(三)洪水类型
洪水按照成因和地理位置的不同,通常分为暴雨洪水、风暴潮型洪水、溃坝洪水、融雪洪水、冰凌洪水、冰川洪水、山洪泥石流等。按照洪水发生地区的不同,可分为山地丘陵区洪水、平原地区洪水、滨海地区洪水。各种类型的洪水都可能造成洪涝灾害,但暴雨洪水发生最为频繁、量级最大、影响范围最广。以下根据成因和地理位置,对洪水的类型及各自特点进行阐述。
1.暴雨洪水
暴雨洪水是我国主要的洪水类型。一般情况下,夏季西太平洋副热带高压脊线在我国上空某一个位置上徘徊停滞,或者热带风暴或台风深入内陆后,多会产生大暴雨或特大暴雨。如果副热带高压脊线在某一位置迟到、早退或停滞不前,则会使雨带在位移过程中出现异常。如雨带在某一位置滞留时间偏长,或雨带较常年提前出现在江淮中下游继而较快向中上游推进,或梅雨锋、台风、低涡等低值系统出现组合情况等,往往容易出现特大暴雨。除新疆北部外,我国绝大部分地区年降水量的50%以上集中在5—9月,也就是汛期。其中淮河以北大部分地区和西北大部,西南、华南南部,台湾大部汛期降雨量占全年降水量的70%~90%,淮河到华南北部的大部分地区,有50%~70%的降水量集中在5—9月。在我国东部地区,有4个大暴雨多发区:其一是东南沿海到广西十万大山南侧,包括台湾和海南岛,24小时降雨量可达500 mm以上。其二是自辽东半岛,沿燕山、太行山、伏牛山、巫山一线以东的海河、黄河、淮河流域和长江中下游地区,24小时降雨量可达400 mm以上。太行山东南麓、伏牛山东南坡曾有600~1000 mm或者降雨量更大的暴雨记录。其三是四川盆地,特别是四川西北部,24小时降雨量常达300 mm以上。其四是内蒙古与陕西交界处也曾多次发生大暴雨。高强度、大范围、长时间的暴雨常常形成峰高量大的洪水。我国暴雨洪水发生频繁,就全国范围而言,主要江河在1900—1999年的100年间共发生5~10年一遇以上的洪水213次(见表1-1),平均每年超过2次,且每两年至少发生一次频率为10~20年一遇的洪水,每三年左右就可能发生一次频率为20年以上一遇的较大洪水或大洪水,其中不少场次属于超标准洪水。由于全球气候变暖,我国暴雨洪水灾害发生的次数越来越多。如2020年汛期,我国南方地区发生了多轮强降雨,洪水肆虐。据水利部数据显示,截至2020年6月底,全国已有433条河流发生了超过警戒线以上的洪水,西南等地发生多起山洪地质灾害,部分省(自治区)中小水库、中小河流堤防发生险情。据水利部长江水利委员会统计,2020年6月1日—7月17日,长江流域的降雨量达到1961年以来的极值,尤其是7月上旬,长江中下游旬降雨量较同期均值多1.6倍,与历年7月整月平均降雨量相当,较1998年同期多2.3倍;鄱阳湖水系旬降雨量较同期均值多3.1倍,较历年7月均值多0.6倍,较1998年同期多7.5倍。
表1-1 1900—1999年我国主要江河洪水发生频率统计表
暴雨洪水还具有峰高、洪量集中的特点。根据对全国6000多个河段的调查和实测最大洪水资料的综合分析,我国暴雨洪水的洪量集中,一次大洪水的七日洪量和次洪总量与多年平均年径流总量的比值很高,松花江、海河和淮河等河流干支流许多控制站的次洪总量是多年平均年径流总量的1倍以上,个别站点达到2倍以上;其七日洪量也常超过多年平均年径流总量的一半以上,可见洪水的集中程度较高。长江和珠江等丰水地区的河流,其比值虽较淮河以北河流的小,但也高达18%~60%,其大洪水年份干流控制站次洪总量在1000亿m3以上。长江干流大通站1954年七日洪量达542亿m3,60天洪量高达4900亿m3。从七大江河最大一次洪水七日洪量占当年年径流总量比值的平均情况来看,在水量丰富的珠江、长江流域,七日洪量占全年年径流总量的10%~15%,松花江流域为15%~20%,黄河流域为20%~25%,海河、辽河为25%~30%。气候越干旱的地区,洪水相对集中,所占的比重越大。
2.风暴潮型洪水
