北京市“63·8”特大暴雨洪涝反演分析

2024-05-08李永坤杨思敏郑凡东薛志春卢亚静

中国防汛抗旱 2024年4期

关键词：大清河北运河降雨量

李永坤杨思敏郑凡东周星薛志春卢亚静

（1.北京市水科学技术研究院，北京 100048；2.北京市非常规水资源开发利用与节水工程技术研究中心，北京 100048）

0 引言

受西南低涡天气系统影响，1963年8月1—10日，海河流域发生特大暴雨过程，95%以上降雨量集中在8 月2—8 日，邢台獐弥雨量站最大7 d 降雨量2 050 mm，为我国大陆最高纪录。

8 月3—9 日北京市连续遭遇降雨，降雨路径由上游山区移向下游平原，全市面平均降雨量275 mm，超过1/3 范围降雨量超过300 mm，暴雨集中在北运河、大清河流域，7—9 日为主降雨时段，本次降雨过程范围广、雨量大、历时长。

北运河、大清河出现超标准洪水，城区干支流河道洪峰流量300～1 700 m3/s，拒马河张坊站最大洪峰流量9 920 m3/s（历史第1 位），大石河漫水河站洪峰流量1 280 m3/s（历史第3 位）。城市近郊区发生严重城市内涝，接近1/3 面积被淹没。全市累计死亡35 人，69 个村庄被洪水淹泡，倒塌房屋11 063间，冲毁桥梁26座，京包、京广、丰沙、京承等82 处铁路干线被冲毁，朝阳、丰台、海淀、昌平、通州、大兴、房山7区受灾严重。

近年来城市化进程、下垫面与局部地形人为改变，导致洪涝灾害的威胁对象、致灾机理、损失构成等均发生显著变化，一旦洪涝规模超出调控能力与范围，就会出现损失激增的现象。防洪排涝设施的建设减弱了暴雨洪涝的威胁，但人口密度增加导致局部受灾区域灾情可能更加严重。然而目前研究多关注于“63·8”特大暴雨的降雨特征及洪涝灾害特征，缺少对现状北京市城市洪涝灾害风险的综合性评估。

本文系统梳理分析了北京市“63·8”暴雨洪涝灾害情况，以“63·8”特大暴雨为背景，根据现状下垫面和水利工程条件，基于精细化洪涝模型开展了“63·8”特大暴雨洪涝反演，分析当前可能面对的极端暴雨灾害，对其发展过程进行模拟，并提出了对策建议，以期为水旱灾害防御工作提供借鉴。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本研究的降雨数据、河道流量数据来源于北京市水务局，人口数据来源于北京市统计局。60 年代遥感影像来源于锁眼卫星数据。

1.2 研究方法

从最不利情景考虑，将“63·8”特大暴雨中城区暴雨集中降雨过程拓展到全流域，将北运河和大清河流域24 h面平均降雨量325 mm，最大小时雨强40 mm/h，作为此次反演分析降雨条件。利用基于Infoworks ICM 构建的北京市中心城区精细化洪涝模型、大清河流域模型，开展暴雨洪涝反演分析。

2“63·8”特大暴雨特点与反思

2.1“63·8”特大暴雨基本特征

2.1.1 降雨特征

本次降雨过程雨量大、历时长、覆盖面积广，但强度不大（雨强35～65 mm/h）。暴雨中心移动路径基本上由西北向东南、上游向下游（图1），8 月4 日开始，北京市城区、西北部出现暴雨，6 日起暴雨中心移至房山区十渡，7 日移至昌平区王家元，8 日向东移至朝阳区来广营，9 日东撤至大兴、通州区一带逐渐减弱至停止。当上游暴发山洪时，暴雨中心又到了下游平原，洪涝遭遇造成严重洪涝灾害。

图1 北京市“63·8”降雨暴雨中心移动路径

降雨集中在北运河和大清河流域，两流域场次降雨390 mm和369 mm，北运河流域最大1 d降雨量（8日）200～400 mm，最大3 d 降雨量（6—8 日）260～430 mm，最大7 d降雨量（3—9 日）350～490 mm。城区平均降雨量300 mm，暴雨中心朝阳区来广营最大24 h 降雨量464 mm，雨势往西逐步减弱，上游南旱河流域雨量250 mm。最大1 d 降雨量超过200 mm 的覆盖面积占全流域的50%，最大3 d 和7 d 降雨量超过200 mm 的覆盖面积占全流域占比超过90%。大清河流域降雨时段在6—8 日，山区雨量超过平原区，漫水河站以上山区3 d降雨量380 mm。北京市1963年8月3—9日降雨分布见图2。

