北京房山区“23·7”特大暴雨灾害的成因及启示.pdf

中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE“23 7”BASIN-WIDE EXTREME FLOODOct.2023 NO.10 VOL.332023年10月 第10期 第33卷北京房山区“23 7”特大暴雨灾害的成因及启示张启义（1.中国水利水电科学研究院，北京100038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心（水旱灾害防御中心），北京100038）摘要：受2305号台风“杜苏芮”影响，北京房山区“23 7”暴雨历时长、雨强大，累计降雨量达到627.1 mm。房山区河道在“23 7”特大暴雨灾害中全部行洪，其中拒马河、大石河超标准行洪，大石河最大洪峰超200年一遇。超标准洪水对河道防洪体系造成较大冲击，洪水破坏的主要特征是上冲下淹，上游以山洪灾害为主，洪水携带大量漂浮物，冲击力大；下游以洪涝灾害为主，淹没水深大、历时长、淤积厚度深。“23 7”特大暴雨灾害暴露出我国超标准洪水的防御存在明显短板，应在强化洪水灾害隐患排查的基础上，大力加强洪水预报预警能力建设，以数字孪生和预报、预警、预演、预案“四预”为抓手，提升洪水灾害的预测能力、预警能力、感知能力和处置能力。关键词：海河“23 7”流域性特大洪水；台风“杜苏芮”；山洪灾害；超标准洪水；2012年“7 21”暴雨；北京房山区中图法分类号：TV122文献标识码：A文章编号：1673-9264（2023）10-43-05收稿日期：2023-10-13作者信息：张启义，男，正高级工程师，E-mail：。DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2023407张启义.北京房山区“237”特大暴雨灾害的成因及启示J.中国防汛抗旱，2023，33（10）：43-47.ZHANG Qiyi.The cause and enlightenment of the 23.7 extremely rainstormdisaster in Fangshan District of Beijing CityJ.China Flood&Drought Management，2023，33（10）：43-47.（in Chinese）1 研究背景北京房山区地处北京市西南部，北邻门头沟区，南与河北涿州市接壤，东部和东北部同大兴区、丰台区毗邻，西邻河北涞水县、易县，总面积2 019 km2。房山区处于华北平原与太行山交界地带，地势西北高、东南低。西北部为山区，最高峰海拔2 035 m；东南部为平原，地势最低处海拔仅26 m。以100 m等高线为界，西北部山区面积1 327 km2，占全区总面积的66%；东南部平原面积692 km2，占全区总面积的34%。房山区属海河流域，境内流域面积在200 km2以上的较大河流有4条，分别是永定河、小清河、大石河和拒马河。永定河是海河北系最大的一条河流，发源于山西高原和内蒙古高原，卢梁段河道在房山区东部边缘穿过，河道中心线以西及部分右堤位于房山境内，河道长26 km，房山区段永定河右堤按洪水流量2 500 m3/s设防，设计超高1.5 m。小清河是海河流域大清河水系北拒马河的支流，发源于北京丰台区长辛店乡西北部，流经房山区东部平原的新城良乡组团、长阳镇、良乡镇、窦店镇，在琉璃河镇八间房村出境，于河北涿州市码头镇南汇入北拒马河，房山区段河道长29 km，其右堤按50年一遇洪水位加2.0 m超高设防，其余支流按20年一遇洪水设防。