文安洼蓄滯洪區(qū)洪水災(zāi)害鏈研究

文安洼蓄滯洪區(qū)洪水災(zāi)害鏈研究

0蓄滯洪區(qū)洪水洪水災(zāi)害是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。無(wú)論從總體上看，還是從本質(zhì)上，它都是人類(lèi)破壞的第一個(gè)。我國(guó)是洪澇災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家,為了保護(hù)重點(diǎn)地區(qū)和城市安全,在江河中下游開(kāi)辟蓄滯洪區(qū),分蓄超標(biāo)準(zhǔn)洪水,成為流域防洪體系的重要組成部分,防洪作用不可替代。蓄滯洪區(qū)通常是毗鄰河流或沿河兩岸地勢(shì)相對(duì)低洼平坦的地區(qū),這些地區(qū)歷史上通常是蓄滯洪水的天然場(chǎng)所。早在2000年以前,我國(guó)就有利用蓄滯洪區(qū)蓄納江河超量洪水的先例。這種從整體利益出發(fā),為保大局安全,犧牲局部、確保重點(diǎn)的抗御江河洪水的措施是必要的,也是行之有效的。我國(guó)多年江河防洪調(diào)度和抗洪斗爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)也證明,蓄滯洪區(qū)是防洪減災(zāi)體系的重要組成部分。由于我國(guó)江河洪峰高,洪量大,且豐枯變化大,以及為防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水和意外事件,蓄滯洪區(qū)在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍是我國(guó)江河防洪體系的重要組成部分。但是,由于多年沒(méi)有洪水,蓄滯洪區(qū)人口劇增,經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)生了巨大的變化,如果啟用蓄滯洪區(qū)將帶來(lái)一系列的防洪安全問(wèn)題,因此,有必要對(duì)蓄滯洪區(qū)洪水發(fā)生過(guò)程加以分析。洪水災(zāi)害受到不同地域、環(huán)境、氣候的變遷而呈現(xiàn)千差萬(wàn)別的格局和千變?nèi)f化的態(tài)勢(shì),但洪水災(zāi)害的形成總有一個(gè)逐漸演化的過(guò)程。本文旨在搞清洪水災(zāi)害演化過(guò)程,確立洪水災(zāi)害鏈類(lèi)型,以期為防災(zāi)減災(zāi)提供判斷依據(jù)。1文安洼蓄洪區(qū)周?chē)档奶卣鞣治?.1津保公路公路文安洼蓄滯洪區(qū)有史以來(lái)就是天津市、河北省防洪工程體系中不可缺少的重要組成部分,它對(duì)天津市和河北省防洪起到重要的作用。文安洼位于大清河下游,東淀右側(cè),白洋淀東南,承接清南地區(qū)瀝水和大清河分洪洪水,它西接自然高地,北靠千里堤,東倚子牙河左堤,南以津保公路為界。文安洼蓄滯洪區(qū)在設(shè)計(jì)水位8.0m時(shí),相應(yīng)滯洪量33.78億m3,淹沒(méi)面積1742km2。文安洼涉及河北、天津兩省市,河北省轄區(qū)內(nèi)現(xiàn)有56.87萬(wàn)人,耕地8.2萬(wàn)hm2,房間80.2萬(wàn)間。文安洼蓄滯洪區(qū)啟用標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。