高延雄

（河北省廊坊水文水資源勘測局，河北 廊坊 065000）

1 暴雨

1.1 暴雨成因

1.1.1 水汽充足

2012年7月21 日，北方南下的冷空氣和強(qiáng)盛的西南暖濕氣流在華北一帶劇烈交匯，北運(yùn)河土門樓以上流域發(fā)生了20年一遇暴雨洪水過程，洪水流量接近河道的設(shè)計(jì)過水能力。此次降雨前，空氣中水汽含量非常大，洪水具有暴雨強(qiáng)度大、總量大、歷時(shí)短、洪水峰高量小等特點(diǎn)。當(dāng)日14時(shí)，北運(yùn)河流域北京地區(qū)上空空氣濕度達(dá)90%，到20時(shí)達(dá)到飽和。并且，北京以南的水汽仍源源不斷地輸入，為降雨?duì)I造了良好的水汽條件。

1.1.2 有利地形

北運(yùn)河流域地處燕山余脈及山前平原區(qū)，北京西部、北部環(huán)山的特殊地形，可以使被“堵截”的氣流產(chǎn)生抬升。此次降雨過程中，這種特殊的抬升地形使東移南下的冷空氣和強(qiáng)盛的西南暖濕氣流在此劇烈交匯，水汽產(chǎn)生強(qiáng)烈上升運(yùn)動，對流云團(tuán)集聚發(fā)展。此外，北京東部當(dāng)時(shí)還存在一個(gè)高壓天氣系統(tǒng)，阻礙北京降雨東移，使降雨持續(xù)時(shí)間加長。

1.1.3 熱島效應(yīng)

北運(yùn)河流域大部分在北京市，其熱島效應(yīng)不可忽視。在此次降雨過程中，正是由于地面熱力大，產(chǎn)生對流運(yùn)動，使得云系不斷地新生和發(fā)展，加大了降雨強(qiáng)度。

1.2 暴雨的時(shí)空分布

2012年7月21 日，北運(yùn)河流域普降大暴雨到特大暴雨，流域平均降雨量178mm，北京市區(qū)平均降雨量200mm，廊坊市城區(qū)平均降雨量242mm，其總量和強(qiáng)度之大，均為建國以來所罕見。

1.2.1 空間分布

本次降雨空間分布不均，有廊坊城區(qū)、北京城區(qū)兩個(gè)暴雨中心。廊坊暴雨中心最大點(diǎn)降雨量277mm，北京城區(qū)暴雨中心最大點(diǎn)降雨量249mm。本次降雨量由兩個(gè)暴雨中心向外呈遞減趨勢，由北向南具體分布為：北部昌平地區(qū)一般降雨量120～180mm，北京城區(qū)一般降雨量180～250mm，廊坊城區(qū)一般降雨量為200～280mm，在流域的東部通州、順義一帶一般降雨量180～220mm，其他地區(qū)一般降雨量120～180mm。

1.2.2 時(shí)程分布

本次降雨持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度大。降雨從7月21日上午9時(shí)起，開始僅在流域上游西北部地區(qū)有小陣雨，至中午12時(shí)，北京城區(qū)開始出現(xiàn)降雨，至15時(shí)，全流域開始降雨，暴雨走向基本為西北向東南方向。上游昌平地區(qū)的主要降雨時(shí)段為21日14～18時(shí)，中部北京城區(qū)及通州地區(qū)的主要降雨時(shí)段為21日18～22時(shí)，下游廊坊地區(qū)的主要降雨時(shí)段集中在21日20時(shí)～22日2時(shí)。

本次降雨過程從21日9時(shí)～22日6時(shí)結(jié)束，歷時(shí)21h，其中主要降雨時(shí)段集中在21日14時(shí)～22日2時(shí)，主要降雨歷時(shí)12h，各站點(diǎn)12h降雨量占本次降雨量的比例為90%～100%。

1.3 暴雨重現(xiàn)期分析

2012年7月暴雨中心代表站短歷時(shí)降雨量重現(xiàn)期分析成果如表1。暴雨頻率分析選取1，6，24h三個(gè)時(shí)段，得出北運(yùn)河流域各雨量站暴雨過程各歷時(shí)暴雨重現(xiàn)期。最大1h暴雨量重現(xiàn)期一般為10年或低于10年，最大為20年（香河縣淑陽鎮(zhèn)和吳村閘）；最大6h暴雨重現(xiàn)期一般為10年，廊坊市區(qū)各站為50～100年，最大重現(xiàn)期為200年（北史家務(wù)站）；最大24h暴雨重現(xiàn)期一般為10年或低于10年，廊坊市區(qū)各站為20～50年，最大重現(xiàn)期為50年（北史家務(wù)站）。

