徒骇马颊河流域上游水文环境变化给防汛减灾工作带来的启示

赵庆鲁,刘 光,赵 若

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

1 流域概况

徒骇马颊河流域位于海河流域的东部,东临黄河,南以黄河支流金堤河为界,西靠漳卫南运河,流域主要河道有徒骇河、马颊河等,边界河道黄河、卫运河、金堤河等,其他支流河道包括新金线河、赵王河、西新河、四新河、七里河、管氏河、赵牛河、沙河、唐公沟、德惠新河等。徒骇河、马颊河均为独立入渤海的河道,两条河道流经山东腹地呈蚯蚓状蜿蜒入海。

徒骇河发源于山东省聊城市莘县文明寨村,流经聊城、德州、滨州三地市入渤海,流域面积13 902 km2,干流长度约436 km。马颊河发源于河南省濮阳市金堤分水闸,经过河北省大名县入山东省莘县境内,在山东省流经聊城、德州、滨州入渤海,流域面积11 579 km2。徒骇马颊河流域上游主要位于聊城市境内,区域流域面积7 532 km2,上游流域面积占徒骇马颊河流域面积的30%左右。徒骇马颊河流域主要河流及水文监测站点分布见图1。

图1 徒骇马颊河流域主要河流及水文监测站点分布图

2 区域水文条件分析

徒骇马颊河水系水源补给主要靠大气降水,各河道均属雨源性河流,由于受季风气候及地理条件的影响,降雨在时空分布上变化较大。

2.1 降水

徒骇马颊河水系夏季受太平洋暖湿气团的侵入和西北、西南涡的影响,以及近海的水汽输入,容易发生大范围的气旋雨、台风雨。由于受季风的影响,降雨在时空分布上变化较大,降水量在年内分配极不均匀,年内降水量多集中在汛期,年际之间变化悬殊,连丰、连枯现象十分明显。根据截止到2019年水文数据统计,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,滨州569.8 mm,流域上下游降水量相差不大。流域降水6-9月较为集中,该时段降水量在全年降水量中占比超过七成。

2.2 径流

径流主要由降雨产生,徒骇马颊河为雨源型河流,河道流量随季节而变化。每到汛期,暴雨集中,水势涨落较大,但因为是平原地区,涨幅较慢,且洪水历时较长;枯水季节,河道流量比较小,有时干枯断流。流域上游马颊河多年平均径流深11.1 mm,徒骇河多年平均径流深44.4 mm[1]。

3 流域暴雨洪水

3.1 流域暴雨成因

我国主要雨带夏季北移,冷暖空气活动频繁,极易造成大暴雨。造成本区域暴雨的天气系统主要有台风、气旋或连续气旋、中低纬度天气系统互相结合等,中低纬度天气系统互相结合主要指西风带冷空气南下时与低纬度天气系统如台风外围、南方气旋相遇等共同影响的天气系统。影响暴雨的天气系统很多,且较为复杂,同一次暴雨,可能受多个天气系统影响。根据对区域典型暴雨的天气系统综合分析,除上述3种影响区域暴雨的天气系统外,中小尺度天气系统(包括飑线、暴雨云团等)也会造成局部暴雨,其破坏力极大,易造成局部洪涝灾害。

3.2 历史暴雨洪水水文特征

3.2.1 暴雨具有丰枯年份交替的特点,短历时暴雨变差系数较大

区域降水量的年际变化较大,并且丰、枯水周期变化比较明显,丰水年年平均降水量可达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。最大年降水量约为最小年降水量的3倍。区域上游年最大24h降水量变差系数Cv值变化范围大都在0.35～0.62之间。徒骇河中游Cv在0.5以上,上游和下游Cv在0.4左右;马颊河Cv整体在0.4左右。

3.2.2 特大暴雨时有发生,短历时暴雨极易形成较大洪水

受暴雨天气系统等因素的综合影响,汛期在徒骇马颊水系局部地区时常有24 h点雨量超过200 mm的特大暴雨。暴雨突发性强、历时短、强度大,河道水位上涨快,造成农田积涝多,区域防洪压力较大,中小河流、塘坝及各种水工建筑物,也容易造成毁灭性的灾害。

徒骇河、马颊河是区域内的主要排涝河道,常发生较大洪水过程。据历史资料统计,2020年前,徒骇河上游较大洪水有16次之多,其中重现期超过十年的有6次,超过二十年的有3次。平原地区雨源性河流洪水来自降水,且汇流较快,形成洪峰时间较短。据表1数据,徒骇河较大洪水过程基本都发生在7、8月份,仅2003年10月洪峰流量261 m3/s、 2010年9月洪峰流量399 m3/s洪水发生在9月份以后的时间。

