拒馬河“12·7”暴雨洪水分析

于 洋，王 妍，劉玉晶

（水利部海河水利委員會(huì)，天津 300170）

1 流域概況

拒馬河是大清河水系的支流之一，發(fā)源于河北淶源縣西北太行山麓，在北京房山區(qū)十渡鎮(zhèn)大沙地村入北京市，流經(jīng)十渡風(fēng)景區(qū)、張坊鎮(zhèn)、大石窩、南尚樂鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在張坊鎮(zhèn)西出山，到鐵索崖分南北兩支。拒馬河干流長254 km，白溝村以上流域面積10 151 km2，河床平均寬度200～1 000 m。北拒馬河在大石窩鎮(zhèn)的南河村出境，流經(jīng)涿州，匯入琉璃河，至東茨村以下稱白溝河，在白溝鎮(zhèn)與南拒馬河匯合入大清河。南拒馬河流經(jīng)定興、容城兩縣后，下游有中易水河匯入，至高碑店市白溝鎮(zhèn)與蘭溝、白溝河匯流后匯入大清河，全長69 km，河床平均寬度100～200 m。

拒馬河流域大部分為石質(zhì)山區(qū)，只有少量平原。山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石多，土層薄，耕地少，水利骨干控制工程缺少，蓄水調(diào)節(jié)能力差，水土保持能力低。流域?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶詺夂颍募痉置鳎募狙谉岫嘤辏靖稍锖洹Ｓ捎谏降睾０胃叨燃捌旅娉虻鹊挠绊懀谀承┹^高地區(qū)氣溫、降水變化較大，垂直帶明顯，因此山地氣候特點(diǎn)突出。

拒馬河流域極端最高氣溫35℃，極端最低氣溫-17℃。夏季相對(duì)濕度大，雨季可達(dá)60%～80%；冬季濕度小，一般在40%以下。年平均無霜期天數(shù)185d，年均日照2 300 h，年均降雨量約585 mm，但存在地區(qū)、季節(jié)差異，降雨主要集中在6—8月、占全年降雨量的85%，易造成洪澇。常年夏季多偏南風(fēng)，冬春季多偏北風(fēng)，年均風(fēng)速2～3 m/s。

2 “12·7”暴雨洪水概述

受高空冷空氣和西南強(qiáng)暖濕氣流的共同影響，7月21—22日，拒馬河流域大部降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，暴雨中心位于北京房山區(qū)，流域面平均降水量為196 mm。日降雨量超過或接近400 mm的站點(diǎn)有：河北鎮(zhèn)541 mm，漫水河408 mm，霞云嶺398 mm。

受強(qiáng)降雨影響，大清河系拒馬河發(fā)生1963年以來最大洪水。拒馬河上游紫荊關(guān)站21日17時(shí)47分開始起漲，22時(shí)洪峰流量2 580 m3/s；中游張坊站21日19時(shí)開始起漲，22日7時(shí)洪峰流量2 570 m3/s；拒馬河支流大石河漫水河站21日18時(shí)開始起漲，22時(shí)45分洪峰流量1 100 m3/s；南拒馬河落寶灘站21日19時(shí)開始起漲，22日8時(shí)45分洪峰流量2 510 m3/s；北拒馬河?xùn)|茨村站22日8時(shí)開始起漲，23時(shí)洪峰流量404 m3/s；白溝河新蓋房站23日15時(shí)35分開始起漲，24日13時(shí)30分洪峰流量217 m3/s。

3 “12·7”暴雨氣象成因分析

這次降雨過程強(qiáng)度之大、范圍之廣歷史罕見，分析其原因主要有以下4個(gè)方面：

（1）此次天氣系統(tǒng)覆蓋了整個(gè)華北地區(qū)，冷暖空氣的交匯點(diǎn)恰好處于拒馬河流域，并且持續(xù)的悶熱天氣積蓄了充沛的水汽，加之西南的水汽又源源不斷地輸入，使空氣濕度幾乎飽和，為降雨?duì)I造了良好的水汽條件。

（2）拒馬河流域多山的特殊地形使氣流抬升，更加劇了對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展。

（3）拒馬河流域東部存在一個(gè)高壓天氣系統(tǒng)，阻礙了降雨系統(tǒng)的東移，使得強(qiáng)降雨持續(xù)了較長時(shí)間。

（4）城市熱島效應(yīng)使城市的地面熱力增大，破壞城市區(qū)域空氣循環(huán)的穩(wěn)定，增強(qiáng)對(duì)流運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)降水云層的形成，增加了降雨量，加大了降雨強(qiáng)度。