大石河又称琉璃河，为北拒马河支流，是房山境内最长的河道，发源于房山区霞云岭乡堂上村，沿北部山区流经佛子庄乡、河北镇，自青龙湖镇漫水河村出山后南下，经新城燕房组团、阎村镇、窦店镇和石楼镇，在琉璃河镇转向东，于路村南出境汇入北拒马河，房山境内主河道总长125.4 km，大石河干流上游山区段防洪标准为10年一遇，下游平原段防洪标准为20年一遇，支43CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE“23 7”BASIN-WIDE EXTREME FLOODOct.2023 NO.10 VOL.332023年10月 第10期 第33卷北图例km主河道区界大堰台沟大石河拒马河马鞍沟牤牛河周口店河夹括河小清河刺猬河哑叭河大石河流域大石河流域拒马河流域拒马河流域小清河流域小清河流域0 3 6121824流按10年一遇到20年一遇洪水设防。拒马河为大清河北支主要支流，发源于河北涞源县北部山区，在十渡镇大沙地附近进入北京房山区境内，自西向东流经十渡、张坊、大石窝3个乡（镇）及其平峪村、六渡村、十渡村，穆家口、千河口等村，至张坊站出山后，于下游铁索崖（落宝滩）分为南、北两支，南支称南拒马河，进入河北省；北支称北拒马河，流经北京市和河北省，拒马河的防洪标准为10年一遇到20年一遇，其中，乡（镇）按20年一遇标准设防，农村等按10年一遇标准设防。房山区经济较为发达的平原区主要分布在小清河流域和大石河流域下游。房山区已建水库8座，其中中型水库3座，小（1）型水库2座，小（2）型水库3座。8座水库控制房山山区面积的30%，基本建在支流上，流域面积较大的小清河、大石河和拒马河（永定河除外，房山境内无其流域面积）干流均无控制性工程。房山区地形地貌及主要河流分布图如图1所示。2“23 7”特大暴雨的雨水情特征2023年7月29日起，受台风“杜苏芮”残余环流与副热带高压、2306号台风“卡努”水汽输送、地形综合作用等影响，北京市及周边地区出现灾害性特大暴雨天气。持续降雨引发了特大洪水，给房山区带来了严重的洪涝灾害。从监测数据看，“237”特大暴雨的雨水情主要具有以下两个特征。（1）降雨历时长、强度大、总量高。北京市本次降雨过程从7月29日20时持续至8月2日7时，总历时83 h，约为北京市 2012年“721”暴雨历时的 4.15倍。最大 24 h（7月30日11时至31日11时）降雨量370.7 mm，达特大暴雨量级。有 41 h 最大雨强超过 20 mm/h，占总降雨时长的49.4%。最大小时雨强出现在7月31日910时北窖村委会，达115 mm/h。全市平均降雨量达到331 mm，是常年平均降雨量的60%，房山区平均降雨量则达到了627.1 mm。北京市“237”和“721”暴雨雨情对比见表1。（2）洪水来势快、量级大、峰值高。永定河流域卢沟桥最大洪峰流量为1925年以来最高值，从1 000 m3/s上涨到峰值 4 650 m3/s 仅 2 h。大石河漫水河站最大洪峰流量5 300 m3/s，是有实测资料以来的最大值，约为“721”暴雨的4.86倍，洪量约为“721”暴雨的9倍。拒马河张坊站最大洪峰流量7 330 m3/s，位列有实测资料以来历史第2位3，约为“721”暴雨的2.61倍，洪量约为“721”暴雨的4倍。北京市不同站点“237”“721”暴雨水情对比见表2。3“23 7”特大暴雨灾害的水毁情况“237”强降雨，致使房山区16条中小河道179处堤防岸坡、40条山洪沟、7座中小型水库不同程度水毁，其他水毁约 3 533处（包括237处供水设施、139处镇村污水处理厂站、76座塘坝、71处雨洪利用工程、89条小流域、2 921处取水口计量设施），水利工程（设施）直接经济损失约100 亿元。（1）河道水库。