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河流洪水與人類關係密切,它既帶來災難,也提供資源。隨著社會的發展,物質財富的積累,河流洪水日益為人重視。

 

1 河流洪水 -正文

  
  分類  河流洪水根據產生的原因,主要可分為:暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、山洪、泥石流和潰壩洪水等。在河口區則有潮汐洪水和由風暴潮、地震海嘯引起的洪水等(見海岸洪水)。
  暴雨洪水  由降雨所形成的洪水,簡稱雨洪。世界上大多數河流屬於雨洪河流。影響雨洪特性的因素是:暴雨範圍、強度、歷時、分佈和暴雨中心位置,流域形狀、土壤、地形地貌和植被,以及人類活動的影響等。雨洪季節也與氣候、地理位置有關。如中國河流雨洪大多在4~10月,基本是由南向北發展。美國密西西比河洪水,主要發生在冬末春初,最大洪水一般在1~3月,其下游最大洪水多在4月。南美洲亞馬孫河,大洪水的發生有兩個季節,即3~6月和10~11月。歐洲多瑙河洪水發生於6~9月。非洲尼羅河中下游為6~10月。暴雨洪水對人類影響最為廣泛,造成的災害損失也最多。
  融雪洪水  簡稱雪洪,主要發生在高緯度地區和高山地區。影響雪洪過程的主要因素是:融雪率(一定場地單位時間融雪產水量),以及積雪面積、雪深、雪密度、持水能力和雪面凍深、融雪熱量(其中大部為輻射熱),積雪場地的地形地貌、方位、氣候和土地使用情況。融雪率在一般情況下,小於暴雨產水強度,而融雪歷時又往往長於暴雨歷時,同時雪蓋對融雪水有滯留作用。因此與洪水總量相同的雨洪相比,融雪產生的洪峰相對低平,歷時則相對較長。因其過程受日融雪不均勻影響,小河流洪水過程線呈鋸齒狀。雪洪又可分為兩類。①積雪融化洪水:如中國東北部分地區、蘇聯、北歐、北美部分地區。②融雪與降雨混合以融雪為主的洪水:這類洪水受積雪場地氣候及其他條件的影響,情況比較複雜,其過程與單一融雪洪水大不相同。它可能比純雪洪洪峰更平緩,歷時更長,降雨可能直接加高洪峰,增大洪量。由於雪洪的流域融雪範圍內熱量變化相對較小,暴雨區的暴雨變化大,因此雪洪的年際變化和年內變化都較雨洪為小。
  冰凌洪水  在中高緯度地區有冰凌活動的河流,在氣溫開始上升期間或封凍初期發生,一般可分為:冰壩洪水與冰塞洪水。冰壩、冰塞洪水水量雖不大,但可能造成年最高水位(見防凌)。如中國松花江與黃河都有冰凌洪水,歐洲的易北河在德意志聯邦共和國境內河段有冰壩冰塞洪水。
  潰壩洪水  (見潰壩洪水)。
  山洪  山區溪河或乾溝中暴雨引起的突發性暴漲迅落的洪水(見山洪)。
  泥石流  山地溪溝暴雨引起的飽含大量泥沙石塊的突發性下泄水流(見泥石流)。
  形成及影響因素  由於降水、融雪(融冰)而產流,通過地表經坡地匯流、河網匯流和地下匯流,繼而進入河槽下泄形成洪水。
  洪水特徵值  ①洪水位:包括洪水過程的水位最高值,即洪峰水位,以及不同重現期的洪水位和多年平均洪水位等。②洪峰流量:即一次洪水流量過程的流量最大值,不同重現期的洪峰流量和多年平均洪峰流量等。③洪峰傳播時間:即洪峰從上一個河道斷面到下一個斷面間經歷的時間。④洪水漲落率:即單位時間內洪水位上漲或下落的幅度。⑤洪峰流量模數:即斷面洪峰流量與該斷面以上流域面積的比值,單位以L/(s·km2)計。⑥洪水歷時:即一次洪水從起漲至退落到基流所經歷的全過程時間。⑦洪水總量:即一次洪水過程或一個洪水期洪水量的總和。⑧洪水過程線:用曲線表示流量或水位從起漲到退落隨時間的變化過程,用以描述流域一次暴雨、連續暴雨或冰雪融化流量(水位)過程(圖1)。其形略似山峰狀,一般可分為漲水段、峰頂和退水段。洪水過程線的形狀主要與流域面積和形狀、河谷條件、 流域植被、 地表地貌、土壤、暴雨中心位置、暴雨過程及冰雪融解以及河道水力因素、河網調蓄、湖泊調蓄等因素有關。同一個斷面的洪峰水位與洪峰流量,大多不在同時出現,除易受沖刷河段外,一般是洪峰流量先出現,洪峰水位后出現(圖2)。
河流洪水河流洪水
 
