书城教材教辅洪水防范与自救
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第6章 认识洪水(6)

暴雨洪水的特点决定于暴雨,也受流域下垫面条件的影响。暴雨洪水一般有如下特点:

(1)涨落较快。暴雨洪水一般涨落较快,起伏较大,具有很大破坏力,尤其是特大暴雨形成的洪水常可造成严重的洪涝灾害,导致巨大的经济损失,人员伤亡以及对生态环境的破坏。其中较为典型的如1963年8月海河流域发生的特大暴雨,暴雨中心河北省内丘县獐么站7天降雨量达2050毫米,为我国大陆7天雨量最大记录,海河南系大清河、子牙河、南运河发生海河流域有记录以来最大洪水,洪灾直接经济损失约60亿元。1975年8月淮河上游发生特大暴雨,暴雨中心河南省沁县林庄最大24小时雨量1060.3毫米,3天雨量1605.3毫米,强度之大,超过了我国大陆上历次实测暴雨记录,淮河支流洪汝河、沙颍河发生特大洪水,两座大型水库垮坝,下游7个县城遭到毁灭性灾害。1935年7月长江中游发生历时5天的特大暴雨,暴雨中心湖北省五峰3天雨量1076.7毫米,为长江流域目前历时降雨量最高纪录。长江中游南北两侧同时发生特大洪水,致使堤防大量溃决。死亡人口达14.2万。

(2)空间分布不均匀性。从我国标准面积(1000平方千米)最大流量地区分布图上可见各地最大洪峰流量的地域分布不均匀,差别悬殊。量级最低的西部青海、新疆部分地区每1000平方千米的最大流量不足100立方米/秒。量级最高的东部山区及沿海丘陵每1000平方千米最大流量可以达到8000立方米/秒,东西之差可达80倍。此外可从东北小兴安岭、吉林哈达岭向西延伸至阴山,经贺兰山直至四川康定、云南腾冲可以绘出一条每1000平方千米最大流量为1000立方米/秒的等值线,这条线的位置与年最大24小时点雨量均值50毫米等值线位置接近,此线以东为我国主要暴雨洪水频发区,以西基本为暴雨洪水少发区。

(3)季节变化明显。暴雨洪水具有明显的季节性。一般是夏秋季洪水频频发生,洪水峰高量大。冬季大多数地区很少发生洪水。发生洪水的季节称为汛期。我国汛期季节变化的一般趋势是随纬度增高而错后,汛期长度随纬度增高而缩短。全国汛期最长的为江南地区,历时长达5~6个月,华北地区汛期最短约1个月。南方的珠江流域与北方黄河上游、渭河、汉江上游、嘉陵江等河流都有明显双汛期,南方汛期分前汛期和后汛期,北方汛期分伏汛和秋汛。

江南丘陵地区、闽浙赣地区自3月下旬即开始进入汛期,是全国入汛最早的地区。4~6月华南出现前汛期,长江中下游出现梅雨,华南地区开始产生洪水,有时还可形成特大洪水。如1982年5月北江洪水,1994年6月西江北江洪水。江南梅雨期暴雨持续时间长,雨区分布广,容易造成大范围的洪涝灾害,如果与后期暴雨衔接,前后期洪水遭遇,则会形成特大洪水,如1954年和1998年长江中下游特大洪水。7月、8月两月为汛期全盛期,在此期间各地区洪水频频出现,七大流域特大洪水也都出现在这一季节。如1915年珠江特大洪水,1931年和1954年江淮特大洪水,1958年黄河特大洪水,1963年海河特大洪水,1988年辽东特大洪水,1998年松花江特大洪水。汛期结束最晚的是汉江、嘉陵江流域,迟至10月上旬。如1975年10月嘉陵江洪水,1983年10月和2003年10月的汉江洪水。

以上只是洪水季节变化的一般规律,而一些特大洪水,往往是天气异常情况下发生的,不仅洪水量级很大,洪水季节也会出现反常情况。例如长江宜昌站,大于60000立方米/秒大洪水,90%以上发生在7月上旬至8月中旬,而120多年实测系列中,最大的一次洪水发生在1896年9月。再如汉江安康大洪水,主要发生在7月(伏汛)和9月(秋汛),但历史上最大的洪水1583年洪水却发生在6月12日,而6月通常是该地区旱季,径流量最小。

(4)年际变化大。我国洪水年际变化比暴雨更大,最大洪峰流量与多年平均值的比较,在一定程度上可以反映出流量变化幅度,全国大中河流代表性河段统计资料表明,长江以南地区两者比值为2~3,较为稳定。淮河、黄河中游比值为4~8,海河流域、辽河流域最不稳定,比值为5~10,某些支流甚至更大,如海河流域漳河观台站两者比值达18.5,中小河流这种倍比数值有的还更大。对比河流历年最大和最小年洪峰流量的比值,可进一步看出洪水年际剧烈变化,北方河流比值一般大于南方河流,海河流域洪水年际变化尤为突出,流域内几条较大河流控制性大水库测站,历年最大和最小年洪峰流量比值为42~856,一些中小河流年际变化更大,如洺河的临洺关站1963年的洪峰流量为12300立方米/秒,而前一年即1962年最大洪峰流量仅为5.1立方米/秒,两者比值达2412。洪水年际变化不稳定,常遇洪水与稀遇洪水,量级悬殊,这给防洪减灾带来很大困难。

