海河“23·7”流域性特大洪水北京市拒馬河洪水調(diào)查分析與河道治理建議

唐 穎 劉冀宏 叢曉紅 張建濤 周 星

（1.北京市水務(wù)規(guī)劃研究院，北京 101117；2.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100048）

0 引 言

近年來極端天氣頻繁發(fā)生，造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。2012 年7 月21 日，北京市發(fā)生特大暴雨，最大降雨點(diǎn)位于房山區(qū)，引發(fā)了房山區(qū)10 余條中小河流漫堤、潰堤，橋梁沖垮，道路損毀，人員傷亡等重大事件，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。2021 年7 月17—23 日，河南省遭遇歷史罕見特大暴雨，降雨具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降雨范圍廣、累計(jì)雨量大、極端性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。2023 年7 月29 日至8 月2 日，京津冀地區(qū)遭遇歷史罕見特大暴雨，發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，特別是7月31 日北京門頭溝區(qū)、房山區(qū)，以及河北涿州市等太行山前的平原城市遭遇山洪內(nèi)澇疊加災(zāi)害，遭受重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[3-4]。本文通過調(diào)查北京市拒馬河“23·7”特大洪水（以下簡(jiǎn)稱“23·7”洪水）后的洪痕及水毀情況，研究分析洪水流量和洪災(zāi)特點(diǎn)，并提出拒馬河治理建議，以期為后續(xù)拒馬河整治提供參考。

1 基本情況

1.1 流域概況

拒馬河是海河流域大清河北支白溝河的主要支流，位于大清河流域的北部，太行山、燕山山脈銜接地帶，地理位置在東經(jīng)114°25'～115°40'，北緯39°10'～40°10'。拒馬河發(fā)源于河北淶源縣北部山區(qū)，在淶水縣都衙鄉(xiāng)附近進(jìn)入北京市房山區(qū)境內(nèi)，至張坊水文站出山后進(jìn)入平原，自西向東蜿蜒行駛，于鐵索崖下分為南北兩支。南支進(jìn)入河北淶水縣，稱南拒馬河；北支稱北拒馬河，流經(jīng)北京房山區(qū)張坊鎮(zhèn)、大石窩鎮(zhèn)，北拒馬河于鎮(zhèn)江營(yíng)橋下游又分為北支、中支、南支3個(gè)分支，分別出境后于河北省涿州市西北再次匯合成北拒馬河。河道自上而下建有紫荊關(guān)、都衙、大沙地、張坊4座水文站，至今無洪水控制性工程。拒馬河總流域面積10 154 km2，其中山區(qū)7 266 km2，平原2 888 km2，呈西北高東南低的地勢(shì)；拒馬河張坊水文站以上山區(qū)河道長(zhǎng)210 km，總流域面積4 810 km2，其中，北京市境內(nèi)山區(qū)河道長(zhǎng)41 km，流域面積364 km2。拒馬河水系流域圖見圖1。

圖1 拒馬河水系流域圖

1.2 河道基本情況

已對(duì)北京市境內(nèi)拒馬河山區(qū)河道10 年一遇洪水淹沒線范圍內(nèi)的違章建筑實(shí)施了拆除治理?，F(xiàn)狀大沙地水文站至張坊水文站段河道長(zhǎng)41 km，為天然河道，常年有水，兩岸谷壁峭立，河谷寬度一般為200～400 m，局部最寬處達(dá)500～700 m，西石門處河谷最窄僅120 m?，F(xiàn)狀河道斷面形式為復(fù)式，主河槽寬一般為60～150 m，最寬處達(dá)200 m，主槽深約5～8 m。河道兩岸現(xiàn)有村莊21 個(gè)，攔河壩26 座，橋梁29 座（含漫水橋12 座）。山區(qū)河道沿村臨河匯集多處旅游度假村，為著名的十渡旅游風(fēng)景區(qū)。

北京市境內(nèi)北拒馬河及其北、中、南3個(gè)分支平原河道已于2014 年按照10 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了綜合治理，堤頂高程為10 年一遇設(shè)計(jì)洪水位加超高1.0 m?，F(xiàn)狀平原段河道基本為復(fù)式斷面，局部為梯形，河道縱坡為0.002～0.003。其中，北拒馬河長(zhǎng)7.5 km，河道上口寬210～450 m；北拒馬河的北支河長(zhǎng)5.58 km，河道上口寬85～320 m；中支河長(zhǎng)3.04 km，河道上口寬170～340 m；南支河長(zhǎng)2.02 km，河道上口寬160～220 m。北拒馬河及其3 個(gè)分支現(xiàn)有跨河橋梁7座，兩岸村莊13個(gè)，堤頂巡河路長(zhǎng)36 km。

