人類活動對洪水計算的影響分析

劉同僧

(河北省廊坊水文水資源勘測局，河北 廊坊065000)

受人類活動的影響，流域下墊面條件發生了較大變化，流域產匯流規律發生也一定程度的改變，要提高洪水預報精度，必須深入研究人類活動對本區域洪水產流、匯流的規律，提出符合本流域特性的計算模型。

1 人類活動對徑流的影響

1.1 水庫(含閘壩)攔蓄徑流的影響

水庫的攔蓄作用主要是改變水庫下游徑流的時空分布，對次洪水而言，還可能削減一次洪水的洪量。在中小洪水時，這種作用比較明顯;但當發生大洪水時，水庫的攔蓄作用如何，還不十分清楚。至少有兩個問題不能確定:一是大、中型水庫，因其防洪標準較高，垮壩的可能性較小，在防洪標準內大洪水發生時，大、中型水庫仍可起攔、滯洪水的作用，總的趨勢是通過水庫調度，達到削減水庫下游洪峰的目的;但當超標準洪水發生時，水庫為了保壩安全，往往敞泄，其后果很可能是人造洪峰，使下游形成比天然情況更大的洪水;二是小型水庫與閘壩，其防洪標準較低或很低，除在一定量級洪水下能起削峰作用外，往往會為了水庫自身安全而敞泄，更有甚者，小型水庫與閘壩失事的可能性較大，常會加大下游洪水。因此，在大洪水時，水庫究竟是減少下游洪水，還是加大下游洪水，需要作具體分析才能作出判斷。

1.2 引水、用水對河川徑流的影響

隨著社會經濟的發展，工農業用水、城市環境用水、生態用水、居民生活用水不斷增多，流域內與跨流域引水以及各類用水量都帶有許多不確定性，它們隨時隨地改變著河道的徑流量。例如，近些年海河流域中、下游河道大部分常年河干，除降水量減少外，沿河引蓄水也是很重要的原因。如果沿河的引蓄水都有詳細的觀測記錄，資料還原還是可以辦到的，問題在于除了大型和重要的引用水口有觀測記錄外，許多小的引用水口則失之管理，到底引走多少水是很難查清楚的，這給河川徑流量的計算帶來極大的困難。

1.3 地下水超采引起地下水位下降對地面產流的影響

大量抽取地下水引起地下水位下降，有的地方形成大范圍的漏斗，使土壤非飽和帶大幅度地增加，土壤蓄水容量隨之大增。有資料顯示，過去50～60 mm降雨就產流的地區，如今100～200 mm降雨也不見有地面徑流。降雨徑流關系的重大改變，給產流計算帶來很大困難;問題的難點還不僅僅在于資料范圍內如何確定降雨徑流關系，更在于大暴雨條件下降雨徑流關系的外延。因為，當發生長歷時大暴雨時，一部分雨量滲入土壤，補充了土壤缺水量，使地下水位迅速回升，后續雨水將可能更多地變為地面徑流。例如，海河流域在1996年8月就出現了這種情況。徑流系數經歷了由大變小，又由小變大的過程。這種變化與下墊面條件的變化有關，也同降雨的時空分布有關。海河流域20世紀50～60年代，還沒有大量抽取地下水，地下水位一般較高;而到80～90年代，因大規模開采地下水，才使地下水位大幅度下降，從而造成了流域產匯流規律發生較大變化。

1.4 城市化對流域下墊面的影響

隨著城市化進程的加快，城市土地利用方式發生了結構性的改變，如清除樹木、平整土地、路面硬化、建造房屋、公路建設等，大大增加了不透水面積，減少了雨水下滲，增大了下游河道洪水強度。另外，城市排水也增加了下游河道的洪峰。

2 人類活動對雨洪規律的影響

2.1 地面最大初滲發生變化

由于下墊面條件的變化，土壤吸水能力普遍增加，最大初滲值相應增大，山區下墊面變化稍弱些，最大初滲雖有所增大，但變化的幅度不是很大。

經分析研究，海河流域平原區下墊面變化較大，最大初滲由85 mm左右增至130 mm左右。例如大清河北支的大石河60年代的最大初滲在80 mm左右，1998年7月15日降雨量達110 mm，前期影響雨量相當于20 mm，大石河漫水河站沒有洪水發生，最大初滲在130 mm左右，增加了近40～50 mm。又如永定河官廳山峽50年代最大初滲在90 mm左右，1998年7月5日清水河青白口站降雨量108 mm，前期影響雨量25 mm，清水河白品站只有3m3/s的洪峰出現，7月5日降雨幾乎全部下滲，最大初滲為130 mm，增加近40 mm多。潮白河上游地區最大初滲也由原來的45 mm增加至80 mm左右。

平原低洼地區主要受地下水埋深的影響，地下水埋深越大，最大初滲也就越大。最大初滲有年內的變化。一般地下水埋深3～4m，最大初滲120 mm左右。2000年汛期8月9日大城降雨量110 mm，無地面積水，最大初滲120 mm左右。但降雨增加地下水埋深回升，最大初滲則變小。1977年文安洼的八里莊和高屯，地下水埋深由2.6m減小到0.75m，最大初滲值由110 mm減少到90 mm。

2.2 穩定入滲參數發生變化

穩定入滲率一般是穩定不變的，根據大量的資料分析，受人類活動影響，穩定入滲率也是變化的，一些地區有逐年增大的趨勢，特別是燕山南麓從60年代到90年代，普遍增大了1～2 mm/h。如永定河官廳山峽50年代穩定入滲率2～3 mm/h，到90年代穩定入滲率增加到4～5 mm/h。大清河南支50年代穩定入滲率3～4 mm/h，到90年代穩定入滲率增加到4～6 mm/h。

