灤河流域大洪水特點與周期規(guī)律的探討

仝黎熙，胡伯謙，王 燕

（1.海河水利委員會引灤工程管理局，河北遷西 064309；2.河北省水文水資源勘測局，河北石家莊 050031）

1 灤河流域概況

1.1 河流

灤河是華北地區(qū)第2條大河，古稱濡河，唐朝末年改稱灤河。灤河發(fā)源于河北省豐寧縣西北巴彥圖古爾山麓，流經(jīng)內(nèi)蒙古高原、承德壩上草原和燕山山區(qū)，于遷西縣北潘家口穿過長城進入唐山市，至灤縣穿京沈鐵路出山進入平原，于樂亭縣兜網(wǎng)鋪注入渤海，全長888 km，流域面積為44 750 km2，其中山區(qū)面積為43 940 km2、占流域面積的98.2%。灤縣水文站控制面積為44 100 km2，占流域面積的98.5%。灤河支流眾多，流域面積大于1 000 km2的1級支流有10條，即閃電河、小灤河、興州河、伊遜河、武烈河、老牛河、柳河、瀑河、潵河和青龍河，均為山溪性河流，水量相對豐沛。

1.2 水利工程

為有效開發(fā)利用灤河水資源和減輕下游洪水災害 ，自上世紀70年代末起，在灤河中游干流和支流青龍河相繼建成了潘家口、大黑汀和桃林口3座大型水庫，總庫容為41.26億m3，控制流域面積為40 360 km2，占灤縣水文站控制面積的91.5%。水庫調(diào)洪運用計劃為：大黑汀水庫100年一遇（＞26 940 m3/s）以上洪水不削峰，50年一遇洪水限泄14 500 m3/s，20年一遇洪水限泄10 600 m3/s。桃林口水庫調(diào)洪運用計劃為：50年一遇洪水限泄9 100 m3/s，20年一遇洪水限泄5 700 m3/s。

2 灤河流域洪水

2.1 調(diào)查及實測洪水

受地理環(huán)境和氣候條件等影響，灤河流域洪水發(fā)生頻繁。據(jù)歷史洪水調(diào)查，從清代初期順治元年（1644年）至灤縣水文站建站（1929年）前285年中，灤縣站調(diào)查洪峰流量超過29 500 m3/s的特大洪水有6次，最大洪峰流量為35 000 m3/s（1709、1886年）。灤縣水文站自1929年建站以來，實測最大洪峰流量為34 000 m3/s（1962年）。按水利部洪水劃分標準，灤縣水文站調(diào)查和實測大于50年一遇特大洪水（≥28 100 m3/s）發(fā)生了7次，20～50年一遇大洪水（19 700～28 100 m3/s） 發(fā)生了 2 次，10～20 年一遇較大洪水（13 600～19 700 m3/s）發(fā)生了 3 次，5～10 年一遇一般洪水（8 220～13 600 m3/s）發(fā)生了 5次。

2.2 洪水成因

灤河流域洪水成因主要是汛期暴雨成洪，汛期暴雨影響天氣系統(tǒng)為太平洋副熱帶高壓、西風帶、臺風北上、西南低渦北移等。當東南季風越過沿海平原，遇到燕山山脈的阻擋，迎風坡氣流被抬升，形成地形雨。因此，在長城一線以南的燕山迎風坡形成多雨地帶，其多年平均年降水量在650～750 mm之間，暴雨中心多數(shù)在興隆縣至遷西縣附近，興隆縣白廟子多年平均年降水量達829 mm，為河北省多年平均年降水量之最。最大24h平均降水量為80～110mm，暴雨中心平均降水量為130 mm。歷年實測最大24 h降水量統(tǒng)計結(jié)果表明，燕山迎風坡降水量均超過200 mm，大部分地區(qū)降水量為300～400 mm，最大值出現(xiàn)在遷安縣的冷口為451 mm。