表1 徒骇马颊河流域上游徒骇河刘桥闸站历史较大洪水情况表

马颊河上游王铺闸站历史超过100 m3/s洪峰流量洪水共3次,均发生在1984年以前的七八月份,最大一次洪峰流量193 m3/s,发生在1971年8月。

3.2.3 历史9、10月份偶有较大暴雨发生

根据近65 a资料统计,9月份降水量超过100 mm的年份有9年,10月份超过100 mm的2个年份均出现在2 000年以后(见表2)。

表2 徒骇马颊河上游区域历史9、10月份较大降水量统计

4 近两年暴雨洪水分析

4.1 区域洪水分析

根据近两年水文监测资料统计,徒骇马颊河上游刘桥闸站主要洪水有4次,其中有1次重现期超过10 a,洪水发生时间均在9月份以后,10月份有2次较大洪水过程。10月份降水前雨影响较小,土壤饱和度较七八月份低,河道峰前流量也相对较小,洪峰流量较主汛期略小,同样降水发生在汛期或连续性降水时,洪峰量级及危害程度将大大提高。2021年9月马颊河王铺闸站发生洪峰流量180 m3/s洪水,这是1971年8月后马颊河上游最大一次洪水过程,经频率分析重现期约100 a(见表3)。

表3 近两年徒骇马颊河上游刘桥闸站洪水统计表

4.2 流域边境

徒骇马颊河流域边界河流漳卫南运河水系2021年出现夏秋连续,作为海河流域下游主要行洪河道卫运河承接上游漳河、卫河来水,卫运河上游主要控制水文站南陶站7月31日出现洪峰流量1 100 m3/s,10月10日出现洪峰流量1 220 m3/s,这是该站自1996年8月以来最大洪水过程,对徒骇马颊河流域影响较大。根据历史南陶站洪水统计,历史洪峰流量超过900 m3/s洪水过程均发生在8月份,2021年却发生与历史周期律严重不一致的洪水过程,说明海河流域乃至华北地区水文环境有变化的趋势。

4.3 暴雨分析

2021年9月降水量305.5 mm,10月73.7 mm,分别较常年同期偏多490%、142%;2022年9、10月份合计雨量171.6 mm,较历年同期偏多109%。近两年9、10月份降水显著增多。2022年10月1日0时至4日0时,区域普降大到暴雨,区域中心站聊城站3日降水量达到226.0 mm,为该站10月份最大3日水量,从全年角度分析,该降水量重现期达到30 a。但进一步采用10月份雨量特征值资料分析,该降雨量重现期为3 000 a,可见本次降水的罕见性、突发性及偶然性(见图2)。

图2 聊城站历史10月份 3日降水频率

5 结语

(1)徒骇马颊河流域暴雨洪水时有发生,到2000年以后频率较以往更高,据以上资料,2000年以后刘桥闸较大洪水占1971年以来规模以上洪水的一半以上,尤其是近两年洪水更为频繁。

(2)2000年之前,暴雨洪水主要发生在主汛期的7、8月份,2003年出现了发生在10月份的暴雨洪水,2010年9月份也出现较大暴雨洪水,而近两年暴雨洪水主要发生在9、10月份,进一步说明近20 a暴雨洪水由主要发生在主汛期往秋汛时段推移的趋势。

(3)从近两年较大暴雨洪水水文频率分析来看,重现期延长,说明极端天气发生的概率有增加的趋势。

6 主要启示

(1)随着暴雨洪水从时间上有向9、10月份推移的特点,防汛工作不仅着重于历史经验的“七下八上”,防汛后期的工作依然不容忽视。

(2)从去年10月份降水达到千年一遇的特点,这种罕见性的突发天气状况,应引起更多的重视。突发性的“黑天鹅”现象造成的危害往往比较突出,从目前华北地区尤其是海河流域进入丰水期,“黑天鹅”有演变为“灰犀牛”的可能,加大后汛期防汛人力物资投入也非常必要。

(3)海河流域上游2021年发生超历史暴雨,给流域下游包括徒骇马颊河区域带了极大的防汛压力,在防汛调度工作中,水利防洪工程蓄滞洪区、岳城水库等水利设施发挥了举足轻重的作用,徒骇马颊河流域规划建设过程中应着重考虑实用性强、利用率高、易于调度的水利设施的建设。

(4)充分发挥水旱灾害普查成果的作用,利用相关成果资料构建暴雨洪水灾害时间空间分布模型,利用科学成果指导水利防汛减灾规划建设,充分发挥水文指导水利建设的基础作用。