焦作“21·7”暴雨洪水及河道堤防险情调查_杨长青.pdf

收稿日期:20230228基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(HKYJBYW202110);黄河水科学研究联合基金资助项目(U2243223)作者简介:杨长青(1964)，男，河南孟州人，高级工程师，主要从事水利工程建设与管理工作通信作者:焦迎乐(1975)，男，河南孟津人，高级工程师，主要从事水文水资源研究工作E-mail:jyldoc 126com【防洪治河】焦作“217”暴雨洪水及河道堤防险情调查杨长青1，2，焦迎乐3，余畅畅3，李姝昱2(1焦作市引沁灌区管理局，河南 焦作 454002;2水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心，河南 郑州 450003;3河南省焦作水文水资源测报分中心，河南 焦作 454002)摘要:2021 年 7 月 13 日至 24 日，受台风“查帕卡”“烟花”以及大陆高压和副热带高压等多个天气系统影响，在东亚大气环流异常协调作用下，焦作普降暴雨和大暴雨。此次暴雨总量大、历时长、范围广，导致焦作市大沙河超保证水位，沁河超警戒水位，3 座中型水库超汛限水位，多条河道出现险情，造成了严重的洪涝灾害。大沙河修武水文站洪峰流量 510 m3/s，为 1956 年设站以来最大洪水。对焦作“217”暴雨的雨量、时空分布及洪水特性进行分析，有助于掌握该地区特大暴雨洪水的特性。在现场调查基础上，对河道堤防险情类型和成因进行分析，可为灾后重建提供科学依据。关键词:暴雨;洪水;堤防险情;焦作市中图分类号:TV1221文献标志码:Adoi:103969/jissn10001379202307011引用格式:杨长青，焦迎乐，余畅畅，等焦作“217”暴雨洪水及河道堤防险情调查 J 人民黄河，2023，45(7):5861Investigation of“July 2021”ainstorm Flood and iver Embankment Dangerous Situation in JiaozuoYANG Changqing1，2，JIAO Yingle3，YU Changchang3，LI Shuyu2(1Jiaozuo Yinqin Irrigation District Administration，Jiaozuo 454002，China;2esearch Center on Levee Safety Disaster Prevention，MW，Zhengzhou 450003，China;3Jiaozuo Hydrological and Water esources Measurement and eporting Sub-Center of Henan Province，Jiaozuo 454002，China)Abstract:From July 13 to 24，2021，under the influence of multiple weather systems such as typhoon“Chapaka”，“Fireworks”，continen-tal high and subtropical high，and under the coordination of East Asian atmospheric circulation anomalies，Jiaozuo suffered heavy rainstormThe rainstorm was large in total amount，long in duration and extensive in scope，which caused the Dasha iver in Jiaozuo City to exceed theguaranteed water level，the Qinhe iver to exceed the warning water level，three medium-sized reservoirs to exceed the flood control level andseveral rivers in danger，causing serious flood disasters The peak flow at Xiuwu Hydrological Station of Dasha iver was 510 m3/s，whichwas the largest flood since the establishment of the station in 1956 The analysis of the rainfall，spatial and temporal distribution and floodcharacteristics of the“July 2021”rainstorm would help to grasp the characteristics of the extremely heavy rainstorm flood in this area At thesame time，on the basis of field survey，the types and causes of embankment hazards were analyzed to provide scientific basis for postdisas-ter reconstructionKey words:rainstorm;flood;river embankment dangerous situation;Jiaozuo City2021 年 7 月 13 日至 24 日，河南省遭遇“217”特大暴雨，不但对郑州市造成严重洪涝灾害1，而且对焦作市水利工程安全造成严重威胁。焦作市境内 3座中型水库超汛限水位，大沙河超保证水位，沁河超警戒水位，多条河道出现漫溢、堤防决口、堤岸坍塌等险情。