风暴潮,是指由强烈的大气扰动引起的海平面异常升高的现象。按照诱发风暴潮大气扰动的气象因素划分,可以将风暴潮分为由热带气旋引起的台风风暴潮和由温带气旋引起的温带风暴潮两大类。台风风暴潮是当台风在热带海洋上生成以后,在其附近就出现水位升高,它随台风的移动而移动,随台风的发展而增强。当台风接近海岸时,海平面上涨缓慢,涨幅一般为20~30 cm,持续时间一般在10小时以上,称为风暴潮的初振阶段。随着风暴潮的移动,强制孤立波开始抵达浅水大陆架,潮位急剧上升,在台风登陆前后数小时内达到最大值,即激振阶段。最后是余振阶段,其振幅越来越小,持续1~3天,潮水位逐渐恢复到正常状态。温带风暴潮是由西风带天气系统引发的。渤海湾地处北方冷高压的南缘、南方气旋的北缘,辽东湾至莱州湾为持续东北大风所控制,黄海北部至渤海海峡为偏东大风所控制,在这种风场形势下,大量海水从黄海顺渤海海峡涌向渤海湾和莱州湾,导致该两湾出现强风暴潮。
风暴潮的大小主要取决于台风强度,即台风中心附近最大风速和中心气压,台风中心附近风速越快,中心气压越低,则风暴潮就越大,灾害也就越严重。风暴潮适遇天文大潮,则风暴潮位就越高,风暴潮灾害就越严重。每逢农历初一至初三或十五至十八这几天天文大潮期间,如遇上风暴潮袭击,会造成比通常更高的风暴潮位,并可能突破当地实测历史最高潮位。另外,当洪水在河道传播时,适遇河口风暴潮波上溯,由于洪水被顶托而不能畅泄大海,大量洪水滞留河口,使原来已被抬高的潮位更高。因此当风暴潮适遇洪水时,其风暴潮位定会大大升高,这样就会产生风、雨、潮三碰头的不利组合,给人类的生命和生产造成很大的威胁。
我国大陆海岸线全长约1.8万km,几乎均可受到风暴潮的袭击,但不同海岸带遭受风暴潮袭击的频次、严重程度和诱因并不完全相同。据隋意等人(2020)的统计,1991—2018年间,登陆我国的台风一共有331次,每年登陆11.8次,其中台风、强台风和超强台风发生的次数为122次,约占总数的36.86%,平均每年约4.4次;强热带风暴发生的次数为82次,约占总数的24.77%,平均每年约2.9次;热带风暴发生的次数为76次,约占总数的22.96%;热带低压发生的次数为51次,约占总数的15.41%。隋意等人(2020)还指出,东南部沿海是我国遭受台风侵袭引发风暴潮严重的地区,主要集中在浙江省及其以南沿海省市。1991—2018年间,台风登陆次数为251次,其中在广东省的登陆次数最多,为105次,其次是福建省、海南省、浙江省和广西壮族自治区。从已有研究可见,韩江口、珠江口、雷州半岛东部、海南省东北部和广西沿海、浙江福建沿海是受台风风暴潮侵袭最严重的海岸段。台风暴潮和温带风暴潮在发生的频率和强度上都有明显的季节性。引发台风暴潮的热带气旋在西太平洋一年四季均可发生,而以7—9月最为集中。风暴潮的多发季节与热带气旋的多发和登陆季节是相对应的。据历史资料显示,风暴潮位(增大)大于1 m的台风暴潮均发生在5—11月期间,其中7—9月这3个月最为集中,约占全年总数的75.6%。若只计风暴潮位大于2 m的强风暴潮,发生时间更为集中,7、8、9月3个月发生的次数约占全年总数的88%。温带风暴潮多发生在春季和秋季。
3.溃坝洪水
溃坝洪水包括堰塞坝溃决、水库垮坝和堤防决口形成的洪水。堰塞坝溃决洪水,是指由于地质或地震原因引起的山体滑坡,堵江断流,经过一段时间后,壅水漫坝,导致溃决,河槽蓄水突然释放形成骤发洪水。这类洪水在我国主要发生在人烟稀少的西南高原山区。水库溃坝洪水,是指由于水库溃坝引发的洪水。据2018年全国水利发展统计公报显示,我国目前已建成各类水库98822座,总库容8983亿m3,在防洪和综合利用水资源、促进经济发展和保障人民生命财产安全方面发挥了重要作用。但由于各种原因,我国也曾多次发生水库垮坝事故,并造成大量的人员伤亡和财产经济损失。水库溃坝洪水具有洪峰高、历时短、流速大的特点,并且往往会造成水库下游地区毁灭性的灾害。如“75.8”淮河上游洪水,板桥及石漫滩水库垮坝造成数以万计的人员伤亡,是我国死亡人数最多的水库溃坝灾害;此外,1993年,青海沟后小型水库溃坝造成近300人死亡;2001年,四川大路沟小型水库溃坝,导致16人死亡,10余人失踪。我国水库数量多,防止水库垮坝是防洪工作的重中之重。堤防决口洪水,是指洪水超过堤防设计标准,或堤防质量差,主流直冲堤防而抢护不及,或者因人为设障壅高水位而造成的漫决、冲决或溃决洪水。
4.融雪洪水