文安洼蓄滯洪區(qū)在歷史上得到多次運(yùn)用,1939年大洪水期間,東淀、文安洼、賈口洼同時(shí)啟用;建國(guó)后,文安洼在1956年、1963年啟用過(guò)2次,特別是1963年,東淀、文安洼、賈口洼3洼聯(lián)合運(yùn)用時(shí),滯洪量為45.51億m3,對(duì)保衛(wèi)天津市和津浦鐵路的安全起到了極為重要的作用。大清河向文安洼分洪運(yùn)用原則為:當(dāng)東淀第6埠水位為8.0m,同時(shí)白洋淀十方院水位達(dá)到10.5m且繼續(xù)上漲時(shí),拔開(kāi)灘里附近口門(mén)向文安洼分洪或利用王村閘向文安洼分洪;當(dāng)白洋淀水位超過(guò)11.5m時(shí),運(yùn)用小關(guān)口門(mén)向文安洼分洪。1.2白堊系中平行狀分布大清河為海河西支,是上游五大支流中最短的干流。其上源北支由源于淶源縣境的北拒馬河和源于白石山的南拒馬河組成;南支由漕河、唐河、大沙河和磁河等10余支流組成,均源于太行山東麓并匯入白洋淀,出淀后始名大清河,至獨(dú)流鎮(zhèn)與子牙河匯合,經(jīng)西河閘至天津入海河,全長(zhǎng)448km,流域面積3.96萬(wàn)km2。文安洼位于大清河下游,處于平原區(qū),其上游來(lái)水均來(lái)源于太行山區(qū),海拔高程一般在100m以上,最高峰為阜平縣歪頭山,海拔2286m。暴雨又多集中于太行山迎風(fēng)坡,山區(qū)下墊面上溪流縱坡大,南拒馬河、北拒馬河、白溝河、沙河、潴龍河等上游河道坡降大,一般在1/200～1/800。由于坡度較陡,河系發(fā)育樹(shù)枝狀不明顯,而平行狀占優(yōu)勢(shì)。從圖1可以看出,大部分河系都成平行狀分布。因此,河道上游各支流源短流急,洪水來(lái)勢(shì)迅猛,暴雨之后1～2h河道即產(chǎn)生洪水。2支干流域鏈方面災(zāi)害鏈?zhǔn)菫?zāi)害學(xué)中的一個(gè)重要概念,是一種災(zāi)害啟動(dòng)另一種災(zāi)害的現(xiàn)象,在自然界和人類(lèi)社會(huì)中普遍存在。災(zāi)害鏈?zhǔn)怯蓛煞N或多種災(zāi)害因果關(guān)系或同源關(guān)系而形成接續(xù)發(fā)生或同步發(fā)生的序列。前一個(gè)災(zāi)害可為后繼重大災(zāi)害的發(fā)生提供關(guān)鍵信息,后繼災(zāi)害的巨大殺傷力有時(shí)可能超過(guò)前災(zāi)。根據(jù)文安洼周邊水系分析可知,暴雨多集中于上游太行山迎風(fēng)坡,且干流較短,坡度較陡,洪水匯流時(shí)間較短,易產(chǎn)生暴雨→洪水→分洪、潰堤→洪澇致災(zāi)因子鏈,即雨-洪災(zāi)害鏈。河源作為災(zāi)害鏈之始,河口作為鏈之終。從因果角度看,暴雨災(zāi)環(huán)是洪水災(zāi)環(huán)的啟動(dòng)原因(或原因之一),而洪水災(zāi)環(huán)是暴雨災(zāi)環(huán)的作用結(jié)果。從圖1可以看出,文安洼基本處于鏈的下端,承接上游來(lái)水,以及周邊白洋淀和東淀分洪,因此,從洪水蔓延角度看,其災(zāi)害鏈又屬于支干流域?yàn)?zāi)害鏈和蔓延侵蝕災(zāi)害鏈耦合形式。大清河南支水系通過(guò)支干流鏈將洪水匯聚到蓄滯洪區(qū)內(nèi),造成洪澇災(zāi)害,屬于支干流域鏈;同時(shí)蓄滯洪區(qū)周邊的東淀、白洋淀超過(guò)警戒水位時(shí),將向文安洼蓄滯洪區(qū)分洪,加劇蓄滯洪區(qū)的災(zāi)情,屬于正蔓延侵蝕鏈;而當(dāng)文安洼超過(guò)警戒水位后,將向賈口洼分洪,可有效降低文安洼蓄滯洪區(qū)的水位,屬于負(fù)蔓延侵蝕鏈。從因果角度看,支干流域鏈?zhǔn)锹忧治g鏈啟動(dòng)原因,當(dāng)支干流域鏈發(fā)展到一定程度,必然引起分洪,形成蔓延侵蝕鏈。