2.3 洪水傳播規律發生變化

海河流域平原河道常年干涸，由于長期過量開采地下水，使河道兩岸地下水位大幅下降，形成巨大的地下蓄水庫容。另外，由于灘地修建了大量的阻水建筑物與種植的高桿作物也嚴重阻礙灘地行洪。由此造成河道一旦行洪，洪水傳播時間加長，河槽滲漏損失率加大。例如:1996年8月大清河東淀泄洪，行洪時間由過去的36個小時增長為120 h。

3 現狀條件下暴雨洪水的分析計算

3.1 流域洪水計算

海河流域的暴雨地面分布有很強的不均勻性，地面產流也有較大差異，反映在洪水過程線上也有差異。洪水過程計算要針對暴雨不均勻性和產流地面差異提出合適的模式，計算成果才能可靠。

產流(凈雨)歷時不同，單位線不同。以永定河官廳山峽為例，2 h單位線峰型瘦，縱高大，一般為250m3/s，3 h單位線峰型稍胖，最大縱高較大，一般為220m3/s，6 h單位線峰型胖縱高低，一般為200m3/s。因此，要編制不同凈雨歷時的單位線多條，實際暴雨發生時，應選用產流歷時相似的線型進行計算，效果會更好。

暴雨中心不同，單位線型也不同。同樣的地理條件，暴雨中心在下游峰值大，而在上游則峰值小。有時由于地理條件不同，受其影響峰型也不同，山區坡度大，匯流快，峰尖瘦，平原地區坡度緩匯流慢，峰型胖。受以上兩種因素同時影響，則不同暴雨中心峰型不一樣，因此，要編制多種暴雨中心的單位線備用。

產流方式不同，單位線型也不同。蓄滿產流的線型胖，而超滲產流的線型尖瘦。對于超滲產流的線型，穩定入滲率大的線型尖瘦而穩定入滲率小的線型漸胖。

流域出口洪水過程的線型有時受人為因素的影響。突然提開閘門會增大峰值。如北運河1994年7月13日發生洪水，土門樓水文站出現洪峰流量1 054m3/s，此峰是上游攔河閘閉閘蓄水，洪水快到閘門頂突然提閘加大了洪峰的形成。根據北關閘放水資料分析，突提閘門加大了洪峰流量250m3/s。因此，如發生突提閘門情況要進行修正計算，將計算成果加上突提閘門增大的流量過程疊加為合理的計算成果。

3.2 河道洪水計算

海河流域中部地區河道匯流計算以往多用馬司京干法和分段連續流量演算法。30年的變化，使河道匯流計算出現了問題，計算成果誤差越來越大。主要問題有三個方面:一是河道輸水損失問題越來越大。如大清河南支的沙河，1988年的一次大洪水，新樂和橫山嶺到潴龍河北郭村下泄洪水9.56億m3，北郭村相應洪水4.48億m3，洪水的輸水損失在53%左右。1996年8月，上游新樂和橫山嶺下泄洪水4.54億m3，北郭村只有1.73億m3，損失量2.81億m3，洪水的輸水損失在61%;二是水利開發程度高的地區，河道蓄水建筑物很多，蓄水與洪水一起下泄，洪水總量增加20～50%，且破壞了原洪水的峰型;三是人為影響因素越來越多，1998年永定河山峽降雨量超過200 mm，產生洪水1000萬m3，最大洪峰流量160m3/s。由于北京市盧溝橋攔河閘蓄水和沿河引水，洪水沒有進入河北地界就消失了。

以上三種情況改變了以水量平衡為理論基礎的流量演算的基本條件，因而原來的預報方法已經不能較好的反映洪水的實際演變規律。因此，必須作修正計算。例如，永定河泛區在考慮河道損失的基礎上，利用利用分段連續流量演算的方法，通過對 1956、1958、1963、1979年洪水演算，泛區出口流量過程與實測比較精度較高;北運河上游，建有葦溝等三個翻板閘，日常為自動使用，具有一定的水頭，自動翻板泄流。小水時不翻板，起到蓄水作用，水泄不下去，只有具備翻板條件時才翻板。翻板造峰和提閘造峰一樣，形成與原洪水峰不同的變形峰。有時早期蓄水還影響洪量。用一般的河道流量演算方法反映不出翻板造峰的規律。解決此類問題，一般將閘上河道作為蓄水區考慮，進行調節演算計算到水位超過翻板水頭時判斷為翻板，不到翻板水頭則不翻板，下游無水;北運河北關閘至土門樓閘區間閘壩林立，經常蓄水2000～3000萬m3，遭遇暴雨突提閘門加大洪峰流量，遇到此情況，將分析計算的突提閘門過程線與河道匯流計算過程相疊加為修正計算過程，多年來，計算成果較好。

實踐證明，暴雨徑流參數為變數，產流方式超滲和蓄滿在一定條件下相互轉換，單位線型復雜多變等問題，是客觀存在的特性。因此，研究具有本流域特點的洪水規律，是提高洪水預報水平的關鍵。

4 結論

受人類活動的影響，流域下墊面條件發生了較大變化，流域產匯流規律也發生一定程度的改變，要提高洪水預報水平，必須深入研究人類活動對本區域洪水產流、匯流的規律的影響，校正本流域產匯流參數，提出符合本流域特性的計算方法。

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