表1 北運(yùn)河2012年7月暴雨中心代表站短歷時(shí)降雨量重現(xiàn)期分析成果

2 洪水

2.1 洪水組成

北運(yùn)河發(fā)源于北京市昌平區(qū)，流經(jīng)北京市、河北省、天津市，沿河右岸有通惠河、涼水河、鳳港減河、鳳河、老龍河等支流匯入，左岸有運(yùn)潮減河、牛牧屯引河、青龍灣減河等河道與潮白河相通。此次北運(yùn)河洪水主要來自上游支流及干流右側(cè)支流。具體組成為：溫榆河、通惠河、涼水河、鳳港減河等洪水。其中，溫榆河和通惠河洪水由通州北關(guān)攔河閘和分洪閘控制（攔河閘洪水下泄至北運(yùn)河，分洪閘洪水下泄至潮白河）。根據(jù)報(bào)汛資料，北關(guān)攔河閘最高水位19.79m，最大洪峰流量1200m3/s。由于暴雨中心位于北京市區(qū)，所以，北運(yùn)河洪水的主要組成部分來自通惠河。另外，涼水河張家灣站最高水位19.22m，洪峰流量555m3/s。根據(jù)洪水預(yù)報(bào)方案推求，鳳港減河軍屯站洪峰流量142m3/s。

2.2 洪水過程

北運(yùn)河發(fā)源于北京市昌平區(qū)，流經(jīng)北京市、河北省、天津市，有北關(guān)閘樞紐和土門樓樞紐兩個(gè)國家基本水文站。

2.2.1 北關(guān)攔河閘

北運(yùn)河北關(guān)攔河閘7月21日17時(shí)50分開始漲水，21日18時(shí)30分閘門7孔提0.5m，泄量170m3/s，20時(shí)閘門7孔提1m，泄量加大到230m3/s，至22日1時(shí)閘門7孔提出水面，最大泄洪流量1200m3/s。此后洪水回落，至22日6時(shí)，攔河閘7孔提3m，泄量500m3/s，11時(shí)7孔提2m，泄量200m3/s，14時(shí)7孔提1m，泄量140m3/s，23日零時(shí)北關(guān)閘閉閘。北關(guān)攔河閘洪水流量過程線如圖1。

圖1 北關(guān)攔河閘洪水流量過程線

2.2.2 土門樓樞紐

北運(yùn)河土門樓站7月21日22時(shí)開始漲水，木廠節(jié)制閘閘上水位9.46m，流量23.9m3/s，7月21日23時(shí)北運(yùn)河木廠節(jié)制閘全閉。青龍灣減河土門樓泄洪閘7月21日19時(shí)25分，10孔閘門提0.2m，21時(shí)20分該閘10孔全提開始泄洪，此時(shí)閘上水位9.43m，流量350m3/s，到7月22日10時(shí)出現(xiàn)洪峰流量1090m3/s，閘上最高水位12.07m，洪峰持續(xù)時(shí)間3h。為了減輕青龍灣減河行洪壓力，7月22日8時(shí)50分北運(yùn)河木廠節(jié)制閘提閘泄洪，至7月22日16時(shí)出現(xiàn)最大流量148m3/s，22日21時(shí)閘門全閉。綜合分析，7月22日12時(shí)北運(yùn)河出現(xiàn)最大合成流量1280m3/s。青龍灣減河土門樓站洪水流量過程線如圖2。

圖2 青龍灣減河土門樓站洪水流量過程線

2.3 洪水分析

2.3.1 洪水指標(biāo)

經(jīng)過分析北關(guān)閘、涼水河及土門樓等站洪水資料，得出各站洪水指標(biāo)，如表2。通過對比可以看出，涼水河榆林莊站徑流系數(shù)和洪峰模數(shù)均明顯大于其他各站，北運(yùn)河土門樓站洪峰模數(shù)最低。

表2 北運(yùn)河土門樓站以上洪水指標(biāo)分析

涼水河是北京的主要瀝水通道，北京市城區(qū)面積大，地面硬化率高，造成降雨產(chǎn)流量大、匯流時(shí)間短，所以其徑流系數(shù)和洪峰模數(shù)明顯偏大。土門樓水文站位于流域下端，其洪峰流量未包含運(yùn)潮減河分出去的流量，所以洪峰模數(shù)偏小。