河流洪水河流洪水
  洪水傳播和河槽調蓄  由於河流水面坡降和水體的重力作用,洪水波向下游傳播,其運動一般屬於非恆定流(見明渠非恆定流)。洪水波沿著天然河道向下游傳播時,表現為洪水波運動中的展開與扭曲形態。如圖3中A1S1C1前進到A2S2C2SC為波前也稱漲洪段,AS為波后也稱落洪段。這種波長不斷增長,波高不斷減小的現象(即A1C1河流洪水A2C2),h1河流洪水h2),稱為洪水波的展開。又洪水波在遞進中,波前長度不斷減小,附加比降(即波前上某一點的比降i與相同水位穩定流比降i0之差)不斷增加,波前水量不斷向波後轉移,稱為洪水波的扭曲。這種展開和扭曲不斷地連續發生,並導致洪水波變形,在河槽斷面較均勻的情況下,其主要原因是附加比降的作用。如果河槽斷面沿程變化,或有水流加入或分出,則洪水波的變形更為複雜。某一河段沒有支流加入,其槽蓄量逐漸增加時,其下游斷面的流量值小於上游斷面的流量值(圖4);反之,河段內槽蓄量減小時則下游斷面的流量大於上游斷面的流量。有湖泊調蓄的河段,則下游峰型變得較平坦,中國長江洞庭湖口下游和鄱陽湖口下游斷面的流量過程線峰型變化即極為明顯。
河流洪水河流洪水
 
河流洪水河流洪水
  洪水遭遇  支流及區間洪水的發生和演進與幹流或其他支流洪水相匯合,使洪水增大或洪峰疊加,從而使洪水特徵發生變化,稱為洪水遭遇。如河段有支流洪水加入或者分流時,則一次洪水過程線的洪峰流量、洪水總量、洪水歷時將發生相應的變形,即可能使入流斷面的單一洪峰,在出流斷面處洪水的過程線呈複式或多峰的形狀。幹流與支流洪水遭遇時,在匯流入口處以上河段,出現壅水現象。感潮河段的洪水,因受潮汐的影響,河段水位有不同程度的抬高或降低。平原河網地區,水系相互交織,洪峰相遇時,互相頂托、干擾致使流向不定,水流紊亂。水力坡降平緩的河段,壅水現象尤為嚴重。流域內支流分佈如扇形的河流如中國的海河(見海河防洪),容易發生洪水遭遇,甚至出現洪峰疊加。
  泥沙情勢  絕大多數河流的含沙量與輸沙量高值多集中在汛期。如中國黃河7~9月輸沙量約為全年的85%左右,三門峽站年平均輸沙量16億t。長江5~10月輸沙量約為全年的95%左右,宜昌站多年平均輸沙量5.3億t。河流輸沙量過程線與同站流量過程線大致相似,沙峰也多在洪峰時出現。中國西北乾旱地區的河流,沙峰多在春汛高峰稍前出現。北方有的河流全年的輸沙量,往往主要由江河洪水的幾次沙峰組成,可見洪水與泥沙有密切關係。暴雨洪水與泥沙的關係,主要表現在:暴雨強度越大,侵蝕力越大,導致含沙量也越大,暴雨若降在沙源豐富或者易被侵蝕的地區,會增加河流含沙量。如黃河中游內蒙自治區托克托縣河口鎮至陝西省潼關段佔全河來沙量的90%左右。河流泥沙是資源,因長年淤積,構成河流中下游平原、河流三角洲肥沃的土地。另一方面,上游水土流失,對生產、生態不利,同時由於泥沙對中下游平原河道不斷淤積,河道過洪能力日益減少,安全泄量相應降低,泥沙淤積也使天然湖泊的調蓄能力日益萎縮,因而洪災增加,有的河流演變成為兩岸地面低於河床的地上河,如中國的黃河,洪災威脅日益嚴重。
  洪水的周期性和隨機性  暴雨洪水或融冰雪洪水,與氣候變化、天氣情況都緊密相連,且有明顯的季節性。在中國,河流洪水的形成主要是暴雨,其主要發生在夏秋兩季,規律性比較強,習慣地把這段洪水時間稱為伏汛(夏汛)期和秋汛期,通稱為伏秋大汛或簡稱大汛。中國南方的河流早春降雨和黃河冰雪融化發生的洪水,一般稱為春汛或桃汛(見防汛)。這樣的情況,每年基本上都按季節發生,是較明顯的一年期周期性,但因為影響洪水的因素是多方面的,組合是千差萬別,在同一河流的不同年際發生的洪水差異又很大。由於氣象或天氣有正常和異常之分,故可能出現大洪水、一般洪水和小洪水,即洪水具有不重複性和隨機性。特大洪水出現的機率比較小,普通洪水出現的機率大。這一特徵常用重現期表達,如5年一遇、10年一遇、100年一遇、1000年一遇洪水等。
  參考書目
 華東水利學院編:《水力學》,上冊、下冊,科學出版社,北京,1983。
 R.Ward,Floods, Macmillan, London, 1978.
 K.K.Framji and B.C.Garg,Flood Control in the World──A Global Review,ICID,New Delhi, 1976.

 

2 河流洪水 -配圖

 

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