水文资料以来的第11位较大洪水［1］。

2 实测洪水

2013年入汛以来，黑龙江中游地区持续降雨，防洪形势十分危急。奇克水位站最高水位为112.65 m，已接近于1984年最高水位112.68 m，从历史资料分析，1984年洪水频率为50 a一遇左右。在布列亚河、松花江汇入后，黑龙江干流上的同江、勤得利和抚远站实测最高洪水位已超过了历史最高洪水位。

3 原设计洪水成果

迄今为止，黑龙江国境界河地区曾进行过《黑龙江国境界河国土防护工程规划》、《黑龙江干流国境界河国土防护工程可行性研究》、《东北地区国境界河整治规划》、《黑龙江中俄界河国土防护二期工程规划》等多次规划设计工作，根据以往规划设计成果，经综合分析后，为了尽量保持不同阶段设计成果的连续性和安全起见，近期国土防护工程及防洪工程，均采用了《黑龙江干流国境界河国土防护工程可行性研究报告》中的单站设计洪水成果。

4 2013年特大洪水

6月份以来至8月中旬，黑龙江省降雨频繁，强度大，范围广，总量多，雨区集中。

4.1 洪水概况

4.1.1 嫩江

进入6月份以来，受持续降雨影响，松花江流域发生了1998年以来最大洪水。8月12日8时—14时，嫩江上游尼尔基水库坝址以上突降暴雨，阿彦浅站(内蒙古莫力达瓦旗)最大降雨量达102 mm，受暴雨影响，尼尔基水库8月12日14时入库洪峰流量达9 440 m3/s，发生了洪水频率超过50 a一遇的大洪水，尼尔基水库泄洪流量为5 300～5 500 m3/s。8月14日3时，嫩江干流同盟站洪峰水位170.40 m，超过警戒水位(169.60 m)0.80 m，相应流量8760 m3/s，故嫩江干流全线发生10～20 a一遇洪水。

4.1.2 第二松花江

受冷空气影响，8月14—16日，松花江支流第二松花江流域降大到暴雨，局部降大暴雨，流域面平均雨量104 mm，最大点雨量吉林桦甸白山279 mm，第二松花江上游发生了超20 a一遇的大洪水，有10条支流发生了超警戒水位的洪水，其中:二道松花江及辉发河上游发生了超历史实测记录的大洪水。8月14日—17日，第二松花江丰满水库以上流域普降暴雨，受连续强降雨影响，第二松花江上游发生大洪水，16日丰满水库天然最大入库流量达到17 600 m3/s。通过控制水库的泄洪流量，白山水库将入库流量为9 270 m3/s的洪峰削减为4 000 m3/s，削峰率达57%;丰满水库将入库流量为10 700 m3/s的洪峰削减为1 800 m3/s，削峰率达83%。

4.1.3 松花江干流

入汛以来，受持续降雨影响，嫩江上游和第二松花江上游发生大洪水，受其影响，松花江干流相继发生了较大洪水。

松花江干流2013年各水文站实测洪峰流量为:哈尔滨站10 200 m3/s(8月 27日)、通河站12 200 m3/s(8月28日)、依兰站13 770 m3/s(8月31日)、佳木斯站13 420 m3/s(8月31日)。

4.1.4 结雅河

受持续降雨影响，黑龙江干流发生大洪水，洪水主要来源于黑龙江上游干流和俄罗斯境内结雅河、布列亚河。7月下旬以来，俄罗斯境内的结雅河与布列亚河流域发生持续性强降雨。8月2日，结雅水库最大入库流量11 700 m3/s，俄方将出库流量一直控制在3 500 m3/s，最大削峰率70%。8月17日库水位突破防洪高水位，为确保大坝安全，俄方在入库流量仍有7 500 m3/s的情况下，将出库流量增加至4 500 m3/s。

4.1.5 布列亚河

8月16日，布列亚水库最大入库流量5 050 m3/s，俄方一直将出库流量控制在1 000 m3/s左右，最大削峰率74%。8月17日，库水位接近防洪高水位，俄方在入库流量仍有4 860 m3/s的情况下，将出库流量增加至3 090 m3/s。俄罗斯在其境内结雅河、布列亚河发生大洪水的情况下，全力运用水库削峰拦洪，有效降低了黑龙江中下游洪水位和上涨速度，大大减轻了黑龙江干流防洪压力。

4.1.6 黑龙江干流

黑龙江干流上的卡伦山水文站(中方)位于黑龙江与结雅河汇合口下游18.9 km，格罗台科沃水文站(俄方)下游4.2 km处，控制断面以上流域面积72.5万km2，其中结雅河流域面积23.3万km2，占卡伦山水文站以上流域面积的32%。

