黑龍江中下游2013年特大洪水重現(xiàn)期分析

曹振宇，曹 越，吳明官

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

0 前言

2013年6月份以來(lái)至8月中旬，黑龍江干流、松花江流域持續(xù)降雨量較大，使黑龍江中下游發(fā)生了特大洪水，勤得利、撫遠(yuǎn)水位站實(shí)測(cè)最高洪水位已超過(guò)了1897年歷史最高洪水位，估算的洪峰流量超過(guò)了1897年歷史最大的洪峰流量。2013年9月黑龍江中下游特大洪水的洪峰水位已超過(guò)了1897年歷史最高洪水位，使過(guò)去采用的由水位資料推算的設(shè)計(jì)洪水位成果明顯偏低，故黑龍江干流中下游地區(qū)現(xiàn)有的防洪工程和規(guī)劃設(shè)計(jì)的防洪工程設(shè)計(jì)洪水位已不安全，急需修正黑龍江干流的設(shè)計(jì)水面線成果。因此，省水院全面進(jìn)行了黑龍江干流2013年洪水調(diào)查工作，并分析了黑龍江中下游特大洪水的重現(xiàn)期，以便應(yīng)用于黑龍江干流防洪工程設(shè)計(jì)、建設(shè)與工程管理。

1 歷史洪水

黑龍江干流哈巴羅夫斯克水文站，1897年實(shí)測(cè)洪峰流量為41 200 m3/s，是1896年有水文資料以來(lái)的最大洪水，即迄今為止的最大實(shí)測(cè)洪水;該站1984年實(shí)測(cè)洪峰流量為32 900 m3/s，是1896年有水文資料以來(lái)的第11位較大洪水［1］。

2 實(shí)測(cè)洪水

2013年入汛以來(lái)，黑龍江中游地區(qū)持續(xù)降雨，防洪形勢(shì)十分危急。奇克水位站最高水位為112.65 m，已接近于1984年最高水位112.68 m，從歷史資料分析，1984年洪水頻率為50 a一遇左右。在布列亞河、松花江匯入后，黑龍江干流上的同江、勤得利和撫遠(yuǎn)站實(shí)測(cè)最高洪水位已超過(guò)了歷史最高洪水位。

3 原設(shè)計(jì)洪水成果

迄今為止，黑龍江國(guó)境界河地區(qū)曾進(jìn)行過(guò)《黑龍江國(guó)境界河國(guó)土防護(hù)工程規(guī)劃》、《黑龍江干流國(guó)境界河國(guó)土防護(hù)工程可行性研究》、《東北地區(qū)國(guó)境界河整治規(guī)劃》、《黑龍江中俄界河國(guó)土防護(hù)二期工程規(guī)劃》等多次規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，根據(jù)以往規(guī)劃設(shè)計(jì)成果，經(jīng)綜合分析后，為了盡量保持不同階段設(shè)計(jì)成果的連續(xù)性和安全起見(jiàn)，近期國(guó)土防護(hù)工程及防洪工程，均采用了《黑龍江干流國(guó)境界河國(guó)土防護(hù)工程可行性研究報(bào)告》中的單站設(shè)計(jì)洪水成果。

4 2013年特大洪水

6月份以來(lái)至8月中旬，黑龍江省降雨頻繁，強(qiáng)度大，范圍廣，總量多，雨區(qū)集中。

4.1 洪水概況

4.1.1 嫩江

進(jìn)入6月份以來(lái)，受持續(xù)降雨影響，松花江流域發(fā)生了1998年以來(lái)最大洪水。8月12日8時(shí)—14時(shí)，嫩江上游尼爾基水庫(kù)壩址以上突降暴雨，阿彥淺站(內(nèi)蒙古莫力達(dá)瓦旗)最大降雨量達(dá)102 mm，受暴雨影響，尼爾基水庫(kù)8月12日14時(shí)入庫(kù)洪峰流量達(dá)9 440 m3/s，發(fā)生了洪水頻率超過(guò)50 a一遇的大洪水，尼爾基水庫(kù)泄洪流量為5 300～5 500 m3/s。8月14日3時(shí)，嫩江干流同盟站洪峰水位170.40 m，超過(guò)警戒水位(169.60 m)0.80 m，相應(yīng)流量8760 m3/s，故嫩江干流全線發(fā)生10～20 a一遇洪水。