2.3 洪水特點

2.3.1 峰高、量大、勢猛

灤河流域洪水主要產(chǎn)自中游段的承德南部至唐秦兩市北部燕山山區(qū)。主要支流有老牛河、柳河、瀑河、潵河和青龍河，其中以柳河、潵河洪峰模數(shù)為最大， 達 4.07～4.17 m3/（s·km2）。 據(jù)潵河藍旗營調(diào)查，1894年特大洪水洪峰流量為6 590 m3/s，洪峰模數(shù)為 10.2 m3/（s·km2）。 1959 年 7 月 20—22 日暴雨，7月22日灤河中下游各河相繼產(chǎn)水，灤河干流的桑園水文站洪峰流量為10 100 m3/s（控制流域面積為3 710 km2），支流青龍河桃林口水文站洪峰流量為8 630 m3/s （控制流域面積為5 250 km2），22日15時灤縣水文站相應洪峰流量為24 000 m3/s、最高洪峰水位為28.40 m。7 d洪水總量達29.2億m3。這次洪水造成灤河中下游沿河兩岸河堤多處決口。1962年7月24—26日特大洪水，是1929年灤縣水文站有資料記載以來最大的一次洪水，也是1886年（清光緒十二年調(diào)查洪峰流量為35 000 m3/s）以來最大的一次洪水。干流桑園水文站洪峰流量為24800m3/s；支流青龍河桃林口為復試峰，第1次洪峰25日14時為8 490 m3/s，第2次洪峰26日18時30分為8 760 m3/s。灤縣水文站27日3時洪峰流量為34 000 m3/s（27日 0—8 時流量均大于 30 000 m3/s），最高洪峰水位為29.60 m。水位漲幅為7.16 m，7 d洪水總量達50.1億m3。洪峰流量超過了下游河道的行洪能力（大堤保證流量為25 000 m3/s），造成京山鐵路以下灤河大堤左岸全線漫溢、右岸10余處潰決，京山鐵路以南區(qū)域一片汪洋。

根據(jù)上述及10余次大洪水的洪峰流量、洪水總量資料統(tǒng)計，灤河洪峰模數(shù)、徑流模數(shù)在華北地區(qū)較大流域中是比較大的，最大洪峰流量大于黃河花園口水文站洪峰流量25 000 m3/s的紀錄。因此，灤河大洪水具有峰高、量大、勢猛的特點。

2.3.2 突發(fā)性強

灤河流域的大洪水絕大部分集中在汛期一、二場暴雨。如，1959年7月21—22日，降水歷時35 h，降水量以燕山山脈主峰長城一線為暴雨中心，向南北兩側(cè)遞減。暴雨中心潘家口、青龍一線至京山鐵路降水量為200～470 mm。最大點是支流青龍河龍王廟，降水量為477.1 mm，最大24h降水量為452.5 mm。灤河總控制站灤縣水文站21日12時起漲流量為410 m3/s，22日15時洪峰流量為24 000 m3/s，漲水歷時為27 h。

1962年7月24—26日，降雨歷時60 h，受西來槽影響，在太行山北部易縣發(fā)生的暴雨向東移動進入灤河流域，又遇當年第5號臺風北移。這使灤河流域發(fā)生了自1929年有資料以來的全流域特大暴雨，降水量分布為：壩上草原至選將營、圍場縣以北12～50 mm，出壩上草原至三道河子50～200 mm，三道河子至柳河、瀑河200～300mm，柳河、瀑河至遷安縣300～350mm，遷安縣以下至灤河口250～280 mm。暴雨中心在興隆縣以東的石廟子，降水量為504mm，最大日降水量為354 mm。灤縣水文站24日6時起漲流量為203 m3/s，27日3時洪峰流量為34 000 m3/s，漲水歷時為 69 h。

2.3.3 洪峰流量年際變化大

洪峰流量年際變化是全國最大的地區(qū)之一。根據(jù)灤縣水文站調(diào)查和實測洪峰資料統(tǒng)計，變差系數(shù)在1.28左右（Cs/Cv=2.5），最大和最小的年最大洪峰比值大約為7～17倍，極端最大和最小的年最大洪峰比值達86倍。1886年洪峰流量為35 000 m3/s，1962年洪峰流量為34 000 m3/s，1968年洪峰流量僅為407 m3/s。

潘家口、大黑汀2座水庫建成后的1984和1994年，灤縣水文站實測最大洪峰流量分別為8 850和9 200 m3/s，枯水年份洪峰流量小于200 m3/s。

根據(jù)上述和其他年份發(fā)生的暴雨、洪水歷時統(tǒng)計分析，灤河流域的大暴雨降水歷時大多為1～3 d，高強度暴雨主要集中在24 h內(nèi)，相應的洪水歷時為3～7 d。因此，灤河流域暴雨洪水具有突發(fā)性強的特點。

