黑龍江中下游2013年特大洪水重現期分析

曹振宇，曹 越，吳明官

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

0 前言

2013年6月份以來至8月中旬，黑龍江干流、松花江流域持續降雨量較大，使黑龍江中下游發生了特大洪水，勤得利、撫遠水位站實測最高洪水位已超過了1897年歷史最高洪水位，估算的洪峰流量超過了1897年歷史最大的洪峰流量。2013年9月黑龍江中下游特大洪水的洪峰水位已超過了1897年歷史最高洪水位，使過去采用的由水位資料推算的設計洪水位成果明顯偏低，故黑龍江干流中下游地區現有的防洪工程和規劃設計的防洪工程設計洪水位已不安全，急需修正黑龍江干流的設計水面線成果。因此，省水院全面進行了黑龍江干流2013年洪水調查工作，并分析了黑龍江中下游特大洪水的重現期，以便應用于黑龍江干流防洪工程設計、建設與工程管理。

1 歷史洪水

黑龍江干流哈巴羅夫斯克水文站，1897年實測洪峰流量為41 200 m3/s，是1896年有水文資料以來的最大洪水，即迄今為止的最大實測洪水;該站1984年實測洪峰流量為32 900 m3/s，是1896年有水文資料以來的第11位較大洪水［1］。

2 實測洪水

2013年入汛以來，黑龍江中游地區持續降雨，防洪形勢十分危急。奇克水位站最高水位為112.65 m，已接近于1984年最高水位112.68 m，從歷史資料分析，1984年洪水頻率為50 a一遇左右。在布列亞河、松花江匯入后，黑龍江干流上的同江、勤得利和撫遠站實測最高洪水位已超過了歷史最高洪水位。

3 原設計洪水成果

迄今為止，黑龍江國境界河地區曾進行過《黑龍江國境界河國土防護工程規劃》、《黑龍江干流國境界河國土防護工程可行性研究》、《東北地區國境界河整治規劃》、《黑龍江中俄界河國土防護二期工程規劃》等多次規劃設計工作，根據以往規劃設計成果，經綜合分析后，為了盡量保持不同階段設計成果的連續性和安全起見，近期國土防護工程及防洪工程，均采用了《黑龍江干流國境界河國土防護工程可行性研究報告》中的單站設計洪水成果。

4 2013年特大洪水

6月份以來至8月中旬，黑龍江省降雨頻繁，強度大，范圍廣，總量多，雨區集中。

4.1 洪水概況

4.1.1 嫩江

進入6月份以來，受持續降雨影響，松花江流域發生了1998年以來最大洪水。8月12日8時—14時，嫩江上游尼爾基水庫壩址以上突降暴雨，阿彥淺站(內蒙古莫力達瓦旗)最大降雨量達102 mm，受暴雨影響，尼爾基水庫8月12日14時入庫洪峰流量達9 440 m3/s，發生了洪水頻率超過50 a一遇的大洪水，尼爾基水庫泄洪流量為5 300～5 500 m3/s。8月14日3時，嫩江干流同盟站洪峰水位170.40 m，超過警戒水位(169.60 m)0.80 m，相應流量8760 m3/s，故嫩江干流全線發生10～20 a一遇洪水。

4.1.2 第二松花江

受冷空氣影響，8月14—16日，松花江支流第二松花江流域降大到暴雨，局部降大暴雨，流域面平均雨量104 mm，最大點雨量吉林樺甸白山279 mm，第二松花江上游發生了超20 a一遇的大洪水，有10條支流發生了超警戒水位的洪水，其中:二道松花江及輝發河上游發生了超歷史實測記錄的大洪水。8月14日—17日，第二松花江豐滿水庫以上流域普降暴雨，受連續強降雨影響，第二松花江上游發生大洪水，16日豐滿水庫天然最大入庫流量達到17 600 m3/s。通過控制水庫的泄洪流量，白山水庫將入庫流量為9 270 m3/s的洪峰削減為4 000 m3/s，削峰率達57%;豐滿水庫將入庫流量為10 700 m3/s的洪峰削減為1 800 m3/s，削峰率達83%。

