拒马河洪水特性分析

王明哲，刘正保

摘要：2012年发生在拒马河上的“12.7”洪水，发现许多测验河段水文要素发生异常，即相同水位下的流量同历史上著名的“63.8”洪水和“96.8”洪水流量、流速相差较多，对河床冲刷深度也有较大差别，为水文预报带来了前所未有的困难。以拒马河紫荆关水文站实测水文资料为例，对拒马河洪水要素变化原因进行分析，为防洪抗旱、水利工程设计施工提供科学的依据。

关键词：拒马河；洪水特性；紫荆关

中图分类号： TV122 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.039

1 拒马河概况

拒马河发源于河北省来源境内，属于海河流域大清河水系的一个支流，经过涞源县、易县、北京市、涞水县、涿县、高碑店市、容城县、雄县、安新县等进入白洋淀，由源头到雄县境内的新盖房水文站以上集水面积为1万km2，主河道长330km。详见图1 ，拒马河流域图。

紫荆关位于拒马河中上游，在河北省易县紫荆关镇紫荆关村北，东经115°10′，北纬39°26′，距离河源头81.5km，河道纵坡5.5‰， 河床由砂卵石、粗砂、壤土组成。

1958年1月1日断面上迁200m，即现在测验断面，河段顺直长约700m，基本水尺断面下游300m位置有公路桥一座，桥墩程圆柱形，基本水尺断面上游1000m有漫水桥一座、1500m有拦水坝一座。

2 研究的目的及意义

2012年紫荆关“12.7”洪水是继1964年以来的最大洪水，实测最大洪峰流量达到2110m3/s，相应水位522.11m，与历史上著名的“63.8”洪水比较，在过水断面未发生明显的冲淤变化情况，“12.7”洪峰流量比1963年同级水位下流量的3540m3/s偏小1430m3/s（40%），比“63.8”洪水在522.11m水位下的流速6.31 m/s偏小15%，为水文预报带来了难度。为摸清流量偏小及断面未发生冲淤变化的原因，对紫荆关下游河道过水断面进行了勘察测量，找出“12.7”洪水比“63.8”洪水同级水位下流量偏小原因，为水文预报、工程设计提供科学的参考依据。

3 资料的选取

1996年“96.8”洪水、2012年“12.7”洪水、1963年“63.8”洪水在相关水位、流量、流速、洪水前后断面变化资料。

勘察测量紫荆关下游10km范围内人们在河道活动情况，一是河道施工情况，二是在河道搭建永久建筑情况，并对河道现有过水面积及由于工程占用河道面积进行测量。

4 资料分析与计算

4.1 测验断面在“12.7”“96.8”“63.8”洪水前后冲淤变化

紫荆关2012年“12.7”洪水中，河道实测最大流量2110m3/s，最大流速5.37m/s，对应水位522.11m，但是过水断面在“12.7”洪水中没有明显冲淤变化，洪水过后断面形状保持完好，甚至河床草皮还保持完好，清晰可见，在紫荆关站历史上少见。详见图2：紫荆关站2012年基本断面在“12.7”洪水前后断面图，但是1996年的“96.8”洪水中，最大流量849m3/s，最大流速4.81m/s，无论流量还是流速均比“12.7”洪水小，却在洪水过程中过水断面出现了冲淤变化，最大冲刷深度达到1.77m。断面冲刷变化详见图3：紫荆关站1996年基本断面在“96.8”洪水前后断面图。冲毁数据详见表1“12.7”与“96.8”“63.8”洪水紫荆关基本断面冲毁数据表及表2：紫荆关站不同年份洪水对河道测验断面最大冲刷深度对照表。

1963年“63.8”洪水，未见到原始资料，故未做断面详细分析。

附注： “63.8”最大冲刷深度来自1963年大清河水系水文年鉴记载

4.2 资料统一性

“63.8”“96.8”“12.7”三次洪水均是在基本水尺断面上游1000m位置有漫水桥和下游300m位置有公路桥作用下的同一个断面实施测验，资料具有测验环境的统一性。