其災(zāi)害鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。支干流域鏈?zhǔn)怯扇舾蓚€(gè)分支河流聚集成次一級(jí)干流,再由次級(jí)干流聚集成主干流,其鏈的量級(jí)態(tài)勢(shì)是逐級(jí)增大的,有著由小到大、由弱到強(qiáng)的發(fā)育趨勢(shì),其鏈的數(shù)量則隨著分支的聚集而相應(yīng)逐級(jí)減少,洪水通過(guò)支流不斷匯聚到干流,縱向上前“承”與后“傳”,其破壞能力隨著鏈的聚集而急劇增加。支干流域鏈的形成過(guò)程,也即分支河流洪水逐級(jí)匯合的災(zāi)變過(guò)程,洪水破壞力度與破壞作用不斷聚集與不斷發(fā)生的過(guò)程,孕災(zāi)環(huán)境逐漸形成,這是該鏈的顯著特征。蔓延侵蝕鏈?zhǔn)菑囊稽c(diǎn)或一個(gè)層面出發(fā)向周?chē)蛏畈恐饾u延伸的鏈?zhǔn)疥P(guān)系,防洪堤潰口分洪屬于典型的蔓延侵蝕鏈,洪水從分洪口向蓄滯洪區(qū)周?chē)饾u延伸,災(zāi)害鏈與鏈之間、環(huán)與環(huán)之間呈時(shí)空連續(xù)分布,形成相互滲透和相互影響的整體,而發(fā)散于迸發(fā)的蓄滯洪區(qū)空間,造成蓄滯洪區(qū)的洪水災(zāi)害。圖2中,A1,A2,…,An為河源即災(zāi)害鏈之始,沿途匯集洪水,兩兩相匯,形成節(jié)點(diǎn)B1,B2,…,Bm。在這些節(jié)點(diǎn)中存在一些人工河溝通相近的兩條河流,如圖中B1→B2人工河道,節(jié)點(diǎn)B1,B2,…,Bm又兩兩相匯,形成節(jié)點(diǎn)C1,C2,…,CL,最終匯集到節(jié)點(diǎn)D(→屬于匯合階段)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)D匯集的洪水致災(zāi)能量為E,節(jié)點(diǎn)D處的抗災(zāi)能力為R,則致災(zāi)因子的有效破壞力F為當(dāng)F≥0時(shí),洪水致災(zāi)能量超過(guò)抗災(zāi)能力,即節(jié)點(diǎn)D控制水位超過(guò)警戒水位。如當(dāng)白洋淀水位超過(guò)10.5m時(shí),拔開(kāi)灘里附近口門(mén)向文安洼分洪或利用王村閘向文安洼分洪,此時(shí)支干流域鏈聚集的破壞力度足以破壞防洪大堤,易造成大堤決口。為了減輕下游防洪壓力,開(kāi)始向蓄滯洪區(qū)分洪,洪水從分洪口向蓄滯洪區(qū)蔓延,造成蓄滯洪區(qū)災(zāi)害迸發(fā)。3洪水特征及災(zāi)害周期大清河流域建國(guó)后大范圍毀滅性罕見(jiàn)洪水發(fā)生了3次,即1956年、1963年和1996年,較大洪水主要發(fā)生在1958年、1959年和1964年等。本文以阜平子流域作為大清河典型區(qū)域分析洪水發(fā)生規(guī)律。阜平流域地處海河流域,流域面積為2210km2,多年平均降水量500～600mm,降水量80%以上集中在汛期。暴雨時(shí)間集中,強(qiáng)度大,突發(fā)性強(qiáng),變差系數(shù)大,且年際間變化懸殊,防洪問(wèn)題極為突出。該流域歷史上一直是水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生的地區(qū)。阜平流域1956—2005年洪水統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖3,其中重現(xiàn)期大于5a一遇的洪水包括1956年、1958年、1959年、1963年、1964年、1967年、1973年、1978年、1979年、1988年和1996年。