房山区管辖16条中小河道179处堤防对比项目整体特点降雨历时/h全市平均降雨量/mm最大点降雨量/mm最大小时降雨量/mm房山区平均降雨量/mm“237”暴雨历时长、强度大、总量高833311 000以上100以上627.1“721”暴雨历时短、强度大、总量高201705411952301站点漫水河站张坊站暴雨洪峰流量/（m3s-1）“237”5 3007 330“721”41 0902 800图1 房山区地形地貌及主要河流分布图表1 北京市“23 7”和“7 21”暴雨雨情对比表表2 北京市不同站点“23 7”“7 21”暴雨水情对比表44中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE“23 7”BASIN-WIDE EXTREME FLOODOct.2023 NO.10 VOL.332023年10月 第10期 第33卷岸坡发生不同程度水毁，受损河道长度约179 km，其中拒马河山区段44 km、大石河山区段69 km、周口店河山区段14 km全部水毁。大石河滨水公园、琉璃河湿地公园受损严重。40条山洪沟发生不同程度水毁，造成边坡冲毁、挡墙损坏、沟道淤堵严重。3座水闸受损、15个橡胶坝水毁、7个橡胶坝受损、264台防汛信息化设备失去功能。房山区内7座中小型水库均有不同程度水毁，包括崇青、天开、鸽子台、丁家洼、龙门口、大窖、西太平7座中小型水库水文、自动化监测设施、库区及坝坡坡面、溢洪道挡墙等水毁。（2）供排水设施。房山区19座乡（镇）供水厂、17个乡（镇）218 个村农村供水设施不同程度水毁。包括水源井321套远传设备、61处水尺、15套地下水监测设施等损毁。19座供水厂输配水管线、供水生产设备、安防技防物防系统等损毁。胜天渠渠道淤积4.1 km，浆砌石基础冲毁及渗漏 14 处，穆家口上方山体塌方1处，多处闸坝及配套设施冲没等。城镇排水方面，有35座污水处理厂站水毁，包括厂区淤积，电器设备、在线监控设备、鼓风系统、厂房、构筑物、进出水管线、道路等水毁。19个乡（镇）78个村104处污水处理站水毁，包括设备间进水、污水处理设备损坏、管线淤堵等情况。23个乡（镇）304个村1 500 km排水管线不同程度受损淤堵。（3）水生态类。房山区15个乡（镇）89条小流域、76座塘坝、71处雨洪利用工程、2 921处取水口计量设施受损，包括护坡、挡墙被冲毁，梯田田坎冲毁，沟道严重淤积，田间生产道路冲毁等。4“23 7”特大暴雨灾害的成因分析（1）极端强降雨诱发特大洪水，超过水利工程现状防洪能力。极端强降雨使大石河漫水桥站最大洪峰流量达到了5 300 m3/s，超过200年一遇；拒马河张坊站最大洪峰流量7 330 m3/s，位列有实测资料以来历史第2位，超过30年一遇5。然而，对房山区影响最大的大石河，防洪标准仅为10年一遇到20年一遇，其中干流上游山区段防洪标准为10年一遇，下游平原段防洪标准为20年一遇，支流防洪标准为10年一遇到20年一遇；拒马河的防洪标准也为10年一遇到20年一遇。由此可见，本次降雨及其产生的洪水超过主要防洪工程现状防洪能力，即使现有防洪工程不存在任何缺陷，洪灾的发生也是不可避免的。（2）特殊下垫面条件产生大量泥沙和漂浮物，增强洪水破坏力。房山区土壤质地主要以黏土、壤黏土为主，约占土地总面积的76.8%。房山区长年降水量偏少，平均年降水量582.8 mm，主要分布于78月6，并且地下水位较低，上游山高坡陡，表面土壤单薄，植被条件较差，土壤极易流失7。加之20世纪80年代，房山区掀起“挖矿热”，对生态环境造成较大破坏。虽然2019年前后房山煤矿全部退出，但生态修复任重道远，遇到大暴雨，矿山矿渣等极易形成泥石流。