4.1.2 第二松花江

受冷空氣影響，8月14—16日，松花江支流第二松花江流域降大到暴雨，局部降大暴雨，流域面平均雨量104 mm，最大點(diǎn)雨量吉林樺甸白山279 mm，第二松花江上游發(fā)生了超20 a一遇的大洪水，有10條支流發(fā)生了超警戒水位的洪水，其中:二道松花江及輝發(fā)河上游發(fā)生了超歷史實(shí)測(cè)記錄的大洪水。8月14日—17日，第二松花江豐滿水庫(kù)以上流域普降暴雨，受連續(xù)強(qiáng)降雨影響，第二松花江上游發(fā)生大洪水，16日豐滿水庫(kù)天然最大入庫(kù)流量達(dá)到17 600 m3/s。通過(guò)控制水庫(kù)的泄洪流量，白山水庫(kù)將入庫(kù)流量為9 270 m3/s的洪峰削減為4 000 m3/s，削峰率達(dá)57%;豐滿水庫(kù)將入庫(kù)流量為10 700 m3/s的洪峰削減為1 800 m3/s，削峰率達(dá)83%。

4.1.3 松花江干流

入汛以來(lái)，受持續(xù)降雨影響，嫩江上游和第二松花江上游發(fā)生大洪水，受其影響，松花江干流相繼發(fā)生了較大洪水。

松花江干流2013年各水文站實(shí)測(cè)洪峰流量為:哈爾濱站10 200 m3/s(8月 27日)、通河站12 200 m3/s(8月28日)、依蘭站13 770 m3/s(8月31日)、佳木斯站13 420 m3/s(8月31日)。

4.1.4 結(jié)雅河

受持續(xù)降雨影響，黑龍江干流發(fā)生大洪水，洪水主要來(lái)源于黑龍江上游干流和俄羅斯境內(nèi)結(jié)雅河、布列亞河。7月下旬以來(lái)，俄羅斯境內(nèi)的結(jié)雅河與布列亞河流域發(fā)生持續(xù)性強(qiáng)降雨。8月2日，結(jié)雅水庫(kù)最大入庫(kù)流量11 700 m3/s，俄方將出庫(kù)流量一直控制在3 500 m3/s，最大削峰率70%。8月17日庫(kù)水位突破防洪高水位，為確保大壩安全，俄方在入庫(kù)流量仍有7 500 m3/s的情況下，將出庫(kù)流量增加至4 500 m3/s。

4.1.5 布列亞河

8月16日，布列亞水庫(kù)最大入庫(kù)流量5 050 m3/s，俄方一直將出庫(kù)流量控制在1 000 m3/s左右，最大削峰率74%。8月17日，庫(kù)水位接近防洪高水位，俄方在入庫(kù)流量仍有4 860 m3/s的情況下，將出庫(kù)流量增加至3 090 m3/s。俄羅斯在其境內(nèi)結(jié)雅河、布列亞河發(fā)生大洪水的情況下，全力運(yùn)用水庫(kù)削峰攔洪，有效降低了黑龍江中下游洪水位和上漲速度，大大減輕了黑龍江干流防洪壓力。

4.1.6 黑龍江干流

黑龍江干流上的卡倫山水文站(中方)位于黑龍江與結(jié)雅河匯合口下游18.9 km，格羅臺(tái)科沃水文站(俄方)下游4.2 km處，控制斷面以上流域面積72.5萬(wàn)km2，其中結(jié)雅河流域面積23.3萬(wàn)km2，占卡倫山水文站以上流域面積的32%。

卡倫山水文站黑龍江干流設(shè)計(jì)洪峰流量，P=1%為32 800 m3/s、P=2%為30 000 m3/s、P=5%為26 100 m3/s、P=10%為23100 m3/s。2013年 8月16日—17日，卡倫山水文站報(bào)汛洪峰流量為25 600 m3/s，＞10 a一遇洪水，＜20 a一遇洪水。