4.1.3 松花江干流

入汛以來，受持續降雨影響，嫩江上游和第二松花江上游發生大洪水，受其影響，松花江干流相繼發生了較大洪水。

松花江干流2013年各水文站實測洪峰流量為:哈爾濱站10 200 m3/s(8月 27日)、通河站12 200 m3/s(8月28日)、依蘭站13 770 m3/s(8月31日)、佳木斯站13 420 m3/s(8月31日)。

4.1.4 結雅河

受持續降雨影響，黑龍江干流發生大洪水，洪水主要來源于黑龍江上游干流和俄羅斯境內結雅河、布列亞河。7月下旬以來，俄羅斯境內的結雅河與布列亞河流域發生持續性強降雨。8月2日，結雅水庫最大入庫流量11 700 m3/s，俄方將出庫流量一直控制在3 500 m3/s，最大削峰率70%。8月17日庫水位突破防洪高水位，為確保大壩安全，俄方在入庫流量仍有7 500 m3/s的情況下，將出庫流量增加至4 500 m3/s。

4.1.5 布列亞河

8月16日，布列亞水庫最大入庫流量5 050 m3/s，俄方一直將出庫流量控制在1 000 m3/s左右，最大削峰率74%。8月17日，庫水位接近防洪高水位，俄方在入庫流量仍有4 860 m3/s的情況下，將出庫流量增加至3 090 m3/s。俄羅斯在其境內結雅河、布列亞河發生大洪水的情況下，全力運用水庫削峰攔洪，有效降低了黑龍江中下游洪水位和上漲速度，大大減輕了黑龍江干流防洪壓力。

4.1.6 黑龍江干流

黑龍江干流上的卡倫山水文站(中方)位于黑龍江與結雅河匯合口下游18.9 km，格羅臺科沃水文站(俄方)下游4.2 km處，控制斷面以上流域面積72.5萬km2，其中結雅河流域面積23.3萬km2，占卡倫山水文站以上流域面積的32%。

卡倫山水文站黑龍江干流設計洪峰流量，P=1%為32 800 m3/s、P=2%為30 000 m3/s、P=5%為26 100 m3/s、P=10%為23100 m3/s。2013年 8月16日—17日，卡倫山水文站報汛洪峰流量為25 600 m3/s，＞10 a一遇洪水，＜20 a一遇洪水。

4.2 泛濫洪水歸槽還原

在大江大河的堤防工程規劃設計工作中，尤其是平原性河流或河流中下游地區堤防工程設計及管理運用過程中，遇到泛濫洪水歸槽還原計算問題。

為了推求黑龍江干流中下游地區修建堤防后的設計洪水位，首先要做泛濫洪水的歸槽還原計算，由于泛濫洪水歸槽計算的工作量很大，所以本次只對設計洪水位起關鍵作用的1897年歷史特大洪水、1984年實測大洪水和2013年實測特大洪水進行分析泛濫洪水的歸槽流量。

本次主要采用分流曲線法和水位—量關系曲線法推求典型洪水的堤防修建前后的洪水位。分流曲線法:根據現有堤防潰口斷面的分流曲線，通過分析洪水泛濫面積及相應蓄洪量，推求勤得利、撫遠水位站洪水位及影響值;水位—流量關系曲線法:根據2013年黑龍江中下游特大洪水的估算流量和實測水位，通過分析勤得利、撫遠水位站的水位—流量關系曲線(現有堤防情況)，推求勤得利、撫遠水位站洪水位及影響值。

