黑龍江省凌汛洪水的成因及特點(diǎn)

陳思宇，郭 銳，秦 博

(黑河水文局，黑龍江黑河164300)

1 自然地理情況

黑龍江省是中國(guó)最東北的省份。幅員面積46.9萬(wàn)km2，有長(zhǎng)10 km以上的河流1 700多條，多處平原海拔50～200 m。西部屬松嫩平原，東北部為三江平原，北部、東南部為山地。屬寒溫帶一溫帶濕潤(rùn)一半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。冬季長(zhǎng)而寒冷，夏季短而涼爽，南北溫差大，北部甚至長(zhǎng)冬無(wú)夏。1月平均氣溫－31℃～－15℃，極端最低氣溫達(dá)－52.3℃(漠河1969年2月13日)。7月為18℃～23℃，

全省年平均氣溫多在－5℃ ～5℃，由南向北降低，大致以嫩江、伊春一線為0℃等值線。≥10℃積溫在18 000℃ ～28 000℃，平原地區(qū)每增高1個(gè)緯度，積溫減少100℃左右;山區(qū)每升高100 m，積溫減少100℃ ～170℃。無(wú)霜凍期全省平均介于100～150 d，南部和東部在140～150 d。大部分地區(qū)初霜凍在9月下旬出現(xiàn)，終霜凍在4月下旬至5月上旬結(jié)束。年降水量全省多介于400～650 mm之間，中部山區(qū)多，東部次之，西、北部少。在一年內(nèi)，生長(zhǎng)季降水約為全年總量的83%～94%。降水資源比較穩(wěn)定，尤其夏季變率小，一般為21%～35%。全省年日照時(shí)數(shù)多在2 400～2 800 h，其中生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)占總時(shí)數(shù)的44%～48%，西多東少。全省太陽(yáng)輻射資源比較豐富，與長(zhǎng)江中下游相當(dāng)，年太陽(yáng)輻射總量在44×108～50×108J/m2。太陽(yáng)輻射的時(shí)空分布特點(diǎn)是南多北少，夏季最多，冬季最少，生長(zhǎng)季的輻射總量占全年的55%～60%。年平均風(fēng)速多為2～4 m/s，春季風(fēng)速最大，西南部大風(fēng)日數(shù)最多、風(fēng)能資源豐富。

2 凌汛洪水的成因

2.1 降雨

黑龍江省冬季土壤凍結(jié)，開春時(shí)節(jié)由于土壤凍結(jié)融化后，土壤疏松，水分入滲能力很強(qiáng)，而下層凍土層成為不透水界面，因此降雨和融雪入滲后，除部分變成徑流外，聚集于凍土不透水界面以上，形成凍層上水自由水位，當(dāng)遇有較大降雨時(shí)水位上漲接近地表［2－3］。至使土壤含水量達(dá)到飽和或過(guò)飽和，凍土在凍結(jié)和融凍過(guò)程增加的土壤含水量十分顯著，如果有較大降雨，產(chǎn)流明顯大余暢流期，匯入河流，形成洪水。

2.2 融雪徑流

融雪洪水是由積雪融水為主要補(bǔ)給來(lái)源所形成的洪水。黑龍江省緯度較高，冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒，積雪較厚，最大積雪深度可達(dá)40～50 cm，大部份地區(qū)積雪深度較小，最大積雪深度一般為20～30 cm。春季氣溫回升，積雪融化，形成融雪徑流。融雪洪水一般發(fā)生在4月份，由于積雪厚度不大，融雪洪水過(guò)程漲落平緩，洪水造成的災(zāi)害損失相對(duì)較小。

2.3 冰凌阻塞

黑龍江省有些河流或河段在從低緯度流向高緯度，冬春季節(jié)由于上下游封凍和解凍時(shí)序的差異;有些河段有河道束狹、彎曲、淺灘處，易形成冰塞或冰壩，使江河水位陡漲，造成河水泛濫。冰凌洪水的特征是，流量不大但水位很高。黑龍江、嫩江及松花江下游冰壩河段屬山區(qū)性河流，這些河流比降落差大，河道彎曲束峽，流向、地形及受熱條件不同，冰蓋解體時(shí)間滯后，在倒開江時(shí)，上游匯入的冰水流量遠(yuǎn)大于斷面過(guò)流能力，而在封凍冰蓋前端擁擠，堆積而形成冰壩。冰壩形成的條件是:倒開河，Q入＞Q出，有彎曲，束峽、淺灘的河段，有充足的水量和冰量，即前期降雨量和河槽蓄水量充足，封江水位高，冬季積雪偏大，氣溫較低，冰蓋強(qiáng)度大。冰壩、冰塞形成擁高水位，形成洪水。