卡伦山水文站黑龙江干流设计洪峰流量，P=1%为32 800 m3/s、P=2%为30 000 m3/s、P=5%为26 100 m3/s、P=10%为23100 m3/s。2013年 8月16日—17日，卡伦山水文站报汛洪峰流量为25 600 m3/s，＞10 a一遇洪水，＜20 a一遇洪水。

4.2 泛滥洪水归槽还原

在大江大河的堤防工程规划设计工作中，尤其是平原性河流或河流中下游地区堤防工程设计及管理运用过程中，遇到泛滥洪水归槽还原计算问题。

为了推求黑龙江干流中下游地区修建堤防后的设计洪水位，首先要做泛滥洪水的归槽还原计算，由于泛滥洪水归槽计算的工作量很大，所以本次只对设计洪水位起关键作用的1897年历史特大洪水、1984年实测大洪水和2013年实测特大洪水进行分析泛滥洪水的归槽流量。

本次主要采用分流曲线法和水位—量关系曲线法推求典型洪水的堤防修建前后的洪水位。分流曲线法:根据现有堤防溃口断面的分流曲线，通过分析洪水泛滥面积及相应蓄洪量，推求勤得利、抚远水位站洪水位及影响值;水位—流量关系曲线法:根据2013年黑龙江中下游特大洪水的估算流量和实测水位，通过分析勤得利、抚远水位站的水位—流量关系曲线(现有堤防情况)，推求勤得利、抚远水位站洪水位及影响值。

4.2.1 分流曲线

本次主要考虑黑龙江干流沿岸萝北堤防、290农场堤防、同抚堤防西堤(又称上段)和同抚堤防东堤(又称下段)现有堤防溃堤情况下的分流曲线［2］。

4.2.2 水位流量关系曲线

黑龙江干流中国侧水文站较少，本次主要以卡伦山站为参证站。在松花江汇入口前，只考虑逊别拉河和布列亚河汇入，莫力洪口以下断面考虑松花江汇入，其他河流的流量相对较小，故本次暂忽略不计。本次采用卡伦山站7月—9月逐日流量过程，演进至乌云断面，与同期逊别拉河上的双合屯站以及布列亚河上的卡缅卡站流量相加，叠加后的流量继续分别演进至萝北及松花江汇入口前，与同期佳木斯站演进至松花江汇入口的流量相加后，继续演进至勤得利站和抚远站，并根据逐日实测的水位与演进流量点绘各控制断面水位流量关系曲线。

4.2.3 洪水传播时间

通过卡伦山水文站实测流速成果初步分析结果，黑龙江干流该河段卡伦山站平均流速在1.4 m/s左右。故根据该流速以及各控制断面之间的距离初步估算传播时间，并采用实测成果验证。

4.2.4 1897年历史特大洪水

在无堤(自然)情况下，先估算1897年洪泛区面积及相应的蓄滞洪区库容后，推算相应的洪泛区归槽流量和勤得利、抚远水位站控制断面修堤后的还原流量，并采用水位流量关系曲线，查得勤得利、抚远水位站相应的最高洪水位。

4.2.5 1984年实测大洪水

在考虑三江平原地区黑龙江干流沿岸萝北堤防、290农场堤防、同抚堤防西堤(又称上段)和同抚堤防东堤(又称下段)现有堤防溃堤的情况下，采用分流曲线和水位流量关系曲线，估算相应的归槽流量和归槽还原总流量后，查得勤得利、抚远水位站相应的最高洪水位。

4.2.6 2013年实测特大洪水

在考虑290农场堤防2013年8月16日下午6点溃堤;2013年8月22日凌晨1时20分左右萝北县肇兴堤防溃决;2013年8月23日同抚堤防东堤中的八岔堤段溃口的情况下，根据勤得利、抚远水位站实测洪水位和堤防决口处的分流曲线，先估算相应的滞蓄洪量、归槽流量和归槽还原总流量后，采用洪水演进方法分别推求勤得利、抚远水位站的归槽还原后的洪水过程线，并查得勤得利、抚远水位站相应的最高洪水位。

4.2.7 泛滥洪水归槽还原成果

根据典型年洪水的实测洪峰水位和相应的洪水比降，先估算洪泛区面积及相应的滞蓄洪量后，推算泛滥洪水的归槽流量，并推求归槽还原后的洪峰流量和修建堤防后的洪峰水位。

泛滥洪水归槽流量估算结果，勤得利水位站1897年实测洪峰水位与还原后洪峰水位相差0.97 m，归槽流量为7 560 m3/s;1984年实测洪峰水位与还原后洪峰水位相差0.36 m，归槽流量为2 150 m3/s;2013年实测洪峰水位与还原后洪峰水位相差0.29 m，归槽流量为2 680 m3/s。抚远水位站1897年实测洪峰水位与还原后洪峰水位相差0.80 m，归槽流量为6 250 m3/s;1984年实测洪峰水位与还原后洪峰水位相差0.25 m，归槽流量为1 010 m3/s;2013年实测洪峰水位与还原后洪峰水位相差0.09 m，归槽流量为1 060 m3/s。