(5)具有准周期性。洪水的时间变化过程存在有周期性而又不重复的性质,一般称为准周期的性质,如每年的汛期和非汛期。每条河流都有汛期,但每年的入汛时间、汛期长短都是不同的,如江淮梅雨,季节性很强,一般年份为6月中下旬入梅,7月上中旬出梅,梅雨时间为20天左右。但各年梅雨期出现时间相差很大,梅雨开始时间早的为5月下旬(1896年),晚的要到7月上旬(1952年)。前后相差一个月左右,梅雨期平均为20多天,有些年份梅雨期只有三四天(2006年),长的可达40多天(1954年)。

通过长期观测,河流洪水一个时期频频发生,另一个时期则很少发生,这种高频期与低频期呈阶段性的交替变化,如海河流域1880~1899年20年间发生了13次灾害性洪水,1900~1949年50年间发生了10次灾害性洪水。20世纪50~60年代又进入洪水频发期,自1963年大洪水之后,海河流域又很少出现灾害性洪水,进入低发期。其他河流情况也相类似,只是持续时间有长短区别。

山洪泥石流型

山洪泥石流是指含有大量泥沙、黏土、砾石、岩石等固体物质与雨水、地表水、地下水混合后,使沟谷地带产生移动或流动,并向沟谷坡下缓慢滑动或位移的洪流。与其他洪灾相比,泥石流突然暴发时,来势异常凶猛,造成的水土流失历时较短,具有强大的破坏力,对山区工农业生产、水利、交通、通信等设施的危害更为严重,对人口密集的城镇和工矿区造成的危害更大。

山洪泥石流的发生除与地形和地质条件有关外,暴雨是诱发的重要因素。凡是山高坡陡,沟壑纵横,植被较差、土层薄,没有高大森林,也没有灌木丛林的山地,当遇有暴雨或大暴雨时,最容易发生泥石流。据福建南平地区调查,在容易发生泥石流的地形和地质条件下,24小时雨量达140毫米以上时,就有可能诱发泥石流。降水越强,出现泥石流的机会越多,灾害也越严重。当24小时雨量达300毫米以上时,会诱发形成较重和严重的泥石流。在相同暴雨条件下,坡面坡度越陡,表层物质越疏松,植被条件越差,则越容易形成山洪泥石流。

滑坡、崩塌体落入江河形成的巨大涌浪,会击毁对岸建筑设施和农田、道路,推翻或击沉水中船只,造成人身伤亡和经济损失。落入河流中的土石有时形成急流险滩,威胁过往船只、影响或中断航运。落入水库中的崩塌、滑坡体可产生巨大涌浪,翻越大坝冲向下游形成水害。有时,巨大的滑坡、崩塌还可引起轻微的地震(实际上是浅层地表发生的轻微震动,与地震有区别)。

我国的山洪泥石流主要分布在川滇山地、陇南山地、黄土高原南部、华北、西北山地等地区,此外在东北、华东、中南山地以及台湾、海南山地也有零星分布。

我国山洪泥石流灾害发生频繁,造成损失巨大。如1981年7月辽东半岛一次山洪泥石流造成664人死亡,铁路被冲毁,列车被颠覆。2002年6月陕西省佛坪、宁陕发生特大暴雨,形成山洪泥石流,致使173人死亡,226人失踪,1.66万间房屋毁坏,直接经济损失19.46亿元。

山洪泥石流特点为:

(1)突发性强,预测预防难度大。山丘区暴雨常具突发性,降雨强度大,且山丘区坡高谷深起伏大,导致河流产汇流快、流速大。从降雨至山洪灾害形成历时短,一般只有几个小时,甚至更短,很少达到或超过24小时,加上山丘区监测站网覆盖率低,给预测预防带来很大困难。

(2)成灾快,破坏性强。泥石流具有强大的冲毁破坏能力。一场大中型泥石流暴发时,其流过路径上的所有设施、农田都会被一扫而光。如1981年7月成昆铁路利子依达沟暴发山洪泥石流,其流速高达13.2米/秒,其中包含了大量的巨砾,直径8米以上者达数十块之多,泥石流冲毁铁路桥墩、桥面,使列车颠覆,300余人遇难。

(3)季节性强,频率高。山洪泥石流是在暴雨的作用下产生的,因此其发生与暴雨发生在时间上具有高度一致性。我国的暴雨和特大暴雨主要集中在5~9月,山洪泥石流也主要集中在5~9月,尤其是6~8月主汛期更是山洪泥石流的多发期。