3 灤河流域大洪水周期規(guī)律分析

3.1 周期分析的依據(jù)

灤河流域洪水問題嚴重而復雜，影響洪水要素的原因目前還不能一一辨識，不能確定它們的硬性因素，但所有這些因素的綜合影響卻已毫無遺漏地反映在洪水要素的歷史演變曲線中。灤縣水文站調(diào)查特大洪水記載始于1644年，調(diào)查特大洪水年份有6年，1929年建站以來有實測洪水要素的長期記錄。灤縣水文站的洪水資料基本反映了洪水要素的歷史變化。

3.2 大洪水洪峰流量統(tǒng)計

根據(jù)灤河歷史洪水調(diào)查及灤縣水文站實測洪峰流量頻率計算和水利部門設計成果，灤河灤縣水文站重現(xiàn)期100年一遇特大洪水洪峰流量約為34 700 m3/s，50年一遇特大洪水洪峰流量約為28 100 m3/s，20年一遇大洪水洪峰流量約為19 700 m3/s，10年一遇較大洪水洪峰流量約為13 600 m3/s，5年一遇一般洪水洪峰流量約為8 180 m3/s。具體情況，見表1。

3.3 等級洪水規(guī)律周期分析

3.3.1 特大洪水洪峰流量發(fā)生周期

洪峰流量大于50年一遇的為特大洪水。1709—2005年297年中，灤縣水文站超過50年一遇洪峰流量28 100 m3/s的特大洪水發(fā)生過7次，平均42年發(fā)生1次，其中1948年以前的240年中發(fā)生過6次、平均約40年1次，而1949—2005年的57年中卻發(fā)生了1次。

表1 灤河灤縣水文站大洪水統(tǒng)計

3.3.2 大洪水洪峰流量發(fā)生周期分析

1929年灤縣水文站建站以前，其調(diào)查記載洪水均為特大洪水，無大洪水洪峰流量記載。因而，灤河大洪水洪峰流量統(tǒng)計資料為1929年以來灤縣站實測洪峰流量，20～50年一遇大洪水洪峰流量（19 700～28 100 m3/s）發(fā)生過2次，平均 38年發(fā)生 1次，但2次大洪水發(fā)生時間間隔僅為10年（1949、1959年）。

統(tǒng)計分析表明，灤縣站洪水周期規(guī)律明顯，特大洪水發(fā)生時間間隔約為60年，大洪水發(fā)生具有明顯的長、短周期段。如，1790年發(fā)生35 000 m3/s洪水，間隔60年后，到1849年發(fā)生34 000 m3/s。而后的1883、1886、1894年11年中連續(xù)發(fā)生50年一遇洪峰流量約為28 000 m3/s的特大洪水3次，間隔55年后，又出現(xiàn)1949、1959、1962年13年中連續(xù)發(fā)生20～50年一遇大洪水3次。

4 結(jié)語

上述灤縣水文站洪水資料統(tǒng)計分析結(jié)果表明，灤河流域大暴雨降水歷時多為1～3 d，高強度暴雨主要集中在24 h內(nèi)。相應的洪水歷時為3～7 d，洪水具有峰高、量大、勢猛、突發(fā)性強等特點。灤河發(fā)生大洪水具有明顯的長、短周期，大于50年一遇特大洪水發(fā)生周期約為60年，在特大洪水發(fā)生后約10余年中可能會發(fā)生大洪水（20～50年一遇洪水）3次。灤河最后一次特大洪水發(fā)生于1962年，洪峰流量為34 000 m3/s，距今50年沒有發(fā)生特大洪水；按周期規(guī)律統(tǒng)計分析，灤河近年來將進入豐水期，大洪水發(fā)生的可能性增大?？紤]到潘家口、大黑汀、桃林口3座水庫調(diào)洪運用影響，灤縣水文站天然50年一遇洪水由28 100 m3/s降至 22 100 m3/s，20年一遇洪水由19 700 m3/s降至15 200 m3/s。灤河防洪大堤行洪流量設計標準為25 000 m3/s，50年一遇洪水仍接近于河道行洪流量標準。為不影響灤河下游經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，建議主管灤河的防汛機構(gòu)認真做好等級防洪預案，以提高對各種極端暴雨洪水事件發(fā)生的應對能力。