4 “12·7”暴雨特性分析

4.1 降雨量大，多處站點(diǎn)超100年一遇，歷史罕見

拒馬河流域日降雨量大于250 mm（特大暴雨等級(jí)）的雨量站點(diǎn)共17個(gè)，日降雨量大于150 mm（大暴雨等級(jí)）的雨量站點(diǎn)共40個(gè)，最大為河北鎮(zhèn)站541 mm（見表1）。其中，北京市全市面平均降雨量170 mm，城區(qū)面平均降雨量215 mm，房山區(qū)面平均降雨量301 mm，為新中國成立以來最大一次降雨過程。北京房山區(qū)14個(gè)雨量站中，半數(shù)以上站點(diǎn)降雨超過100年一遇，其中河北鎮(zhèn)站日降雨量達(dá)到500年一遇；河北固安縣固安站最大6 h降雨量超過300年一遇，淶源縣王安鎮(zhèn)站6 h降雨量達(dá)到200年一遇。

表1 拒馬河流域日降雨量統(tǒng)計(jì)mm

4.2 暴雨強(qiáng)度大

最大1 h降雨量為天開水庫站234 mm（為海河流域有實(shí)測記錄以來的最大值），占該站日降雨量的70%，降雨強(qiáng)度達(dá)到3.9 mm/min；最大6 h降雨量為漫水河站270 mm，占該站日降雨量的76%。降雨強(qiáng)度超過1.0 mm/min的站有25個(gè)（見表2）。

表2 拒馬河流域時(shí)段降雨量（1 h）統(tǒng)計(jì)mm

4.3 強(qiáng)降雨覆蓋范圍廣

拒馬河流域新蓋房以上流域面積約10 000 km2。本次降雨超50 mm的籠罩面積9 980 km2，約占流域面積的100%；超100mm的籠罩面積8600km2，約占流域面積的86%；超250 mm的籠罩面積2 600 km2，約占流域面積的26%；超300 mm的籠罩面積1 500 km2，約占流域面積的15%（如圖1所示）。

圖1 海河流域“12.7”日降水量等值面

4.4 降雨空間分布比較均勻，暴雨梯度小

從圖1分析，拒馬河流域雨帶呈緯向分布，降雨量由暴雨中心向東西兩側(cè)遞減，如河北鎮(zhèn)站距杜家莊站約35 km，暴雨梯度為13 mm/km（最大）；拒馬河流域最大點(diǎn)雨量 （北京市河北鎮(zhèn)站）541 mm為最小點(diǎn)雨量（河北省艾河站）81 mm的約7倍。

4.5 降雨持續(xù)時(shí)間短，強(qiáng)降雨歷時(shí)長

本次降雨自7月21日15時(shí)開始至7月22日3時(shí)降雨基本結(jié)束，降雨歷時(shí)僅12 h，強(qiáng)降雨主要集中在21日15—23時(shí)，該時(shí)段的降雨量占總降雨量的53%，強(qiáng)降雨歷時(shí)近8 h，為歷史罕見。

5 “12·7”洪水特性分析

5.1 前期影響雨量小

由于之前降雨較少，下墊面基本處于干旱狀態(tài)，土壤含水量低于15%，非常不利于產(chǎn)流。

5.2 匯流時(shí)間短，峰現(xiàn)時(shí)間早

大范圍的高強(qiáng)度降雨，使得降雨強(qiáng)度遠(yuǎn)大于下墊面的下滲能力，超滲產(chǎn)流現(xiàn)象普遍存在，因此匯流時(shí)間大大縮短，局部水量急速匯聚，加之拒馬河流域山勢(shì)陡峭，使得降雨迅速進(jìn)入河道形成洪水。以紫荊關(guān)水文站為例，自降雨開始至形成洪峰僅用時(shí)14 h。

5.3 南拒馬河洪水傳播時(shí)間大幅增加

拒馬河上游紫荊關(guān)水文站洪峰到達(dá)房山區(qū)張坊水文站河道距離約130 km，洪水傳播時(shí)間僅8 h，一般大約需要10～13 h；南拒馬河落寶灘至新蓋房河道距離約84 km，洪水傳播時(shí)間長達(dá)59 h，一般傳播時(shí)間12～18 h；大清河北支張坊至東茨村河道距離約54 km，洪水傳播時(shí)間為17 h，一般傳播時(shí)間20～28 h；大石河漫水河至東茨村河道距離約50 km，洪水傳播時(shí)間為25 h，一般傳播時(shí)間16～22 h。這充分說明南拒馬河河道發(fā)生了劇烈變化，阻水嚴(yán)重，河道行洪能力嚴(yán)重下降，洪水傳播時(shí)間大大延長。