可以看出,阜平流域洪水與整個(gè)大清河流域洪水災(zāi)害具有一致性。根據(jù)文獻(xiàn),按照諧波周期法分析,發(fā)現(xiàn)流域洪水災(zāi)害發(fā)生具有明顯的周期性,長(zhǎng)周期(主周期)均為10a左右,短周期為3a左右。在洪水時(shí)間進(jìn)程上經(jīng)歷平靜期、過(guò)渡期和活躍期3個(gè)階段。1956—1964年處于爆發(fā)期,平均洪峰流量為1237m3/s,期間發(fā)生1956年和1963年2次大范圍罕見(jiàn)洪水,文安洼蓄滯洪區(qū)2次啟用;從1965—1979年進(jìn)入過(guò)渡期,平均洪峰流量為383m3/s,期間出現(xiàn)幾次較大洪水,但未發(fā)生罕見(jiàn)洪水;從1980—1993年為平靜期,平均洪峰流量為1233/s,期間只在1988年出現(xiàn)1次較大洪水;1994—1995年為m過(guò)渡期,1996年為爆發(fā)期,發(fā)生流域性罕見(jiàn)大洪水;從1997年至今為平靜期,未出現(xiàn)較大洪水,洪水量級(jí)都比較小,平均洪峰流量為102m3/s。而洪水災(zāi)害周期交替,周期長(zhǎng)短不一,一般的災(zāi)害周期較短,嚴(yán)重災(zāi)害周期稍長(zhǎng),但近20a來(lái),阜平流域洪水災(zāi)害成災(zāi)周期呈變長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。從圖3可以看出,阜平流域最近一次大洪水發(fā)生在1996年,至今已有14a。究其原因,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)洪水周期因子的影響不容忽視,即洪水周界環(huán)境對(duì)洪水的反作用影響。針對(duì)某一大洪水而言,其災(zāi)害發(fā)生發(fā)展過(guò)程可劃分為早、中、晚期3個(gè)階段,其過(guò)程是量變到質(zhì)變轉(zhuǎn)換的過(guò)程,當(dāng)量變達(dá)到一定量級(jí)時(shí),導(dǎo)致質(zhì)變,從而發(fā)生洪水災(zāi)害。洪災(zāi)的3個(gè)階段之間是相互關(guān)聯(lián)的,前者為后者的發(fā)展提供條件,早、中期相當(dāng)于一個(gè)量變過(guò)程,晚期則是一個(gè)質(zhì)變過(guò)程,洪水災(zāi)害過(guò)程階段劃分見(jiàn)表1。如1963年大洪水,暴雨過(guò)程絕大部分集中在8月2—8日(圖4)。暴雨中心從8月2日象河關(guān)逐漸向北移動(dòng),至8月7日暴雨中心位于大清河,司倉(cāng)站日降雨量達(dá)704mm。由于沿太行山自南向北的特大暴雨,源出太行山東側(cè)的各河流普遍暴發(fā)了山洪。山區(qū)水庫(kù)雖攔蓄了大量的洪水,但由于暴雨強(qiáng)度高,降雨量大,河道宣泄不及,各河上游在京廣鐵路以西即已漫溢。南起衛(wèi)河上游,北至大清河北支,同時(shí)漫過(guò)京廣鐵路的洪水流量多達(dá)7萬(wàn)m3/s。洪水漫過(guò)河堤,廣大平原平地行洪,盡成澤國(guó)。63·8洪水對(duì)文安洼造成了巨大的災(zāi)害。8月2—8日暴雨過(guò)程,尤其8月7日暴雨中心移至大清河,致使文安洼上游唐、府、漕、瀑、萍等各河大量洪水漫過(guò)京廣鐵路以后,連成一片流向白洋淀,白洋淀水位于8月9日下午開(kāi)始暴漲。