融雪洪水是以冰融水和积雪融水为主要补给来源的洪水。融雪洪水在春夏两季发生在中高纬地区和高山地区。若前一年冬季降雪较多,而春夏季节升温迅速,大面积积雪迅速融化便会形成较大洪水。融雪洪水一般发生在4—5月,洪水历时长、涨落缓慢。受气温影响,洪水过程呈锯齿形且具有明显的日变化规律。受全球气候变暖影响,2000—2020年间,我国西北地区极端气候事件增加,造成2010年前后融雪洪水灾害事件明显增多。融雪洪水的大小取决于积雪面积、雪深、气温和融雪率。西北高寒山区的积雪,因春夏强烈降雨和雨催雪化可以形成雨雪混合型洪水,在融雪径流之上,再加上陡涨陡落的暴雨洪水,可以产生更大的洪峰流量,因此雨雪混合洪水的洪峰流量有时比单纯融雪春汛或暴雨洪水还要大。
冰凌洪水是由于大量冰凌阻塞形成冰塞或冰坝拦截上游来水,导致上游水位壅高,当冰塞融解、冰坝崩溃时,槽蓄水量迅速下泄所形成的洪水。冰塞、冰坝的形成或崩溃常常造成严重灾害,例如1969年2月黄河下游泺口以上形成长约20 km的冰坝,冰坝上游水位壅高,超过了1958年特大洪水水位,大堤出现渗水、管涌、漏洞等险情。危害较大的冰凌洪水,主要发生在黄河干流上游宁蒙河段和下游山东河段,以及松花江哈尔滨以下河段。如2008年凌汛开河期,黄河内蒙古杭锦旗独贵塔拉奎素段先后发生两处溃堤。2009年1月17日,壶口瀑布上下游河段出现严重堆冰,冰凌高出河床10 m多,壶口至克难坡3 km旅游公路、供水等基础设施严重受损,壶口中心景区淹没,附近农户受灾。2015—2016年度凌汛期,流凌时大量冰凌堆至万家寨库区回水末端,曹家湾以上水位急剧上涨,沿黄公路漫水;开河期,万家寨库区大准铁路桥上游4 km处发生冰塞,导致附近3个村庄进水。
冰川洪水是以冰川和永久积雪融水为主要补给形成的洪水。这种洪水发生在拥有冰川和永久积雪的高寒山区。我国有永久积雪区即现代冰川58728 km2,冰川冰储量约为3126 km3,主要分布在西藏和新疆境内,占全国冰川面积的91%,其余分布在青海、甘肃等省区。我国面积大于20 km2的大冰川有256条,总面积达13446.9 km2,主要分布在各山系的主峰周围,占我国冰川总面积的22.9%。冰川洪水一般发生在7—8月,洪水峰、量的变化取决于冰川消融的面积和气温上升的梯度,一般无暴涨暴落现象,但有明显日变化。突发性冰川洪水,往往由冰湖溃坝形成,洪峰陡涨陡落,具有很大的破坏力。冰川洪水主要发生在天山中段北坡的玛纳斯地区,天山西段南坡的木札特河、台兰河,昆仑山喀拉喀什河,喀喇昆仑山叶尔羌河,祁连山西部昌马河、党河,喜马拉雅山北坡雅鲁藏布江部分支流。
5.山洪泥石流
山洪,是指发生在山区溪沟、小河的暴涨暴落洪水,流域面积一般在100 km2以下。由于地面坡度、河道比降陡,山洪流速很快,一般都在2.5~3.5 m/s以上,中泓流速可达6~8m/s,洪水暴涨暴落,冲刷力极强,具有很大的破坏性。突发性山洪发生的时间、地点很难预测,按其形成的原因可分为暴雨山洪、融雪山洪、冰川消融山洪或几种因素混合形成的山洪等。其中以暴雨山洪分布范围最广,引发的灾害也最为严重。我国山区面积约占全国陆地面积的2/3,山洪分布广泛、发生频繁;山洪突发性强,预测预防难度大;山洪季节性强,常发生在夏季多雨期。
泥石流是一种发生在山区河流沟谷中的包含泥、石、水的液固两相流,是一种破坏力很大的突发性特殊洪流,暴雨、冰雪融水等是其诱因。泥石流按其固体物质构成不同,可分为泥石流、泥流和水石流等三类。泥石流形成的基本条件:沟谷内有丰富的松散固体堆积物,沟谷地形陡峻、比降很大,有暴雨或冰川积雪融水等足够的水源补给。乱垦滥牧、弃土堆渣不当等人类活动也会引发泥石流。泥石流发生的时间和地区有以下特点:(1)在时间方面,泥石流往往发生在暴雨季节或者冰川和高山积雪强烈融化的时候。(2)在地区方面,泥石流主要发生在断裂褶皱发育、新构造运动活跃、地震活动强烈、植被不良、水土流失严重的山区及有现代冰川分布的高山地区。我国泥石流的地理分布,大体上以大兴安岭—燕山—太行山—巫山—雪峰山一线为界,主要分布在半干旱和温带山区,西藏东南部山区、川滇山区、西北山区、黄土高原和冀西辽西山区是我国泥石流发生的重灾区。