4.2.1 分流曲線

本次主要考慮黑龍江干流沿岸蘿北堤防、290農場堤防、同撫堤防西堤(又稱上段)和同撫堤防東堤(又稱下段)現有堤防潰堤情況下的分流曲線［2］。

4.2.2 水位流量關系曲線

黑龍江干流中國側水文站較少，本次主要以卡倫山站為參證站。在松花江匯入口前，只考慮遜別拉河和布列亞河匯入，莫力洪口以下斷面考慮松花江匯入，其他河流的流量相對較小，故本次暫忽略不計。本次采用卡倫山站7月—9月逐日流量過程，演進至烏云斷面，與同期遜別拉河上的雙合屯站以及布列亞河上的卡緬卡站流量相加，疊加后的流量繼續分別演進至蘿北及松花江匯入口前，與同期佳木斯站演進至松花江匯入口的流量相加后，繼續演進至勤得利站和撫遠站，并根據逐日實測的水位與演進流量點繪各控制斷面水位流量關系曲線。

4.2.3 洪水傳播時間

通過卡倫山水文站實測流速成果初步分析結果，黑龍江干流該河段卡倫山站平均流速在1.4 m/s左右。故根據該流速以及各控制斷面之間的距離初步估算傳播時間，并采用實測成果驗證。

4.2.4 1897年歷史特大洪水

在無堤(自然)情況下，先估算1897年洪泛區面積及相應的蓄滯洪區庫容后，推算相應的洪泛區歸槽流量和勤得利、撫遠水位站控制斷面修堤后的還原流量，并采用水位流量關系曲線，查得勤得利、撫遠水位站相應的最高洪水位。

4.2.5 1984年實測大洪水

在考慮三江平原地區黑龍江干流沿岸蘿北堤防、290農場堤防、同撫堤防西堤(又稱上段)和同撫堤防東堤(又稱下段)現有堤防潰堤的情況下，采用分流曲線和水位流量關系曲線，估算相應的歸槽流量和歸槽還原總流量后，查得勤得利、撫遠水位站相應的最高洪水位。

4.2.6 2013年實測特大洪水

在考慮290農場堤防2013年8月16日下午6點潰堤;2013年8月22日凌晨1時20分左右蘿北縣肇興堤防潰決;2013年8月23日同撫堤防東堤中的八岔堤段潰口的情況下，根據勤得利、撫遠水位站實測洪水位和堤防決口處的分流曲線，先估算相應的滯蓄洪量、歸槽流量和歸槽還原總流量后，采用洪水演進方法分別推求勤得利、撫遠水位站的歸槽還原后的洪水過程線，并查得勤得利、撫遠水位站相應的最高洪水位。

4.2.7 泛濫洪水歸槽還原成果

根據典型年洪水的實測洪峰水位和相應的洪水比降，先估算洪泛區面積及相應的滯蓄洪量后，推算泛濫洪水的歸槽流量，并推求歸槽還原后的洪峰流量和修建堤防后的洪峰水位。

泛濫洪水歸槽流量估算結果，勤得利水位站1897年實測洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.97 m，歸槽流量為7 560 m3/s;1984年實測洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.36 m，歸槽流量為2 150 m3/s;2013年實測洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.29 m，歸槽流量為2 680 m3/s。撫遠水位站1897年實測洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.80 m，歸槽流量為6 250 m3/s;1984年實測洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.25 m，歸槽流量為1 010 m3/s;2013年實測洪峰水位與還原后洪峰水位相差0.09 m，歸槽流量為1 060 m3/s。

4.3 特大洪水重現期分析

2013年9月1日、2日，黑龍江干流上的勤得利、撫遠水位站實測最高洪水位(50.81 m、43.94 m)，已超過了1897年歷史最高洪水位(采用俄羅斯側水文站資料插補成果49.69 m、42.80 m)，估算的洪峰流量約43 800 m3/s左右。根據俄羅斯側哈巴羅夫斯克水文站2013年洪峰流量估算成果(約45 780 m3/s)，可以確定2013年黑龍江中下游洪水為1896年以來實測最大洪水。另外，參考黑龍江上游地區歷史洪水調查成果，即1855年俄羅斯人在黑龍江沿岸定居以來最大、1872年以來最大等，經多種方案綜合比較后，推薦采用的重現期為118 a。