图2 北京市1963年8月3—9日降雨分布图

2.1.2 洪水特征

以降雨较为集中的8月8日为例，上游十三陵、沙峪、桃峪口、响潭、王家元5 座中小型水库拦蓄洪水0.28 亿m3，北运河干流下泄2.09亿m3，通过北关闸分洪枢纽向潮白河分洪0.89亿m3，流域洪水总量3.26亿m3，径流系数0.61。城区干支流河道都发生了较大洪水，洪峰流量300～1 700 m3/s，干支流洪水叠加，温榆河上游洪峰流量1 700 m3/s，北关拦河闸下泄645 m3/s，北关分洪闸下泄390 m3/s，超过河道安全泄量。

大清河拒马河张坊站最大洪峰流量9 920 m3/s，超50 年一遇。大石河漫水河站洪峰流量1 280 m3/s，超10年一遇。下游接近市界琉璃河京广铁路35 号桥洪峰流量约1 360 m3/s。北运河流域及大清河流域8 月8 日洪水统计见表1。

表1 北运河流域及大清河流域8月8日洪水统计表

2.1.3 洪涝灾害特征

北运河和大清河流域受灾面积分别占总受灾面积的63%、17%。通州、大兴、房山区受灾面积3.7 万hm2，朝阳、丰台、海淀、昌平和房山区受灾面积占易涝面积的60%以上，是本次洪涝灾害重点灾区。全市累计死亡35 人，69 个村庄被洪水淹泡，倒塌房屋11 063间；被冲毁桥梁26座，漫水桥梁88 座，京包、京广、丰沙、京承铁路干线的桥涵和路基被冲毁82处，市内交通瘫痪；工业损失千万元以上。

（1）城区范围。温榆河流域滞蓄涝水量约1 亿m3。城近郊区淹没面积202 km2，占市区面积的27%，积水区域398 处，严重积水区（积水深超0.5 m）263 处，影响7 700 多户居民正常生活。城区主要交通干道西长安街、永内大街、朝内大街、王府井南口等地积水均在0.5 m以上。

清河洪水与温榆河洪水遭遇，受河道顶托，淹没面积加大，安河桥以下普遍漫溢，沿河75 个村庄、0.1 万hm2农田受淹。坝河北岗子以下决口23 处，淹地0.3 万hm2。凉水河新开渠、水衙沟、丰草河等全线漫溢，积水深超过0.5 m。大佟桥以上漫溢，万泉寺、祖家庄一带水深0.5 m 以上。通惠河支流长河白石桥至西直门北普遍漫溢，北京动物园被淹。城区护城河右安门、左安门、东直门北、东便门等地段险情严重，处于即将决口状态。

（2）大清河流域。张坊、南尚乐地区7 个村庄被洪水围困，淹没、冲毁耕地超0.1 万hm2，房屋倒塌625 间。大石河下段堤防漫溢决口51 处，夏村、田家园、梨元店、双柳树等12 村被洪水包围，涉及2 959 户13 000 多人，积水深2 m 左右。受大石河高水位顶托，两岸沥水无法排除，大片农田积水成灾。

2.2“63·8”特大暴雨洪涝原因分析

（1）上游山区洪水拦蓄控制工程不足。北运河上游有十三陵、沙峪、桃峪口、响潭、王家元5 座中小型水库，防洪库容0.34 亿m3，仅控制上游32%山区面积。大清河上游有天开、牛口峪、丁家洼3座中小型水库，防洪库容0.16亿m3，仅控制上游4.11%山区面积。流域防洪控制能力严重不足，导致山区洪水大量下泄，外洪内涝叠加，加重下游洪涝灾害。

（2）洪水超过河道设防能力。干支流河道防御洪水标准不高，再加上暴雨中心移动路径从上游山区移动至下游平原，与洪水汇流路径相同，导致山区洪水叠加平原洪水，干支流洪水相遇，引发流域超标准洪水，北运河、大清河洪峰流量相当于河道安全泄量的1～3 倍，多数河道漫溢决口。