4.2 泛濫洪水歸槽還原

在大江大河的堤防工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中，尤其是平原性河流或河流中下游地區(qū)堤防工程設(shè)計(jì)及管理運(yùn)用過(guò)程中，遇到泛濫洪水歸槽還原計(jì)算問(wèn)題。

為了推求黑龍江干流中下游地區(qū)修建堤防后的設(shè)計(jì)洪水位，首先要做泛濫洪水的歸槽還原計(jì)算，由于泛濫洪水歸槽計(jì)算的工作量很大，所以本次只對(duì)設(shè)計(jì)洪水位起關(guān)鍵作用的1897年歷史特大洪水、1984年實(shí)測(cè)大洪水和2013年實(shí)測(cè)特大洪水進(jìn)行分析泛濫洪水的歸槽流量。

本次主要采用分流曲線法和水位—量關(guān)系曲線法推求典型洪水的堤防修建前后的洪水位。分流曲線法:根據(jù)現(xiàn)有堤防潰口斷面的分流曲線，通過(guò)分析洪水泛濫面積及相應(yīng)蓄洪量，推求勤得利、撫遠(yuǎn)水位站洪水位及影響值;水位—流量關(guān)系曲線法:根據(jù)2013年黑龍江中下游特大洪水的估算流量和實(shí)測(cè)水位，通過(guò)分析勤得利、撫遠(yuǎn)水位站的水位—流量關(guān)系曲線(現(xiàn)有堤防情況)，推求勤得利、撫遠(yuǎn)水位站洪水位及影響值。

4.2.1 分流曲線

本次主要考慮黑龍江干流沿岸蘿北堤防、290農(nóng)場(chǎng)堤防、同撫堤防西堤(又稱上段)和同撫堤防東堤(又稱下段)現(xiàn)有堤防潰堤情況下的分流曲線［2］。

4.2.2 水位流量關(guān)系曲線

黑龍江干流中國(guó)側(cè)水文站較少，本次主要以卡倫山站為參證站。在松花江匯入口前，只考慮遜別拉河和布列亞河匯入，莫力洪口以下斷面考慮松花江匯入，其他河流的流量相對(duì)較小，故本次暫忽略不計(jì)。本次采用卡倫山站7月—9月逐日流量過(guò)程，演進(jìn)至烏云斷面，與同期遜別拉河上的雙合屯站以及布列亞河上的卡緬卡站流量相加，疊加后的流量繼續(xù)分別演進(jìn)至蘿北及松花江匯入口前，與同期佳木斯站演進(jìn)至松花江匯入口的流量相加后，繼續(xù)演進(jìn)至勤得利站和撫遠(yuǎn)站，并根據(jù)逐日實(shí)測(cè)的水位與演進(jìn)流量點(diǎn)繪各控制斷面水位流量關(guān)系曲線。

4.2.3 洪水傳播時(shí)間

通過(guò)卡倫山水文站實(shí)測(cè)流速成果初步分析結(jié)果，黑龍江干流該河段卡倫山站平均流速在1.4 m/s左右。故根據(jù)該流速以及各控制斷面之間的距離初步估算傳播時(shí)間，并采用實(shí)測(cè)成果驗(yàn)證。

4.2.4 1897年歷史特大洪水

在無(wú)堤(自然)情況下，先估算1897年洪泛區(qū)面積及相應(yīng)的蓄滯洪區(qū)庫(kù)容后，推算相應(yīng)的洪泛區(qū)歸槽流量和勤得利、撫遠(yuǎn)水位站控制斷面修堤后的還原流量，并采用水位流量關(guān)系曲線，查得勤得利、撫遠(yuǎn)水位站相應(yīng)的最高洪水位。

4.2.5 1984年實(shí)測(cè)大洪水

在考慮三江平原地區(qū)黑龍江干流沿岸蘿北堤防、290農(nóng)場(chǎng)堤防、同撫堤防西堤(又稱上段)和同撫堤防東堤(又稱下段)現(xiàn)有堤防潰堤的情況下，采用分流曲線和水位流量關(guān)系曲線，估算相應(yīng)的歸槽流量和歸槽還原總流量后，查得勤得利、撫遠(yuǎn)水位站相應(yīng)的最高洪水位。

