洪水的特点和一般规律
暴雨洪水发生的时间,在地域上有一定规律。影响我国暴雨洪水季节变化的因素主要有两个:一是季风雨带的季节性位移,二是夏秋频繁的台风活动。通常,暴雨洪水的季节特征可以用汛期起止时间和汛期内各旬、各月洪水发生的频率来反映。根据水文站历年实测洪峰出现的时间可以确定汛期的起始和终止时段。为避免统计资料中包含为数较多的中、小洪水,往往只统计大洪水洪峰出现的时间。这里所说的“大洪水”,是指大于和等于年最大洪峰流量多年均值的洪水。具体划定各站汛期起、止时段的,则是以控制90%以上大洪水次数为准则,允许少数大洪水洪峰出现的时间不在所划定的汛期之内,并以控制80%以上大洪水次数出现时段作为主汛期。
我国主要流域的汛期(见图3-1)一般有以下特点:①珠江流域东部、长江流域中南部的北江、赣江、湘江等河流受地面气旋波和南支槽的影响,3月下旬至4月初即开始进入汛期,是全国入汛最早的地区,而汛期结束得最晚的为汉江、嘉陵江流域,迟至10月上旬;7、8两月为汛期全盛期,长江流域及长江以北大多数河流汛期都集中在这两个月。②汛期季节变化的一般趋势是随纬度的增高而错后,汛期长度随纬度的增高而缩短。比如珠江4月中旬至9月为汛期,其中4—6月为前汛期,7—9月为后汛期,5—6月是主汛期;江南地区4—9月是汛期,5—6月是主汛期;长江5月至10月中旬为汛期,7—8月是主汛期;淮河6—9月为汛期,7—8月是主汛期;黄河7—10月为汛期,7—8月是主汛期;海河7—8月为汛期,7月下旬至8月上旬是主汛期;松花江7—9月为汛期,8月下旬至9月上旬是主汛期。③珠江、钱塘江、瓯江和黄河、汉水、嘉陵江等有明显的双汛期,前者分前汛期和后汛期,后者分伏汛期和秋汛期。7—8月是全国大洪水出现频率最高的时间。
图3-1 我国主要河流汛期情况
我国东半部地区雨季暴雨强度大,加之多山地形,地面坡度大,汇流迅速,使得一些地区洪水量级很大。例如1935年7月长江中游地区出现一场特大暴雨,暴雨中心五峰连续5天累计降雨量达到1282 mm,暴雨中心区的澧水流域形成极大流量,三江口站流域面积15242 km2,洪峰流量高达31100 m3/s,接近世界相同面积最大流量值。
我国洪水量级最高的地区主要分布在沿辽东半岛千山山脉东段往西沿燕山、太行山、伏牛山、大别山所构成的弧形山区迎风山麓以及东南滨海地带和岛屿。此外,还有几处局部高值区,如陕北高原、峨眉山区、大巴山区以及武陵山区的澧水流域,这些地区每1000 km2的流域面积最大流量均可达到6000 m3/s以上。另外,辽西大凌河流域、沂蒙山区、伏牛山区、大别山区、浙闽沿海、台湾、海南岛等地区洪水量级也很大,这些地区常受台风影响,每1000 km2的流域面积最大流量在8000 m3/s以上,最高的为伏牛山区,每1000 km2达到15000 m3/s。长江流域及其以南地区虽然湿润多雨,但洪水量级都比上述地区小,每1000 km2的流域面积最大流量一般在2000~4000 m3/s。值得注意的是,陕北黄土高原地区气候干燥,年平均降水量约为400 ~600 mm,然而这一地区短历时暴雨强度极大,对于中小流域可以形成很大洪水,每1000 km2的流域面积最大流量可以达到6000~8000 m3/s。
大洪水的第一个特点是重复性。所谓重复性,是指暴雨条件(如强度、历时、中心位置、覆盖范围)和洪水特征(如量级、来源、组成)相类似的洪水在同一地区重复出现。例如2016年7月、1996年8月、1963年8月海河南系均发生了罕见的特大暴雨洪水,三次暴雨洪水过程具有一定的相似性。1939年发生了海河北系近百年来著名的大洪水,其雨洪特征与历史上的1801年也较相似。1931年长江中下游与淮河流域的特大洪水,与1954年的暴雨洪水分布也基本相同。