2“23·7”洪水調(diào)查

2023年7月29日20時(shí)開始至8月2日7時(shí)海河流域發(fā)生強(qiáng)將降雨過程，北京市平均降雨量331 mm，最大降雨點(diǎn)位于門頭溝清水鎮(zhèn)（1 014.5 mm）。大清河流域平均降雨量611 mm，暴雨中心位于房山區(qū)中部，房山區(qū)平均降雨量599 mm，最大降雨點(diǎn)位于霞云嶺（823.0 m）[5]。本場(chǎng)降雨時(shí)間長(zhǎng)達(dá)83 h，導(dǎo)致大清河、永定河發(fā)生流域性特大洪水，其中大清河發(fā)生1949年后的第2大洪水。

本次拒馬河“23·7”洪水調(diào)查分別對(duì)北京市境內(nèi)的拒馬河，北拒馬河及其北、中、南3個(gè)分支共計(jì)28處點(diǎn)位進(jìn)行洪痕調(diào)查與測(cè)量。其中，拒馬河洪痕調(diào)查與測(cè)量17處，北拒馬河洪痕調(diào)查與測(cè)量5 處，北拒馬河的北、中、南3 個(gè)分支河道洪痕調(diào)查與測(cè)量6處。

2.1 拒馬河洪水調(diào)查

“23·7”洪水導(dǎo)致拒馬河兩岸臨河房屋等設(shè)施被淹，淹沒水深1.7～4.8 m，淤泥深1.0 m 左右，河道內(nèi)的攔河壩被沖毀；跨河橋除五渡橋、龍安橋，漫水橋除九渡漫水橋和新新小鎮(zhèn)漫水橋外，其他橋梁均被沖斷；通信等基礎(chǔ)設(shè)施被沖毀，電力、通信中斷；張坊引水工程的勝天渠被沖斷，影響供水。

拒馬河洪水調(diào)查位置綜合考慮河段較平順，河床較穩(wěn)定，斷面較規(guī)整，洪痕明顯、易指認(rèn)的位置，選擇平峪村、北石門村、西河村、西莊村、十渡村、九渡村、八渡村、七渡村、六渡村、西關(guān)上村、穆家口村、穆家口村南、千河口村、千河口溝下、天安橋上、新新小鎮(zhèn)橋上、龍安橋上，共計(jì)17 處斷面進(jìn)行洪痕調(diào)查與測(cè)量。洪痕調(diào)查位置及實(shí)測(cè)高程見圖2。

圖2 拒馬河“23·7”洪水洪痕調(diào)查位置及實(shí)測(cè)高程示意圖

2.2 北拒馬河洪水調(diào)查

“23·7”洪水期間北拒馬河未發(fā)生漫溢，岸坡洪痕明顯。北拒馬河為拒馬河出山后的北支河道，地形地勢(shì)變化大，流速由急變緩，河道下切嚴(yán)重，洪水流勢(shì)不穩(wěn)且向左、右兩岸搖擺游蕩明顯，導(dǎo)致河道內(nèi)的跨河橋梁、橋墩、橋基淘刷嚴(yán)重，鎮(zhèn)江營(yíng)拒馬河吊橋被沖毀，河底巖石被沖出。此外，河道頂沖段的堤岸、坡腳損毀嚴(yán)重，如張坊大橋河道左岸長(zhǎng)約350 m的河灘地被沖沒，濕地等景觀設(shè)施被沖毀。王家磨村段河道右岸的河坡及坡腳護(hù)砌被淘刷沖毀，堤岸坍塌，堤頂巡河路中斷；特別是右岸濱河娛樂設(shè)施段，河道上口外約35 m的堤岸被沖沒，長(zhǎng)約400 m濱河景觀棧道被沖毀。

北拒馬河為平原河道，洪水調(diào)查位置綜合考慮河段平順，河床穩(wěn)定，洪痕明顯，控制條件較好的位置，選擇張坊大橋、河灘慢行路始端、河灘慢行路終端、鎮(zhèn)江營(yíng)橋上、鎮(zhèn)江營(yíng)橋下，共計(jì)5處斷面進(jìn)行洪痕調(diào)查與測(cè)量，洪痕調(diào)查位置及實(shí)測(cè)高程詳見圖2。