本文针对焦作市地域特点，分析暴雨的成因以及雨量、时空分布特征，分析洪水特性以及河道堤防险情类型和成因，以期为灾后重建规划设计提供科学依据。1焦作市地域特点与“217”暴雨成因11地域特点焦作市位于太行山脉与华北平原过渡地带，地势西北高、东南低，呈阶梯式变化。所在区域属暖温带大陆性季风气候区，多年平均降水量 5823 mm。焦作市分属黄河和海河两大流域，其中黄河流域面积 2 150km2，占全市总面积的 528%;海河流域面积 1 921km2，占 472%。境内流域面积在 1 000 km2以上的河85第 45 卷第 7 期人民黄河Vol45，No72023 年 7 月YELLOWIVEJul，2023流有 5 条，属黄河流域的有黄河、沁河、丹河和蟒河，属海河流域的有大沙河。境内现有 5 座中型水库，另有南水北调中线工程从境内穿过，详见图 1。境内有 142个遥测雨量站(其中 20 个为基本雨量站)，在沁河、丹河、大沙河共设 3 个国家基本水文站。图 1焦作市主要水系受地形和区域性气候条件影响，降水量由山区到平原逐渐减少，年内分配不均，汛期 4 个月多年平均降水量为 3965 mm，占全年降水量的 681%。产生暴雨的天气系统主要有台风、台风倒槽、切变线以及冷锋、气旋波和低压槽等，易在山前迎风坡地带形成暴雨。暴雨主要发生在 78 月，尤以 7 月下旬到 8 月上旬最为集中。暴雨多发生在北部山区，以沁阳北部和修武北部山区最为多发。12“217”暴雨成因河南“217”暴雨是在西太平洋副热带高压异常偏北、夏季风偏强等气候背景下，南海“查帕卡”台风外围偏南气流和副热带高压与东海“烟花”台风之间偏东气流叠加，汇聚输送海上水汽至内陆地区，受深厚的偏东风急流及低涡切变天气系统影响，海上水汽与河南上空对流系统叠加，遇伏牛山、太行山地形辐合抬升形成的一次极为罕见的大暴雨过程。大气环流形势稳定、水汽条件充沛、地形效应显著是这次暴雨的主要成因2。2暴雨洪水分析21暴雨时间分布本次降雨历时长，累积雨量大。7 月 13 日至 24日，焦作市境内连续 12 d 降雨，主要集中在 18 日22:00至22 日14:00，其中20 日雨量最大，平均降雨量1627 mm。全市 1/2 的雨量站降雨量大于 150 mm，1/6的雨量站降雨量大于 200 mm。焦作市过程累积平均降雨量 4551 mm，是多年平均汛期降雨量的 115%，其中修武县累积平均降雨量 6543 mm。“217”暴雨焦作主要县市降雨过程线见图 2。图 2“217”暴雨焦作主要县市降雨过程线22暴雨空间分布本次降雨空间分布不均，暴雨中心主要集中在修武县北部山区及市区中东部，其中东岭后站累积降雨量达到 9570 mm，累积降雨量超 700 mm 的站有 9 个，超 500 mm 的站有 29 个。焦作市区、修武县等北部太行山区累积降雨量为 500900 mm，博爱县、武陟县等中部地区累积降雨量为 400500 mm，沁阳市、温县、孟州市等南部平原地区累积降雨量为 300400 mm，降雨量从焦作南部平原地区向北部太行山区逐渐增大。焦作市“217”暴雨等值线见图 3。95人 民 黄 河2023 年第 7 期图 3焦作市“217”暴雨等值线(单位:mm)23洪水过程受“217”强降雨过程影响，焦作市境内大沙河、沁河等水位明显上涨，大沙河修武水文站、沁河武陟水文站洪水过程线分别见图 4 和图 5。修武水文站 22日18:00出现洪峰水位 8365 m，洪峰流量 510 m3/s，为1956 年设站以来最大洪水，超过 1963 年历史最高水位(8302 m)和最大流量(289 m3/s)，超保证水位历时约 15 h。武陟水文站 23 日4:00出现洪峰水位 10601m，洪峰流量 1 520 m3/s，超警戒水位历时约 52 h。沁河在上游河口村水库拦蓄条件下形成“968”洪水以后的最大洪水。图 4大沙河修武水文站水位与流量过程线图 5沁河武陟水文站水位与流量过程线3暴雨洪水特点1)降雨笼罩面积广，持续时间长。本次降雨笼罩面积大，焦作市累积降雨量大于 400 mm 的笼罩面积约为 2 558 km2，占全市总面积的 628%;大于 500 mm的笼罩面积占比 322%，多位于北部太行山区，且降雨持续时间长，历时 12 d，比“968”降雨历时 11 d略长。2)降雨强度高，累积降雨量大。本次降雨虽然1 h、6 h 最大点雨量比历史最大值略小，但 24 h、3 d、7d 最大点雨量分别为 3740、7010、9435 mm，均超过焦作历史最大点雨量值。根据辖区内代表雨量站 24 h最大点降雨量频率分析，海河流域山区降雨量超过 50a 一遇，山前区降雨量接近 100 a 一遇。累积降雨量大，超过焦作“638”“828”和“968”暴雨累积降雨量值;海河流域累积降雨量 5947 mm，远超过“638”“828”和“968”暴雨的累积降雨量(分别为3966、2854、2779 mm)。3)河道高水位长历时行洪。本次暴雨导致焦作境内大沙河超保证水位、沁河超警戒水位运行且历时较长，大沙河修武水文站超保证水位历时约 15 h，沁河武陟水文站超警戒水位历时约 52 h。随着洪水向下游演进，大沙河干流及支流山门河、新河多处河道漫溢行洪。4)水库拦洪削峰作用明显。为减少上游来水影响，水库拦蓄洪水和错峰调洪成效显著，有效缓解了下游河道防洪压力。沁河河口村水库 7 月 20 日最大入库流量 1 220 m3/s，最大出库流量 533 m3/s，削峰率563%。丹河青天河水库 7 月 22 日最大入库流量 305m3/s，最大出库流量 165 m3/s，削峰率459%。蟒河白墙水库 7 月 21 日最大入库流量 326 m3/s，最大出库流量 180 m3/s，削峰率 448%。4河道险情及原因分析41河道堤防工程险情“217”暴雨致使焦作境内多条河道出现漫溢、堤防决口、堤岸坍塌、管涌、穿堤涵闸渗漏等险情，当地干部群众积极组织抢险，对工程险情实施应急处置。主要河道堤防工程险情如下。