2.4 混合型洪水

以上3種洪水2種或3種混合，形成洪水，兼有混合的各類型洪水的特點(diǎn)。

3 凌汛洪水的特點(diǎn)

凌汛是冰凌對(duì)水流產(chǎn)生阻力而引起的江河水位明顯上漲的現(xiàn)象。產(chǎn)生凌汛的自然條件取決于河流所處的地理位置及河道形態(tài)。在高寒地區(qū)，河流從低緯度流向高緯度并且河道形態(tài)呈上寬下窄，河道彎曲回環(huán)的地方出現(xiàn)嚴(yán)重凌汛的機(jī)遇較多。這是因?yàn)楹恿鞣鈨鰰r(shí)下段早于上段，解凍時(shí)下段早于上段。而且冰蓋厚度下厚上薄。當(dāng)河道下段出現(xiàn)冰凌以后，阻攔了一部分上游來(lái)水，增加了河槽蓄水量，當(dāng)融冰開河時(shí)，這部分槽蓄水急劇釋放出來(lái)，出現(xiàn)凌峰向下傳遞，沿程冰水越聚越多，冰峰節(jié)節(jié)增大。當(dāng)上游的冰水向下游傳播時(shí)，遇上較窄河段或河道轉(zhuǎn)彎的地方卡冰形成冰壩，使上游水位增高。

3.1 流速緩，流量小

相對(duì)于無(wú)冰期的相同水位來(lái)說(shuō)，凌汛的洪水流速緩，流量小。特別是發(fā)生冰凌卡塞、冰壩時(shí)，水位高，冰塞、冰壩壅高水位，有些年份年最高水位出現(xiàn)在凌汛期;流速極為緩慢，由于河床中冰水混合物摩阻系數(shù)大，洪水波傳播速度較緩，流量小，與暢流期相比，K值一般為0.6～0.9，發(fā)生冰塞、冰壩時(shí)，K值只有0.2。

3.2 災(zāi)害重

凌汛嚴(yán)重于否，取決于河道冰凌對(duì)水位影響的程度，通常只有在河道中出現(xiàn)嚴(yán)重的冰或冰壩后，才會(huì)引起水位驟漲，造成嚴(yán)重的凌洪。凌汛危害主要有3方面:

1)冰塞形成的洪水危害。通常發(fā)生在封凍期，且多發(fā)生在急坡變緩和水庫(kù)的回水未端，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，逐步抬高水位，對(duì)工程設(shè)施及人類有較大的危害。

2)冰壩引起的洪水危害。通常發(fā)生在解凍期。常發(fā)生在流向由南向北的緯度差較大的河段，形成速度快，冰壩形成后，冰壩上游水位驟漲，堤防潰決，洪水泛濫成災(zāi)。1985年冰壩洪水黑龍江沿岸絕大部分房屋進(jìn)水，農(nóng)田被淹。被淹被毀房屋4 539間，耕地24.5 hm2，沖走木材7.2萬(wàn)m3，沖毀堤壩30處共34.64 m，包括牲畜、糧食、農(nóng)機(jī)物質(zhì)等損失達(dá)數(shù)千萬(wàn)元。

3)冰壓力引起的危害。冰壓力是冰直接作用于建筑物上的力，包括由于流冰的沖擊而產(chǎn)生的動(dòng)壓力，由于大面積冰層受風(fēng)和水剪力的作用而傳遞到建筑物上的靜壓力及整個(gè)冰蓋層膨脹產(chǎn)生的靜壓力。

3.3 發(fā)生平率高

黑龍江省位于我國(guó)高緯度地帶，冬季漫長(zhǎng)，氣候寒冷。該區(qū)容易發(fā)生冰凌洪水的河流主要集中在北緯46°以北的黑龍江上游河段、松花江依蘭以下河段以及嫩江上游河段。黑龍江上游是冰凌洪水的高發(fā)區(qū).局部河段的卡塞幾乎每年都有，具有一定規(guī)模的冰壩平均每3 a發(fā)生一次。松花江干流依蘭以下河段，也是冰凌洪水的高發(fā)區(qū)，據(jù)依蘭水文站35 a (1954～1988年)資料統(tǒng)計(jì).年最高水位出現(xiàn)在凌汛期占31% 。嫩江上游冰凌洪水也很頻繁.根據(jù)歷年水位資料統(tǒng)計(jì)，上游石灰窯～庫(kù)漠屯河段年最高水位出現(xiàn)在凌汛期的超過(guò)40%。

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