2.3 北拒馬河分支洪水調(diào)查

“23·7”洪水期間北拒馬河北支、南支河道未發(fā)生漫溢，岸坡洪痕明顯；北拒馬河中支河道在南水北調(diào)暗涵上游800 m處左岸頂沖段出現(xiàn)漫溢，漫溢范圍不大，地勢(shì)低處農(nóng)田設(shè)施被淹。北拒馬河鎮(zhèn)江營(yíng)橋下游至北拒馬河中支、北支分水口上游，以及北拒馬河南支白沙灘橋段的河道河底有大面積巖石露出，河道水流紊亂，岸坡淘刷嚴(yán)重；特別是南支與中支、北支合流的分水嘴處，以及中支、北支分水嘴處的堤岸沖刷較為嚴(yán)重，有坍塌。洪水調(diào)查時(shí)除北拒馬河北支外，其他河道及分支河流水流湍急，水位較高，看不清河底下切和橋梁墩臺(tái)等沖刷深度。北拒馬河北支的河南村漫水橋及上游吊橋被沖毀，北拒馬河中支南水北調(diào)暗涵損毀嚴(yán)重。

北拒馬河3個(gè)分支為平原河道，河流分水及河底高程情況復(fù)雜，洪水調(diào)查位置綜合考慮河岸穩(wěn)定，洪痕明顯，控制條件較好的位置，選擇北拒馬河南支、北拒馬河北中合支、北拒馬河北支、北拒馬河中支右岸、北拒馬河中支南水北調(diào)暗涵左岸上、北拒馬河中支南水北調(diào)暗涵左岸，共計(jì)6處斷面進(jìn)行洪痕調(diào)查與測(cè)量。洪痕調(diào)查位置及實(shí)測(cè)高程見圖2。

3“23·7”洪水分析

3.1 調(diào)查洪痕處流量計(jì)算

拒馬河平峪村至龍安橋段河道采用天然河道恒定流水面線計(jì)算方法核算17處調(diào)查洪痕的相應(yīng)洪水流量。北拒馬河及其北、中、南3個(gè)分支河道采用均勻流計(jì)算方法核算11處調(diào)查洪痕的相應(yīng)洪水流量。

3.1.1 計(jì)算方法

（1）恒定流水面線計(jì)算方法。根據(jù)山區(qū)河道實(shí)測(cè)洪痕水位，采用天然河道恒定流水面線計(jì)算方法，自下而上分別推算17處實(shí)測(cè)洪痕位置的洪水流量。計(jì)算公式如下：

式中：Z1和Z2分別為下斷面和上斷面的水位高程，m；分別為下斷面和上斷面的流速水頭，m；hf和hj分別為上下游斷面之間的沿程水頭損失和局部水頭損失，m。

最后，作業(yè)練習(xí)不科學(xué)。作為老師，課堂學(xué)習(xí)之后，我們總會(huì)布置一些作業(yè)用以鞏固練習(xí)，加深學(xué)生的印象。但是，很多老師總是批量地布置作業(yè)，生怕哪一點(diǎn)被忽略了。這種高負(fù)擔(dān)的作業(yè)量不僅不能幫助學(xué)生記憶，反而會(huì)讓他們喪失積極性和主動(dòng)性，為了完成作業(yè)而寫作業(yè)，學(xué)生就變成了應(yīng)付，這樣顯然是不能提升識(shí)字能力的。

（2）均勻流計(jì)算方法。采用均勻流計(jì)算公式，分別計(jì)算11處平原河道實(shí)測(cè)洪痕位置的洪水流量。計(jì)算公式如下：

式中：Q為設(shè)計(jì)流量，m3/s；A為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；C為謝才系數(shù)，m0.5/s；R為水力半徑，m；n為河床糙率系數(shù)；i為河底縱比降。

3.1.2 計(jì)算參數(shù)選用

考慮洪水過境后河道斷面有沖、淤變化，調(diào)查的洪痕水位與洪水過后的變形斷面不相對(duì)應(yīng)，故本次山區(qū)河道洪水流量復(fù)核計(jì)算采用拒馬河2014 年實(shí)測(cè)及2020 年修測(cè)的河道斷面資料；平原河道采用北拒馬河2017 年設(shè)計(jì)橫斷面，以及本次洪痕調(diào)查的概化河道斷面進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)河道現(xiàn)狀情況及本次洪水調(diào)查，各河段河道主槽和灘地分別選用單一糙率，其中，主槽糙率取值為0.04，灘地糙率取值0.07，兩岸有房屋等建筑物設(shè)施位置糙率取值0.10。根據(jù)洪水淹沒情況，調(diào)整河道內(nèi)橋梁、房屋等建筑物設(shè)施阻水比。