冰凌洪水型

河流中因冰凌阻塞和河道内蓄冰、蓄水量的突然释放而产生的洪水,主要发生在西北、华北、东北地区。它是热力、动力、河道形态等因素综合作用下的结果。热力因素包括太阳辐射、气温、水温等,其中气温是热力因素中影响凌汛变化的集中表现。气温的高低是影响河道结冰、封冻、解冻开河的主要因素。动力因素包括流量、水位、流速等,其中流速大小直接影响结冰条件和冰凌的输移、下潜、卡塞等,水位的升降与开河形势关系比较密切。水位平稳使大部分冰凌就地消融,形成“文开河”形势;水位急剧上涨,能使水鼓冰裂,形成“武开河”形势。而水位与流速的变化取决于流量的变化,它们之间具有一定的关系,一般来说,流量大则流速大、水位高。河道形态包括河道的平面位置、走向及河道边界条件等,高纬度河流的气温低于低纬度的气温,由南向北流向的河流则易产生冰凌洪水,河道的弯曲度、缩窄、分叉、比降突变等对凌情都会有影响。此外,人类活动如在河道上修建水库、分蓄滞洪区、引水渠和控导工程等,这些都会改变河道流量分配过程及水温,从而影响冰凌洪水。按冰凌洪水的成因,冰凌洪水又可分为冰塞洪水、冰坝洪水和融冰洪水3种。

冰塞洪水一般发生在封冻期。河流封冻后由于冰盖下冰花、碎冰大量堆积形成冰塞,堵塞部分过水断面,致使上游河段水位壅高。当冰塞融解时,河道蓄水下泄,形成洪水过程。冰塞洪水常常淹没两岸滩区土地村庄,严重时可决溢堤防。如1982年1月黄河中游龙口至河曲河段发生大型冰塞,壅高水位超过历史最高水位2米多,给工农业造成严重损失。1961年冬黄河刘家峡至盐锅峡发生大型冰塞,冰塞体积约为4000万立方米,巨大冰塞造成严重壅水,刘家峡导流洞出口处水位接近千年一遇洪水位,壅水超过下游围堰顶6.4米,历时70多天,壅水淹没了施工工地、公路、桥梁。

冰坝洪水一般发生在开河期,大量流冰在河道内受阻,冰块上爬下插或挤压堆积,形成横跨断面的坝状冰体。冰坝严重堵塞过水断面,坝的上游水位显著升高,当冰坝突然破坏时,蓄冰和槽蓄水量迅速下泄,形成洪水向下游演进。冰坝的形成和破坏阶段常造成灾害,如黄河内蒙古河段,几乎年年都有程度不同的凌灾,黄河下游河段1855~1938年平均3年一次决口。松花江依兰至富锦河段1981年出现冰坝16处,冰坝高6~13米,江水猛涨,致使佳木斯、依兰、桦县被淹农田1万公顷。

融冰洪水,封冻河流主要因热力作用,冰盖逐渐融解,河槽蓄水缓慢下泄而形成的洪水,融冰洪水水势较为平稳,凌峰流量也较小。

冰凌洪水有以下两个特点:

(1)洪量小,水位高,且水位上涨快,变幅大。冬季河道基流主要靠上游地下径流汇集,开河时释放的槽蓄水量增量又有限,故形成的洪峰流量一般很小。但凌期由于水流冰和冰盖阻力的影响,使水位升高,尤其是形成冰塞冰坝后,过水断面严重受阻,上游水位迅速上涨,如内蒙古巴彦高勒河段,1993年12月6日封河时,由于附近河段产生严重冰塞,其水位高达1054.40米,超过千年一遇水位0.2米,致使堤防溃决,淹没面积约80平方千米。1955年黄河下游利津站凌峰冰量不到2000立方米/秒,而水位却比1958年伏汛最大流量10400立方米/秒(1949年以来最大洪水)相应水位还高出1.55米,造成五庄河段堤防溃决,17.7万人受灾,淹没耕地5.87万公顷,80人死亡。

(2)凌峰流量自上游向下游逐渐增大。封冻河流开河时通常是自上而下先后开通,槽蓄水量也是自上而下逐段释放,凌峰在演进过程中不断汇集水量,凌峰流量逐渐增大。以黄河上游宁蒙河段为例,凌峰流量多年平均值石嘴山站为815立方米/秒,巴彦高勒站为800立方米/秒,三湖河口站为1340立方米/秒,头道拐站为2210立方米/秒。

融雪洪水型

流域内积雪(冰)融化形成的洪水。在高山区雪线以上降雪,形成冰川和永久积雪以及雪线以下季节积雪,当气温回升至0℃以上时积雪融化,若遇大幅度升温,则大面积积雪迅速融化,可形成融雪洪水,若此时有降雨发生,则形成雨雪混合洪水。