這一期間為文安洼洪水災(zāi)害形成的早、中期,處于一個(gè)量變過(guò)程,其中7日之前為災(zāi)害的早期,處于災(zāi)害的孕育階段,災(zāi)害尚未形成破壞力;7日以后為災(zāi)害中期,處于災(zāi)害的潛存階段,破壞力已經(jīng)形成,一旦誘發(fā)條件具備,災(zāi)害立即發(fā)生;9日、10日先后運(yùn)用周?chē)莸硇顪樗?11月15時(shí)水位漲至11.31m。為保衛(wèi)千里堤安全,先后在小關(guān)、榕花樹(shù)向文安洼分洪,這一期間為文安洼洪水災(zāi)害的晚期,處于災(zāi)害的誘發(fā)階段,潛存的破壞力迅猛爆發(fā),災(zāi)害的破壞力強(qiáng)烈。文安洼水位自8月16日迅速上漲,8月31日到達(dá)8.63m,至9月末水位回落至6.93m。4建立災(zāi)前預(yù)警機(jī)制針對(duì)流域洪水災(zāi)害周期性的3個(gè)階段即平靜期、過(guò)渡期和活躍期發(fā)生的特點(diǎn),利用長(zhǎng)期洪水預(yù)報(bào)技術(shù)對(duì)洪水活躍期進(jìn)行預(yù)測(cè),建立災(zāi)前預(yù)警機(jī)制,為洪水災(zāi)害防御提供充足的回避和遷移的時(shí)機(jī)。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)不同洪水災(zāi)害鏈?zhǔn)诫A段,采用不同的措施。1降低上游洪水?dāng)U張對(duì)于雨洪災(zāi)害,從降雨開(kāi)始,洪水災(zāi)害處于孕育階段,災(zāi)害尚未形成破壞力,文安洼上游來(lái)水,屬于支干流域鏈,通過(guò)對(duì)上游山區(qū)各條河流上的水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)度,如關(guān)閉閘門(mén),減少下泄洪水,達(dá)到減輕下游防洪壓力,使入白洋淀洪水量級(jí)降低到1956年和1963年洪水量級(jí)以下,避免啟用文安洼蓄滯洪區(qū)。2減少洪水對(duì)蓄滯洪區(qū)造成的重大損失的措施對(duì)于破壞力大、來(lái)勢(shì)洶涌的大洪水,要阻止其發(fā)生幾乎是不可能的,因此要減少洪水對(duì)蓄滯洪區(qū)造成的重大損失,最好就是采取災(zāi)害防御。災(zāi)害防御的基本原則是以避讓為主,迅速組織災(zāi)民搬遷,制定轉(zhuǎn)移回避對(duì)策,盡力避免生命財(cái)產(chǎn)的傷亡和損失。3快速應(yīng)急管理洪水災(zāi)害爆發(fā),對(duì)文安洼蓄滯洪區(qū)將造成重大損失,為了減少損失,需啟動(dòng)快速應(yīng)急管理反應(yīng)機(jī)制,迅速開(kāi)展搶險(xiǎn)救災(zāi)工作。災(zāi)后盡快排除蓄滯洪區(qū)內(nèi)洪水,通過(guò)防洪工程聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度,降低文安洼蓄滯洪區(qū)水位,同時(shí)開(kāi)展洪水災(zāi)害損失評(píng)估工作,建立洪水災(zāi)害補(bǔ)償機(jī)制,短期內(nèi)完成重建家園任務(wù)。5流域洪水災(zāi)害發(fā)生的規(guī)律1)文安洼蓄滯洪區(qū)洪水災(zāi)害屬于暴雨→洪水→分洪、潰堤→洪澇致災(zāi)因子鏈,即雨-洪災(zāi)害鏈,河源為災(zāi)害鏈之始,河口為鏈之終。2)從洪水蔓延角度看,文安洼蓄滯洪區(qū)災(zāi)害鏈又屬于支干流域?yàn)?zāi)害鏈和蔓延侵蝕災(zāi)害鏈耦合形式。從因果角度看,支干流域鏈?zhǔn)锹忧治g鏈啟動(dòng)原因,當(dāng)