3.1.3 流量計(jì)算成果

表1 拒馬河“23·7”洪水洪痕實(shí)測(cè)高程及計(jì)算流量匯總表

3.2 流量合理性分析

南拒馬河上的落寶灘水文站在“23·7”特大洪水期間運(yùn)行正常，實(shí)測(cè)洪峰流量為1 700 m3/s（7 月31 日22 時(shí)）。本次以落寶灘水文站實(shí)測(cè)流量為基準(zhǔn)，對(duì)本次調(diào)查流量合理性進(jìn)行復(fù)核分析。

根據(jù)拒馬河洪水流量核算成果，取7 處相同流量成果為本次拒馬河“23·7”特大洪水核算洪峰流量（6 300 m3/s），減去落寶灘站南拒馬河洪峰流量后，得出北拒馬河洪水流量為4 600 m3/s。與本次北拒馬河洪痕調(diào)查水位核算的流量4 480 ～4 850 m3/s 相比差別不大；與本次北拒馬河南支、北中合支核算流量成果的合計(jì)值4 610 m3/s 相比基本一致。本次北拒馬河北中合支核算流量成果3 480 m3/s，與北拒馬河北支、中支洪水核算流量成果的合計(jì)值3 360～3 800 m3/s 相比差別不大。拒馬河河道蜿蜒曲折，坡陡流急，出山后進(jìn)入平原，河道流速減緩，流勢(shì)不穩(wěn)，形成多處分流河套?！?3·7”洪水流量較大，河道內(nèi)建筑物被淹沒且沖毀較多，使得河道泄洪情況更為復(fù)雜，因此，綜合考慮計(jì)算斷面、洪痕水位、糙率取值等參數(shù)可能存在一定誤差，對(duì)洪水流量計(jì)算成果會(huì)有一定影響。雖然本次調(diào)查洪痕的流量計(jì)算成果受一定條件的限制，但流量核算結(jié)果較好，故本次核算的拒馬河上、下游流量計(jì)算成果較為合理。

3.3 洪水頻率分析

2017 年水利部海河水利委員會(huì)組織編制的《大清河流域設(shè)計(jì)洪水復(fù)核報(bào)告》[6]曾對(duì)拒馬河張坊水文站設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行多次分析計(jì)算，其中，根據(jù)1951—1979 年實(shí)測(cè)系列及歷史調(diào)查洪水計(jì)算得到拒馬河張坊水文站10 年一遇、20 年一遇洪峰流量分別為4 600 m3/s 和7 200 m3/s；根據(jù)1951—1997 年實(shí)測(cè)系列及歷史調(diào)查洪水計(jì)算得到拒馬河張坊站10 年一遇、20 年一遇洪峰流量分別為3 790 m3/s 和6 450 m3/s；根據(jù)1951—2012 年實(shí)測(cè)系列及歷史調(diào)查洪水計(jì)算得出的拒馬河張坊站10 年一遇、20 年一遇洪峰流量分別為3 640 m3/s和6 300 m3/s。

根據(jù)《拒馬河（北京段）干流生態(tài)修復(fù)綜合治理規(guī)劃》[7]，拒馬河山區(qū)河道規(guī)劃10年一遇洪水流量為3 440～3 640 m3/s，相應(yīng)洪水位為106.78～214.13 m，規(guī)劃20 年一遇洪水流量為6 100～6 300 m3/s，相應(yīng)洪水位為108.68～216.87 m。對(duì)比分析“23·7”洪水山區(qū)河道洪痕調(diào)查水位109.03～186.5 m，“23·7”洪水期間拒馬河洪水流量相當(dāng)于20 年一遇洪水頻率。拒馬河山區(qū)“23·7”調(diào)查洪痕與規(guī)劃水位對(duì)比圖見圖3。

圖3 拒馬河山區(qū)“23·7”調(diào)查洪痕與規(guī)劃水位對(duì)比圖

4 河道治理建議

北京市境內(nèi)拒馬河干流、支流河道在2012年“7·21”洪水后，于2014年實(shí)施了綜合治理，治理標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。“23·7”洪水導(dǎo)致拒馬河發(fā)生了淹沒、沖毀等，造成巨大損失，同時(shí)暴露出河道行洪空間不足、水勢(shì)不順、建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低等嚴(yán)重問題，故河道治理在水空間管控、行洪疏導(dǎo)、防沖設(shè)計(jì)等方面仍需加強(qiáng)。

4.1 加強(qiáng)水生態(tài)空間管控

拒馬河河道兩岸谷壁峭立，河谷寬度200～400 m，發(fā)生規(guī)劃10 年一遇至20 年一遇洪水（洪峰流量3 640～6 300 m3/s）時(shí)，洪水將占據(jù)整個(gè)河谷，在兩山間行洪，故河道水空間較為狹窄，村莊等建筑物設(shè)施布局極為局促。