2.3.2 土門樓站洪水重現(xiàn)期

土門樓站有完整的水文資料，通過對土門樓站系列流量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出北運(yùn)河土門樓站洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

根據(jù)以上分析，北運(yùn)河2012年暴雨重現(xiàn)期多為10年一遇，而暴雨產(chǎn)生的洪水重現(xiàn)期為20年一遇。重現(xiàn)期不一致的主要原因與北京市城區(qū)面積不斷擴(kuò)大、流域下墊面不透水面積不斷增加有很大關(guān)系。城市不透水面積的增加，直接導(dǎo)致降雨入滲和地面截留減少，降雨產(chǎn)流系數(shù)加大，匯流時(shí)間縮短，易形成峰高量小型洪水。

3 與“94·7”洪水比較

1994年7月13 日，北運(yùn)河水系發(fā)生較大洪水，其洪水規(guī)模與2012年洪水規(guī)模相當(dāng)。為了分析北運(yùn)河洪水變化規(guī)律，繪制了兩場洪水過程線如圖3～圖4，并分析了洪水參數(shù)如表3。通過對兩場洪水過程線及參數(shù)計(jì)算結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)兩次洪水的洪峰相當(dāng)，青龍灣減河“94·7”洪峰流量1010m3/s，2012年洪峰流量1090m3/s，但亦有不同之處。主要表現(xiàn)為：①“94·7”洪水水位高。青龍灣減河土門樓站 “94·7” 最高水位12.70m，2012年最高水位12.17m，兩者相差0.53m；②“94·7”洪水持續(xù)時(shí)間長，洪水總量大，洪水過程線呈寬胖型；2012年洪水持續(xù)時(shí)間短洪水總量小，洪水過程呈窄瘦型；③2012年洪水的徑流系數(shù)和洪峰模數(shù)基本高于“94·7”洪水。

表3 北運(yùn)河2012年洪水與“94·7”洪水指標(biāo)對照

圖3 土門樓站“94·7”洪水流量過程線

圖4 土門樓站2012年洪水流量過程線

出現(xiàn)以上不同的主要原因：①流域下墊面不透水面積所占比例逐年增加，降雨入滲越來越少，造成流域特別是城市區(qū)域產(chǎn)匯流時(shí)間縮短，易形成窄瘦型洪峰；②2012年洪水的暴雨強(qiáng)度大時(shí)間短，且暴雨中心位于流域中部的北京市區(qū)，使洪水呈現(xiàn)峰高量小的特征；③北運(yùn)河香河下段、青龍灣減河進(jìn)行了清淤治理，提高了河道的行洪能力，降低了河道行洪水位。

通過以上分析，可以看出北運(yùn)河洪水特征出現(xiàn)了上游集水面積增加、暴雨洪水匯流時(shí)間短、強(qiáng)度大、峰高量小等新的變化。

4 結(jié)語

（1）由于2012年暴雨洪水呈現(xiàn)出的新特點(diǎn)，并且暴雨雷電對電力、供水、通信、交通均產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，從而在應(yīng)對2012年暴雨洪水中也暴露出水文裝備比較落后、防汛物資準(zhǔn)備不充分、應(yīng)對突發(fā)暴雨洪水能力亟待加強(qiáng)等問題。

（2）在今后的水文情報(bào)預(yù)報(bào)過程中，水文部門要充分認(rèn)識北運(yùn)河洪水變化的新規(guī)律，根據(jù)北運(yùn)河洪水特點(diǎn)完善防洪預(yù)案，提高水文現(xiàn)代化水平，搞好水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高抗擊特大暴雨洪水的意識，加強(qiáng)水文應(yīng)急測報(bào)能力建設(shè)、打造技術(shù)熟練、業(yè)務(wù)精湛的應(yīng)急監(jiān)測隊(duì)伍，提升快速預(yù)警預(yù)報(bào)能力，為北運(yùn)河防汛抗洪調(diào)度提供科學(xué)支撐。

［1］河北省水文水資源勘測局.河北省2012年暴雨洪水分析報(bào)告［R］.2013.

［2］耿俊華.廊坊市“7·21”暴雨洪水分析及建議［J］.中國水利，2013（S0）：91-94.

［3］齊兵.對廊坊市“7·21”暴雨的反思［J］.中國水利，2013（S0）：89-90.

［4］趙源媛.2012年遼寧省“8·04”暴雨洪水分析［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2013（2）：19-21.