5 歸槽還原成果的合理性分析

2013年本次成果與實測水位的洪峰水位差，撫遠站為0.09 m，勤得利站為0.29 m;撫遠站本次成果與實測水位的洪峰水位差，1897年為0.80 m、1984年為0.25 m、2013年為0.09 m;勤得利站本次成果與實測水位的洪峰水位差，1897年為0.97 m、1984年為0.36 m、2013年為0.29 m。具體的合理性分析成果如下:

5.1 實測水位過程線分析

5.1.1 勤得利站

從勤得利站2013年實測水位過程線中可以看出，該站的洪峰水位50.81 m維持了4天(8月29日、30日、31日、9月1日)，這主要是受上游地區的豐滿、尼爾基、結雅、布列亞等大型水庫群調蓄影響造成的，而黑龍江干流上的290農場堤防潰口(8月16日)、蘿北肇興堤防決口(8月22日)后的滯蓄影響并不明顯。

5.1.2 撫遠站

撫遠站2013年實測水位過程線，從8月24日開始明顯下降至8月25日(相應水位43.30 m)后，又逐漸回升，洪峰水位43.94 m維持了2天(9月2日、3日)，這是受上述的大型水庫群調蓄影響的基礎上，主要是同撫堤防東堤(又稱:下段)八岔段潰口(8月23日)后，受大力加湖蓄滯洪區調蓄影響明顯，而8月16日290農場堤防潰口、8月22日蘿北肇興堤防決口后滯蓄影響并不明顯。

5.1.3 調蓄影響分析

勤得利站以上流域面積為141.5萬km2，撫遠站以上流域面積為143萬km2，勤得利—撫遠區間流域面積為1.5萬km2，匯入的主要較大支流有俄羅斯側(左岸)的比臘河和中國側(右岸)濃江鴨綠河。因此，上游地區大型水庫群的調蓄影響勤得利站應該大于撫遠站，而且勤得利站位于同撫堤防東堤八岔段以上，同撫堤防西堤(又稱:上段)以下的黑龍江干流上，故不受八岔堤段潰口后的調蓄影響。

5.2 不同年份歸槽還原成果分析

本次分析的洪水年份有1897年、1984年、2013年。1984年以前勤得利站、撫遠站以上至松花江匯入口附近，基本上處于無堤狀態或自然狀態，而2013年該段基本上均有堤防。因此，泛濫洪水歸槽流量還原后的洪峰水位差1897年、1984年大于2013年是符合實際情況的。

6 修改后設計洪水成果

黑龍江干流中下游設計洪水，本次采用直接法和間接法，推求勤得利、撫遠水位站的設計洪水位。直接法:采用單站水位頻率計算法，直接推求勤得利、撫遠水位站的設計洪水位;間接法:采用單站流量頻率曲線法，先推求單站設計洪峰流量后，查單站水位流量關系曲線，間接查得勤得利、撫遠水位站的設計洪水位。

兩種方法計算的設計洪水位成果，經合理性檢查和綜合分析后，推薦較安全、可靠的間接法成果作為采用成果。

7 設計洪水成果比較

從表1中可以看出，勤得利水位站P=1%設計洪水位原成果與本次采用成果相差1.31 m，P=2%設計洪水位原成果與本次采用成果相差1.17 m，P=5%設計洪水位原成果與本次采用成果相差1.02 m。撫遠水位站P=1%設計洪水位原成果與本次采用成果相差1.08 m，P=2%設計洪水位原成果與本次采用成果相差1.04 m，P=5%設計洪水位原成果與本次采用成果相差0.87 m。

勤得利水位站P=1%設計洪水位原成果49.71 m，相當于 P=10%設計洪水位本次成果49.74 m;撫遠水位站P=1%設計洪水位原成果42.87 m，介于P=10% ～5%設計洪水位本次成果42.71～43.14 m，相當于本次的P=8%設計洪水位。黑龍江干流設計洪水位成果比較見表1。

表1 黑龍江干流設計洪水位成果比較表m

［1］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江干流國境界河國土防護工程可行性研究［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2001.

［2］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江干流黑河市以下超標準洪水應對預案［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2013.