4.3 特大洪水重现期分析

2013年9月1日、2日，黑龙江干流上的勤得利、抚远水位站实测最高洪水位(50.81 m、43.94 m)，已超过了1897年历史最高洪水位(采用俄罗斯侧水文站资料插补成果49.69 m、42.80 m)，估算的洪峰流量约43 800 m3/s左右。根据俄罗斯侧哈巴罗夫斯克水文站2013年洪峰流量估算成果(约45 780 m3/s)，可以确定2013年黑龙江中下游洪水为1896年以来实测最大洪水。另外，参考黑龙江上游地区历史洪水调查成果，即1855年俄罗斯人在黑龙江沿岸定居以来最大、1872年以来最大等，经多种方案综合比较后，推荐采用的重现期为118 a。

5 归槽还原成果的合理性分析

2013年本次成果与实测水位的洪峰水位差，抚远站为0.09 m，勤得利站为0.29 m;抚远站本次成果与实测水位的洪峰水位差，1897年为0.80 m、1984年为0.25 m、2013年为0.09 m;勤得利站本次成果与实测水位的洪峰水位差，1897年为0.97 m、1984年为0.36 m、2013年为0.29 m。具体的合理性分析成果如下:

5.1 实测水位过程线分析

5.1.1 勤得利站

从勤得利站2013年实测水位过程线中可以看出，该站的洪峰水位50.81 m维持了4天(8月29日、30日、31日、9月1日)，这主要是受上游地区的丰满、尼尔基、结雅、布列亚等大型水库群调蓄影响造成的，而黑龙江干流上的290农场堤防溃口(8月16日)、萝北肇兴堤防决口(8月22日)后的滞蓄影响并不明显。

5.1.2 抚远站

抚远站2013年实测水位过程线，从8月24日开始明显下降至8月25日(相应水位43.30 m)后，又逐渐回升，洪峰水位43.94 m维持了2天(9月2日、3日)，这是受上述的大型水库群调蓄影响的基础上，主要是同抚堤防东堤(又称:下段)八岔段溃口(8月23日)后，受大力加湖蓄滞洪区调蓄影响明显，而8月16日290农场堤防溃口、8月22日萝北肇兴堤防决口后滞蓄影响并不明显。

5.1.3 调蓄影响分析

勤得利站以上流域面积为141.5万km2，抚远站以上流域面积为143万km2，勤得利—抚远区间流域面积为1.5万km2，汇入的主要较大支流有俄罗斯侧(左岸)的比腊河和中国侧(右岸)浓江鸭绿河。因此，上游地区大型水库群的调蓄影响勤得利站应该大于抚远站，而且勤得利站位于同抚堤防东堤八岔段以上，同抚堤防西堤(又称:上段)以下的黑龙江干流上，故不受八岔堤段溃口后的调蓄影响。

5.2 不同年份归槽还原成果分析

本次分析的洪水年份有1897年、1984年、2013年。1984年以前勤得利站、抚远站以上至松花江汇入口附近，基本上处于无堤状态或自然状态，而2013年该段基本上均有堤防。因此，泛滥洪水归槽流量还原后的洪峰水位差1897年、1984年大于2013年是符合实际情况的。

6 修改后设计洪水成果

黑龙江干流中下游设计洪水，本次采用直接法和间接法，推求勤得利、抚远水位站的设计洪水位。直接法:采用单站水位频率计算法，直接推求勤得利、抚远水位站的设计洪水位;间接法:采用单站流量频率曲线法，先推求单站设计洪峰流量后，查单站水位流量关系曲线，间接查得勤得利、抚远水位站的设计洪水位。

两种方法计算的设计洪水位成果，经合理性检查和综合分析后，推荐较安全、可靠的间接法成果作为采用成果。

7 设计洪水成果比较

从表1中可以看出，勤得利水位站P=1%设计洪水位原成果与本次采用成果相差1.31 m，P=2%设计洪水位原成果与本次采用成果相差1.17 m，P=5%设计洪水位原成果与本次采用成果相差1.02 m。抚远水位站P=1%设计洪水位原成果与本次采用成果相差1.08 m，P=2%设计洪水位原成果与本次采用成果相差1.04 m，P=5%设计洪水位原成果与本次采用成果相差0.87 m。

勤得利水位站P=1%设计洪水位原成果49.71 m，相当于 P=10%设计洪水位本次成果49.74 m;抚远水位站P=1%设计洪水位原成果42.87 m，介于P=10% ～5%设计洪水位本次成果42.71～43.14 m，相当于本次的P=8%设计洪水位。黑龙江干流设计洪水位成果比较见表1。