經(jīng)本次洪水調(diào)查分析，“23·7”洪水頻率相當(dāng)于20年一遇，除位于河兩岸地勢(shì)較高的高基礎(chǔ)建筑物不受洪水影響，沿河低地勢(shì)的房屋等建筑設(shè)施均被洪水淹沒、沖毀。建議拒馬河山區(qū)河道水域空間規(guī)劃遵循“人為水留出路，水為人留活路”的原則，“23·7”洪水“劃定”的淹沒線為依據(jù)進(jìn)行水空間規(guī)劃管控，確保河道留有足夠的行洪空間。針對(duì)沿溪傍河道路、跨河橋梁等重要基礎(chǔ)設(shè)施，盡量布設(shè)在河道行洪區(qū)外，跨河橋盡量加大跨越尺度，嚴(yán)格控制橋墩、橋臺(tái)、引路等建筑物阻水比，盡量少占用河道行洪斷面。

4.2 重視疏導(dǎo)治理和沖刷防護(hù)

2012 年“7·21”洪水及“23·7”洪水，均導(dǎo)致河底下切、堤岸坍塌、攔河壩沖毀、跨河橋沖斷等建筑物損毀，暴露出拒馬河嚴(yán)重的沖刷問題。

拒馬河山區(qū)河道為天然河道，河道治理以全面保護(hù)與恢復(fù)拒馬河山水生態(tài)系統(tǒng)為主，維持自然流勢(shì)。平原河道較為寬闊，“23·7”洪水基本在河道內(nèi)行洪，但洪水流勢(shì)不穩(wěn)、左右搖擺嚴(yán)重，導(dǎo)致河岸、坡腳被淘刷沖毀，堤岸坍塌、巡河路中斷。建議平原河道治理按照“遇彎截角、逢正抽心”的古訓(xùn)，因勢(shì)利導(dǎo)調(diào)整水勢(shì)，避免修建平底河槽，確保洪水流勢(shì)沿主流中心，防止洪水淘刷、破壞堤岸坡腳。

建議被沖毀的攔河壩、跨河橋、引水工程等必要的基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)格按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行恢復(fù)建設(shè)，特別注意沖刷深度的計(jì)算，重要建筑物可考慮提高標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)不滿足沖刷深度要求的建筑物，嚴(yán)格按照防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施工程補(bǔ)救措施，并且沿河道縱橫方向盡量充分考慮補(bǔ)救措施的防護(hù)范圍。

4.3 提高雨水情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力

“23·7”流域性特大洪水比2012 年的“7·21”洪水量級(jí)大，因有前車之鑒，拒馬河兩岸人員轉(zhuǎn)移、撤離及時(shí)，人員傷亡小，但淹沒損失較大?？紤]未能及時(shí)、精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水情，故人員撤離前不能及時(shí)將貴重物品轉(zhuǎn)移至不受淹的高地。特別是北京市境內(nèi)的大沙地水文站點(diǎn)及張坊水文站的基礎(chǔ)設(shè)施被洪水沖毀，無法及時(shí)、精準(zhǔn)地預(yù)報(bào)雨水情。因此，建議提高水文站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，加快加強(qiáng)拒馬河流域雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”構(gòu)建，提高防汛減災(zāi)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)與應(yīng)對(duì)能力。

5 結(jié) 語

本文通過對(duì)北京市境內(nèi)拒馬河及其分支河道的28 處典型點(diǎn)位進(jìn)行洪水調(diào)查，在深入分析、研究拒馬河道現(xiàn)狀、洪痕及洪災(zāi)特點(diǎn)等基礎(chǔ)上，計(jì)算拒馬河及其各分支河道的洪水流量。根據(jù)計(jì)算成果，拒馬河有7處實(shí)測(cè)洪痕水位對(duì)應(yīng)的洪峰流量為6 300 m3/s，經(jīng)與相關(guān)規(guī)劃成果對(duì)比分析，得到拒馬河“23·7”洪水流量相當(dāng)于20年一遇洪水頻率。根據(jù)水毀情況，分析得出拒馬河主要存在行洪空間不足、河道流勢(shì)不順、建筑物防沖標(biāo)準(zhǔn)不高的問題，提出加強(qiáng)拒馬河水生態(tài)空間管控、重視河道疏導(dǎo)治理、建筑物沖刷防護(hù)，以及提高雨水情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力等規(guī)劃治理建議，以期為后續(xù)拒馬河整治提供參考依據(jù)。