4.2.6 2013年實(shí)測(cè)特大洪水

在考慮290農(nóng)場(chǎng)堤防2013年8月16日下午6點(diǎn)潰堤;2013年8月22日凌晨1時(shí)20分左右蘿北縣肇興堤防潰決;2013年8月23日同撫堤防東堤中的八岔堤段潰口的情況下，根據(jù)勤得利、撫遠(yuǎn)水位站實(shí)測(cè)洪水位和堤防決口處的分流曲線，先估算相應(yīng)的滯蓄洪量、歸槽流量和歸槽還原總流量后，采用洪水演進(jìn)方法分別推求勤得利、撫遠(yuǎn)水位站的歸槽還原后的洪水過(guò)程線，并查得勤得利、撫遠(yuǎn)水位站相應(yīng)的最高洪水位。

4.2.7 泛濫洪水歸槽還原成果

根據(jù)典型年洪水的實(shí)測(cè)洪峰水位和相應(yīng)的洪水比降，先估算洪泛區(qū)面積及相應(yīng)的滯蓄洪量后，推算泛濫洪水的歸槽流量，并推求歸槽還原后的洪峰流量和修建堤防后的洪峰水位。

泛濫洪水歸槽流量估算結(jié)果，勤得利水位站1897年實(shí)測(cè)洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.97 m，歸槽流量為7 560 m3/s;1984年實(shí)測(cè)洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.36 m，歸槽流量為2 150 m3/s;2013年實(shí)測(cè)洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.29 m，歸槽流量為2 680 m3/s。撫遠(yuǎn)水位站1897年實(shí)測(cè)洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.80 m，歸槽流量為6 250 m3/s;1984年實(shí)測(cè)洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.25 m，歸槽流量為1 010 m3/s;2013年實(shí)測(cè)洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.09 m，歸槽流量為1 060 m3/s。

4.3 特大洪水重現(xiàn)期分析

2013年9月1日、2日，黑龍江干流上的勤得利、撫遠(yuǎn)水位站實(shí)測(cè)最高洪水位(50.81 m、43.94 m)，已超過(guò)了1897年歷史最高洪水位(采用俄羅斯側(cè)水文站資料插補(bǔ)成果49.69 m、42.80 m)，估算的洪峰流量約43 800 m3/s左右。根據(jù)俄羅斯側(cè)哈巴羅夫斯克水文站2013年洪峰流量估算成果(約45 780 m3/s)，可以確定2013年黑龍江中下游洪水為1896年以來(lái)實(shí)測(cè)最大洪水。另外，參考黑龍江上游地區(qū)歷史洪水調(diào)查成果，即1855年俄羅斯人在黑龍江沿岸定居以來(lái)最大、1872年以來(lái)最大等，經(jīng)多種方案綜合比較后，推薦采用的重現(xiàn)期為118 a。

5 歸槽還原成果的合理性分析

2013年本次成果與實(shí)測(cè)水位的洪峰水位差，撫遠(yuǎn)站為0.09 m，勤得利站為0.29 m;撫遠(yuǎn)站本次成果與實(shí)測(cè)水位的洪峰水位差，1897年為0.80 m、1984年為0.25 m、2013年為0.09 m;勤得利站本次成果與實(shí)測(cè)水位的洪峰水位差，1897年為0.97 m、1984年為0.36 m、2013年為0.29 m。具體的合理性分析成果如下:

5.1 實(shí)測(cè)水位過(guò)程線分析

5.1.1 勤得利站

從勤得利站2013年實(shí)測(cè)水位過(guò)程線中可以看出，該站的洪峰水位50.81 m維持了4天(8月29日、30日、31日、9月1日)，這主要是受上游地區(qū)的豐滿、尼爾基、結(jié)雅、布列亞等大型水庫(kù)群調(diào)蓄影響造成的，而黑龍江干流上的290農(nóng)場(chǎng)堤防潰口(8月16日)、蘿北肇興堤防決口(8月22日)后的滯蓄影響并不明顯。