5.4 上游洪峰大，下游洪峰小

拒馬河上游紫荊關(guān)站洪峰流量2 580 m3/s，接近50年一遇；中游張坊站洪峰流量2 570 m3/s，接近10年一遇；南拒馬河下游北河店站洪峰流量118 m3/s，接近2年一遇；北拒馬河下游白溝河?xùn)|茨村站洪峰流量404 m3/s（包括大石河的來水），超過2年一遇；白溝河新蓋房站洪峰流量217 m3/s，接近5年一遇。張坊站與新蓋房站洪峰流量比約為 12∶1，“63·8”洪水中張坊站與新蓋房站洪峰流量比約為3∶1。由此可以看出，本次洪水下游洪峰流量遠(yuǎn)小于上游。究其原因，一是拒馬河中下游河道中數(shù)不清的坑。當(dāng)洪水經(jīng)過時(shí)，這些坑就成為一個(gè)個(gè)微型蓄水“水庫”，大大減緩了洪水流速、攔蓄了水量、降低了水位、削減了洪峰。二是中游的水文站由于測驗(yàn)?zāi)芰Αl件和人身安全等因素影響，加之部分測驗(yàn)設(shè)施遭到水毀，因此未能監(jiān)測到最大洪峰流量。

5.5 南拒馬河洪水大，北拒馬河洪水小

本次洪水南拒馬河落寶灘與北拒馬河?xùn)|茨村3d 洪量比為 5∶1，“63·8” 洪水落寶灘與東茨村 3 d洪量比為2∶5。南拒馬河水量遠(yuǎn)大于北拒馬河水量，主要原因是拒馬河分為南北兩支處，北拒馬河河道中有大量石材堆放，幾乎形成了1座“石壩”，導(dǎo)致了上游洪水無法通過北拒馬河宣泄，幾乎全部通過南拒馬河下泄（拒馬河洪峰2 570 m3/s、南拒馬河洪峰 2 510 m3/s），直至洪水將“石壩”沖開，才有部分上游洪水流入北拒馬河。

5.6 徑流系數(shù)小，上游水量大于下游水量

拒馬河流域 （新蓋房以上）降雨總量約19.61億m3，紫荊關(guān)3 d洪量約 0.74億m3，張坊 3 d洪量約0.93億m3，落寶灘3 d洪量約0.74億m3，北河店3 d洪量約0.13億m3，漫水河3 d洪量約0.43億m3；東茨村3 d洪量約0.57億m3，新蓋房 7 d洪量約0.50億m3。以新蓋房實(shí)際徑流量計(jì)算，徑流系數(shù)僅為0.03，而在相似的邊界條件和初始條件下拒馬河流域的徑流系數(shù)為0.1～0.3。

本次洪水張坊與新蓋房3 d洪量比約為5∶2，“63·8”洪水張坊與新蓋房 3 d洪量比約為 3∶4。在沒有區(qū)間引水和決堤的情況下，再加之區(qū)間有100mm以上降雨，上游水量遠(yuǎn)大于下游水量，水量不能平衡。因此，這說明區(qū)間攔蓄了大量的洪水，徑流系數(shù)已經(jīng)不能真實(shí)反映降雨徑流關(guān)系。

6 小結(jié)

“12·7”暴雨洪水是拒馬河流域近50年來最大的一場暴雨洪水，也是海河流域1996年以來最具影響的一場暴雨洪水。本次暴雨洪水具有雨量大、雨強(qiáng)高、強(qiáng)降雨范圍廣、洪水匯流快、洪量上大下小、社會(huì)影響大、媒體關(guān)注度高、人員財(cái)產(chǎn)損失大等特點(diǎn)，對(duì)于研究該流域暴雨洪水特性、洪水預(yù)報(bào)、下墊面變化、規(guī)劃建設(shè)、河道管理和防洪減災(zāi)等具有極高的價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

[1]海河水利委員會(huì)水文局.海河流域水情防汛調(diào)度手冊(cè)[R].天津：海河水利委員會(huì)水文局，2007.

[2]海河水利委員會(huì)水文局.海河流域水情簡易手冊(cè)[R].天津：海河水利委員會(huì)水文局，2011

[3]海河水利委員會(huì)，海河流域水旱災(zāi)害[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[4]海河水利委員會(huì).海河流域1963年8月暴雨洪水分析報(bào)告[R].天津：海河水利委員會(huì)，1988.