4.3 流量资料分析

“12.7”洪水与“63.8”洪水、“96.8”洪水在相同水位和相同流量下进行比较可以发现（详见表3）：

2012年“12.7”洪水实测最大流量2110m3/s，相应流量下实测最大流速5.37m/s，相应水位522.11m，与1963年的“63.8”洪水相比，对应水位在522.11m时，相应流量为3540m3/s，相应最大流速为6.31m/s，“12.7”洪水从流量到流速比“63.8”分别小40%和15%。

1996年“96.8”洪水实测最大流量为849m3/s，最大流速4.81m/s，相应水位519.16m，以“96.8”水位做基数同“12.7”洪水比较，在相同水位519.16m时，“12.7”洪水流量、流速分别为470m3/s、2.20 m/s，比“96.8”洪水流量、流速分别小45%和54%。

2012年的“12.7”洪水比1996年的“96.8”洪水及1963年的“63.8”洪水在相同水位下流量偏小40%左右，流速偏小15%～50%左右。

5 流量偏小原因分析

施工单位将河道当成了砂石料场，随意堆砌，占用河道过水空间，对水流来起到阻挡作用，如张石高速公路在修建期间，在紫荆关测验断面下游1km位置有大量砂石料堆砌，还有下游3km位置也有小型石料厂，无序采砂，随意堆砌。

在紫荆关下游9km高庄村，东经115°13′，北纬39°26′，1997年为旺隆水库引水修建的橡胶坝，橡胶坝未充水期间，坝高1.0m左右，经过测量减小过水面积89m2，占2012年“12.7”洪水期间最大过水面积的14%。在紫荆关下游10km孔各庄村，东经115°13′，北纬39°27′，有一永久性砂石料场，经过测量减小过水面积206m2，占2012年“12.7”洪水期间最大过水面积的27%，详见表4高庄及孔各庄断面阻水面积表。

在紫荆关基本水尺断面下游9km高庄村为旺隆水库引水需要，建有拦河坝一座，坝高1m左右，相应也等于抬高了下游河底高程，从而减小了河床纵比降。

由由曼宁公式：

■计算河段平均流速；

式中 v-河段平均流速（m/s）；

n-糙率系数；

R-过水断面水力半径（m）；

I-水面比降。

可知，比降减小，流速也随之减小，所以造成流量减小。

沿河筑坝、围河修建建设用地、随意堆砌砂石料，另外沿河修建停车场等人为活动也是造成紫荆关2012年“12.7”洪水流量与“63.8”洪水和“96.8”洪水在同级水位下流量、流速偏小的原因。

6 结语

通过对紫荆关水位流量分析，在“12.7”洪水中实测最大流量2110m3/s，相应流量下实测最大流速5.37m/s，相应水位522.11m，与1963年的“63.8”洪水相比，對应水位在522.11m时，相应流量为3540m3/s，相应最大流速为6.31m/s，“12.7”洪水从流量到流速比“63.8”分别小40%和15%。

1996年“96.8”洪水实测最大流量为849m3/s，最大流速4.81m/s，相应水位519.16m，以“96.8”水位做基数同“12.7”洪水比较，在相同水位519.16m时，“12.7”洪水流量、流速分别为470m3/s、2.20m/s，比“96.8”洪水流量、流速分别小45%和54%。

流量偏小是由于在紫荆关下游河道中建有永久性的石料厂、拦河筑坝等人类活动，占据河道过水断面面积的近1/3，同时人类活动改变了河床纵比降，也能减小流速，进一步影响到流量大小。总之，随着人类活动范围的扩大，拒马河在同级水位下流量有偏小的趋势。

作者简介：王明哲，本科学历，助理工程师，研究方向：水文测验及河道水文规律；刘正保，本科学历，助理工程师，研究方向：水文测验及河道水文规律。