5.1.2 撫遠(yuǎn)站

撫遠(yuǎn)站2013年實(shí)測(cè)水位過(guò)程線，從8月24日開(kāi)始明顯下降至8月25日(相應(yīng)水位43.30 m)后，又逐漸回升，洪峰水位43.94 m維持了2天(9月2日、3日)，這是受上述的大型水庫(kù)群調(diào)蓄影響的基礎(chǔ)上，主要是同撫堤防東堤(又稱:下段)八岔段潰口(8月23日)后，受大力加湖蓄滯洪區(qū)調(diào)蓄影響明顯，而8月16日290農(nóng)場(chǎng)堤防潰口、8月22日蘿北肇興堤防決口后滯蓄影響并不明顯。

5.1.3 調(diào)蓄影響分析

勤得利站以上流域面積為141.5萬(wàn)km2，撫遠(yuǎn)站以上流域面積為143萬(wàn)km2，勤得利—撫遠(yuǎn)區(qū)間流域面積為1.5萬(wàn)km2，匯入的主要較大支流有俄羅斯側(cè)(左岸)的比臘河和中國(guó)側(cè)(右岸)濃江鴨綠河。因此，上游地區(qū)大型水庫(kù)群的調(diào)蓄影響勤得利站應(yīng)該大于撫遠(yuǎn)站，而且勤得利站位于同撫堤防東堤八岔段以上，同撫堤防西堤(又稱:上段)以下的黑龍江干流上，故不受八岔堤段潰口后的調(diào)蓄影響。

5.2 不同年份歸槽還原成果分析

本次分析的洪水年份有1897年、1984年、2013年。1984年以前勤得利站、撫遠(yuǎn)站以上至松花江匯入口附近，基本上處于無(wú)堤狀態(tài)或自然狀態(tài)，而2013年該段基本上均有堤防。因此，泛濫洪水歸槽流量還原后的洪峰水位差1897年、1984年大于2013年是符合實(shí)際情況的。

6 修改后設(shè)計(jì)洪水成果

黑龍江干流中下游設(shè)計(jì)洪水，本次采用直接法和間接法，推求勤得利、撫遠(yuǎn)水位站的設(shè)計(jì)洪水位。直接法:采用單站水位頻率計(jì)算法，直接推求勤得利、撫遠(yuǎn)水位站的設(shè)計(jì)洪水位;間接法:采用單站流量頻率曲線法，先推求單站設(shè)計(jì)洪峰流量后，查單站水位流量關(guān)系曲線，間接查得勤得利、撫遠(yuǎn)水位站的設(shè)計(jì)洪水位。

兩種方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水位成果，經(jīng)合理性檢查和綜合分析后，推薦較安全、可靠的間接法成果作為采用成果。

7 設(shè)計(jì)洪水成果比較

從表1中可以看出，勤得利水位站P=1%設(shè)計(jì)洪水位原成果與本次采用成果相差1.31 m，P=2%設(shè)計(jì)洪水位原成果與本次采用成果相差1.17 m，P=5%設(shè)計(jì)洪水位原成果與本次采用成果相差1.02 m。撫遠(yuǎn)水位站P=1%設(shè)計(jì)洪水位原成果與本次采用成果相差1.08 m，P=2%設(shè)計(jì)洪水位原成果與本次采用成果相差1.04 m，P=5%設(shè)計(jì)洪水位原成果與本次采用成果相差0.87 m。

勤得利水位站P=1%設(shè)計(jì)洪水位原成果49.71 m，相當(dāng)于 P=10%設(shè)計(jì)洪水位本次成果49.74 m;撫遠(yuǎn)水位站P=1%設(shè)計(jì)洪水位原成果42.87 m，介于P=10% ～5%設(shè)計(jì)洪水位本次成果42.71～43.14 m，相當(dāng)于本次的P=8%設(shè)計(jì)洪水位。黑龍江干流設(shè)計(jì)洪水位成果比較見(jiàn)表1。

表1 黑龍江干流設(shè)計(jì)洪水位成果比較表m

［1］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江干流國(guó)境界河國(guó)土防護(hù)工程可行性研究［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2001.

［2］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江干流黑河市以下超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)對(duì)預(yù)案［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2013.