（3）碍洪构筑物阻碍行洪通道。河道内扬水站、跨河铁路桥等阻水构筑物及大量高秆作物影响河道行洪。北运河流域部分河道水位快速壅高，造成堤防决口。

3 现状城市与1963年对比分析

3.1 城市极端强降雨突发性更为明显

“63·8”特大暴雨降雨量大、历时长，但强度相对较低，雨强不超过60 mm/ h，不足10 年一遇。自2000 年以来，城市极端降雨突发性强、雨量大、强度大特点更为明显。以2012年7月21日特大暴雨过程为例（以下简称“7·21”特大暴雨）：全市19 h平均降雨量170 mm，暴雨中心房山河北镇累计降雨量541 mm，接近500年一遇，最大雨强110 mm/h，城区最大点降雨量石景山模式口站328 mm，达100 年一遇。新时期城市安全运行面临的极端暴雨风险不断提高。北京市主要降雨事件统计如表2所示。

表2 北京市主要降雨事件统计表

3.2 流域防洪排涝能力提升

北京市初步形成了由80 座水库、五大干流、425 条中小河道，以及16 处蓄滞洪（涝）区等工程构建的“上蓄、中疏、下排、有效滞蓄利用雨洪”的防洪排涝工程体系。2012 年7 月21 日特大暴雨后，全市开展中小河道达标治理，防洪排涝能力持续增强，全市河道未出现较大洪水险情。2021 年北京市汛期降雨量786 mm，列新中国成立以来第4 位，全市河道水库总体运行平稳，密云水库水位达155.30 m，创建库以来历史最高水位。

（1）北运河流域。上游新建苏峪口水库、响潭水库、南沟水库、水沟水库、羊石片水库、居庸关水库、五七水库等7 座小型水库，总库容量882.9 万m3。彻底疏挖玉渊潭，承接京密引水渠昆玉段以西八大处沟、南旱河等地区的山洪水和城区西部雨洪。人工疏挖运潮减河，分泄北运河洪水至潮白河。通过疏挖整治清河、坝河、通惠河、凉水河四大干流及其中小河道，使河道排涝能力达到50年一遇。

（2）大清河流域。上游新建牛口峪水库1 座中型水库，龙门口水库、西太平水库、鸽子台水库、大窖水库4 座小型水库，总库容量1 271 万m3。大石河上游山区河段、镇区段防洪标准20 年一遇，村庄段防洪标准10 年一遇，均已达标。平原段房山新城燕房片区防洪标准50 年一遇，其他乡（镇）防洪标准20 年一遇。拒马河上游山区河道未经治理，不满足10 年一遇防洪标准。下游平原河道满足10 年一遇防洪标准。

3.3 城市洪涝灾害突发事件发生概率增大

3.3.1 下垫面

城区范围不透水面积比例由20 世纪60 年代的30%增加至现状的65%，20 世纪60 年代城区四大流域范围农田、绿地等用地类型占比多，城区三环外的六里桥、四季青、学院南路等区域以农田为主。土地利用通过影响下渗、蒸散发等水文过程进而影响径流的时间和空间变化。按照北京市水文手册降雨—不透水比—径流深关系曲线，1963 年城区平均降雨量300 mm，对应径流深135 mm。当遭遇“63·8”暴雨时，现状不透水比对应产生径流深180 mm，洪量约增加33%。北京市城区四大流域下垫面类型分布如图3 所示。

图3 北京市城区四大流域下垫面类型分布图

3.3.2 人口及社会经济

随着城市建设，北京市人口、经济等方面呈现指数级增长。1963年北京市地区生产总值（当年价格）31.72亿元，年末户籍人口747.4万人。2022年北京市地区生产总值（当年价格）41 610.95亿元，年末全市常住人口2 184.3万人。相较于1963 年，北京市的人口增加了2 倍，经济总量翻了1 300 多倍。城区流域范围东西城、朝阳西部、海淀东南部、丰台东北部人口稠密，三环至四环区域人口密度达1万人/km2（图4（a）），房屋整体密度10 万m2/km2，中央商务区、中关村超过30 万m2/km2（图4（b））。城市人口、物质、能量高度聚集，加剧了突发事件的不确定性和发生概率。

图4 现状城区流域人口、房屋密度分布

3.3.3 地下空间

目前城区范围地下空间、低洼院落等系统要素密集分布，据统计城区地下通道235处，低洼院落及地下室313处，2004年后发生1号线、4号线、5号线、6号线及14号线等多条地铁线路，以及地下室、低洼院落倒灌事件（表3）。承载体暴露性、脆弱性不断增强。

表3 2004年后主要地铁倒灌事件列表

总体来说，虽然城市基础设施不断完善，防洪排涝工程体系逐渐健全，但下垫面不透水面积的增加，加之高度密集的人口与经济社会条件，在同等降雨条件下，社会经济损失将会明显增加，严重影响城市运行，需持续加强防范。