黄河上游1904年洪水与1981年9月洪水、中游1843年洪水与1933年洪水,松花江1932年洪水与1957年洪水等,其雨洪特点都类似。研究结果表明,这种重复性现象,各大江河普遍存在,近40余年全国各地所发生的重大灾害性洪水在其历史上都可以找到相似的实例。例如海河流域,1652年、1653年、1654年连续三年发生流域性大水灾,1822年、1823年又连续两年发生大水灾。其他流域也有类似情况,长江中下游1848年、1849年,珠江流域1833年、1834年和1914年、1915年,松花江流域1956年、1957年都连续出现大洪水。这种现象在有的河流很突出,如沅江沅陵站,1608年、1609年,1611年、1612年、1613年,1765年、1766年,1911年、1912年、1913年,1925年、1926年、1927年,都是连续两年或三年出现大洪水,500年中,有30%的大洪水年是连续出现的。
大洪水的第二个特点是阶段性。所谓阶段性,是指大洪水出现的年份在时间序列上的分布,一个时期大洪水出现频次很高,另一个时期大洪水出现频次很低或不出现,这种高频期和低频期呈阶段性的交替变化。例如海河流域近500年,受灾区域在50个州县以上或农田受灾面积超过3300千公顷的流域性大洪水共发生了28次,每100年平均5.6次。然而1501—1600年的100年中,只发生过3次,而1601—1670年的70年中,则出现了8次。此后,1671—1790年又处在一个低频期,120年中只发生了2次;到19世纪后半叶,海河流域又进入大洪水的频发期,50年内发生了5次。各个时期出现大洪水的频率很不均匀。每个站高频期和低频期长度各不相同,海河、长江上游(以宜昌站为代表)阶段性变化大致同步,16世纪都处在低频期,17世纪为高频期,18世纪即清代中前期又转为低频期,19世纪下半叶至20世纪30年代又是一个高频期。从全国范围来看,这种阶段性变化也是存在的。18世纪至19世纪初,重大灾害性洪水发生的频率比较低,从19世纪40年代至20世纪30年代,又是一个频发期,历史上许多著名的特大洪水都出现在这个时期。例如黄河1843年洪水为近1000年来的最大洪水;长江1860年、1870年相继发生超过100年一遇的特大洪水,其中1870年洪水为近800年来最大的洪水。在大周期内还存在小周期的变化,例如20世纪30年代,全国各地区频频发生重大灾害性洪水,如1930年大、小凌河特大洪水,1931年江淮特大洪水,1933年黄河特大洪水,1935年长江中游特大洪水,1939年海河北系特大洪水等。而20世纪40年代前半期(1940—1946年),全国几乎没有发生过重大灾害性洪水。新中国成立以后的40余年间,20世纪50年代前后(1949—1963年)水灾较多,60、70年代(1964—1979年)处在低频期,80年代以后又进入高频期,90年代接连出现大范围的水灾,如1991年江淮大水、1994年中国南部和北部大水。
大洪水的第三个特点是稀发性。稀发性,是指重大洪涝灾害事件在时间上和空间上发生频次低。在时间上往往几百年甚至上千年才发生一次,如长江1870年洪水,是一次罕见的特大洪水,根据忠县附近的洪水题刻,洪水为高程,1870年洪水在1153年以来历次大洪水中居第一位,是870余年来最大的一次洪水。黄河1843年洪水,推测三门峡水位301 m,是唐末(距今1110余年)以来洪水水位最高的一次。在空间上也显示出灾害罕有性,如淮河流域“75.8”大洪水。“75.8”特大暴雨是一次发生在流域最西部的台风型暴雨,特大暴雨中心林庄站最大24小时降雨量为1060.3 mm,超过了当时我国实测暴雨的纪录。另外,暴雨中心落区又发生在了石漫滩水库和板桥水库两座大型水库的上游,最终导致几十座水库垮坝,给下游带来了严重灾难。表3-1为全国主要河流代表站大洪水各月出现的频率。
表3-1 全国主要河流代表站大洪水各月出现频率