4“63·8”特大暴雨洪涝反演分析结果

4.1 北运河流域

北运河出现超标准洪水，北关枢纽洪峰流量3 500 m3/s，接近100 年一遇。蔺沟、清河、坝河洪峰流量相较于“63·8”特大暴雨期间增加21%～71%。“63·8”洪水反演分析如表4所示。

表4“63·8”洪水反演分析

城市副中心防洪体系尚未完全建成，北运河流域存在不连续堤段漫溢、应急扒口淹没等风险。当北关枢纽洪水超20年一遇（1 870 m3/s）时，需做好3 km不连续堤段培高。当洪水超50 年一遇（2 670 m3/s）时，需做好武窑桥扒口分洪，涉及潞城、西集2个镇30个村约0.9万户2.2万人转移。当洪水超过100 年一遇（3 230 m3/s），需做好葛渠扒口分洪，涉及宋庄镇16个村约1.5万户4.6万人转移。

4.2 大清河流域

大清河流域的大石河漫水河站洪峰流量1 100 m3/s，超过10 年一遇，拒马河张坊站6 400 m3/s，超过20 年一遇。拒马河属过境河流，上游河北省紫荆关站至北京房山区张坊站洪水演进时间7～8 h，可依据洪水传播时间提前部署防御安排。

房山区北车营、金鸡台、莲花庵、良各庄等11条山洪沟道发生山洪灾害风险较高，需做好沟道内村庄人员避险转移（图5）。

图5“63·8”反演大清河流域山洪沟风险图

4.3 城市内涝

城区积水内涝区域由“63·8”连片涝区变为现状点状积水内涝（图6），城区流域朝阳区东坝地区、昌平区回龙观和天通苑地区、丰台区仍为积水内涝高风险区，海淀区西部山区、朝阳区姚家园和三间房地区等“63·8”未淹没区域，反演积水内涝存在一定风险。其中房山区高风险区域主要分布在良乡地区长虹东路、良乡中路、六环路，及燕房地区京周路附近。

5 对策建议

5.1 防范风险，做好当前洪涝灾害防御工作

认清北京市洪涝灾害严峻形势，突出工作重点。①全力应对流域洪水。突出做好监测预报预警，压实巡查防守责任；强化技术支撑保障，完善应急抢险工作机制；重点清除河道内违法阻水障碍物；重视蓄滞洪（涝）区安全运用管理。②保障水库安全运行。牢固树立水库汛限水位“红线”意识；逐一落实水库行政、技术和巡查“三个责任人”和水雨情测报、水库调度运用方案、水库大坝安全管理（防汛）应急预案“三个重点环节”；严格落实病险水库汛期控制运用措施；做好水工程联合调度。③抓好山洪防御。强化山洪灾害隐患排查和监测预警；健全山洪灾害预警“叫应”机制，指导有山洪灾害防御任务的各村及时发布现地预警，提前转移受威胁人员。④重点防范城市内涝。强化排涝设施检查维护，加强巡查监控；完善定点预置加机动的排水抢险模式，果断封路停运，突出防范朝阳区东坝、昌平区回龙观和天通苑地区、房山区良乡和燕房地区及丰台区的地下空间、地铁场站、低洼路段涝水。

5.2 加强监管，提升专业物资装备和技术支撑能力

①强化行业能力建设。加强重点区域防洪排涝隐患排查，压实属地主体责任；加强配套制度建设，加强行业监管。②夯实专业物资队伍建设。加强防汛抢险应急专业队伍建设，优化物资储备方式，完善物资及应急抢险队伍调度管理机制。③加强预报预警建设。提升监测预警信息统筹分析能力；提升山洪、洪水、内涝专业预报能力；持续开展城市实时淹没模型建设。④加大培训演练。加大专业人员业务和技能培训，广泛开展防洪避灾知识宣传普及；以演代训，持续加强各类综合、专项演练。

5.3 加快补齐短板，健全防洪排涝长效工程体系

①推动规划重点水利工程建设。推动大清河流域张坊、二道河水库及北运河流域西峰山、钻子岭水库前期工作；加快推进通州堰防洪体系建设；分区落实蓄滞洪（涝）区规划，加快南旱河、坝河、凉水河等蓄涝区建设和配套设施完善。②加快水利工程达标建设。持续实施河道综合治理；加大病险水库、闸站除险加固力度；加快完善已建蓄滞洪区配套工程。③加强城市内涝治理。推动积水点治理，加快海绵城市建设，持续推动城区雨污河流管线、郊区新城雨水泵站改造和排涝河道治理。