房山区特殊的下垫面条件和集中降雨的特征，使得大暴雨期间容易产生枯树、枯叶、秸秆等大量漂浮物，增大洪水破坏力，且洪水含沙量高，加重了河道特别是下游平原区的淤积。“237”暴雨期间，大石河、拒马河上游大量跨河桥梁遭到冲毁，漂浮物的冲击力“功不可没”。下游洪泛区内的淤积，普遍达到0.5 m以上，个别地区甚至超过3 m，都与房山区“易产沙”的下垫面条件有关。（3）流域缺乏控制性工程，防洪处于被动局面。目前来看，房山区主动调洪能力较弱。房山区共有水库8座，包括中型水库3座，小型水库5座，8座水库仅控制房山山区面积30%。具有调洪能力的3座中型水库基本建在支流上，而流域面积较大的小清河、大石河和拒马河干流均无控制性工程。按照 北京市房山区防洪规划报告（2016年），计划在大石河修建二道河水库，该水库建成后，通过削减山区洪峰流量，可减少下泄洪量，使下游河道堤防标准由20 年一遇提高到50年一遇，确保河道中下游地区燕房组团、京广铁路、京石高速公路防洪安全。在拒马河上还规划有张坊水库，以提高拒马河山区洪水控制能力。这两座控制性工程均未修建，使得大石河、拒马河只能依靠现有堤防工程被动防洪。洪水一旦超过防洪标准，即只能陷入被动的局面8。（4）对超标准洪水预报预警能力不足，防洪决策缺乏有效支撑。经过2012年“721”洪水的洗礼，房山区在应对极端洪水方面还是非常有经验的，群测群防体系相对较为完善。上游山洪灾害防治区在每年汛期到来之前，均会组织村民进行防洪演练，在“237”暴雨到来之前，各地群众转移工作有条不紊。然而，各村镇在决策转移范围时，却遇到了很大困难：一是不能获得未来降雨的准确预报；二是45CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE“23 7”BASIN-WIDE EXTREME FLOODOct.2023 NO.10 VOL.332023年10月 第10期 第33卷尽管主观感觉本次降雨会很大，但无法估计最大淹没范围。很多村镇在转移群众时，主要是参考“721”洪水的最大淹没范围，有的甚至将历史上最高的“638”洪水位以下范围的群众全部转移了，但当“237”洪水真正到来时，才发现洪水超过历史最高水位甚至还在继续上涨，使得一些群众转移工作措手不及。超标准洪水预报预警能力的不足，对防洪决策带来了很大困难9。（5）防洪工程局部存在缺陷，成为洪水破坏的突破口。房山区上游为山区，下游是平原，所以，洪水破坏的特征是“上冲下淹”。经过多年的治理，房山区主要河道均较为宽阔，河道上特别是下游的阻水建筑物较少。但随着社会经济的发展，人水“争地”的现象仍然存在，这种行为在上游山区特别突出，在局部河段存在较为严重的阻水建筑物（图2）。在平原区，有的堤防比较老旧，堤身单薄，容易坍塌和溃决，如本次淹没时间较长的琉璃镇，防洪堤大多修建于20世纪六七十年代，年久失修，被洪水冲溃。另外，穿堤建筑物也是本次堤防溃决的主要原因之一，很多穿堤建筑物与堤防连接不密实，洪水淘刷，容易造成溃决。个别堤段存在豁口，也是造成洪水泛滥的原因之一。（6）对极端洪水破坏的估计不足，抗洪抢险陷于被动。“237”洪水造成的淹没超出了很多人的预期，其破坏性是相当惊人的。洪水对沿河的交通设施造成了极大破坏，桥梁被冲毁，路基被冲塌，致使一些村落成为孤岛，救援车辆和物资难以抵达，北沟的108国道甚至在降雨停止一周后才完全抢通。洪水对电力系统造成了严重破坏，一些沿河的电线塔被冲倒，输电线路遭到破坏，一些关键的变电设施被洪水淹没，造成电力中断。电力中断使得维系村镇正常运行的保障措施如自来水厂、污水处理厂、通信网络等完全“停摆”，造成灾区人民群众生活困难，一些村落在大暴雨发生3 d后才完全“复连”。极端洪水造成的“四断”（断路、断电、断水、断网），迟滞了抗洪抢险的进度。（7）平原区排涝能力不足，延长了洪水淹没时间。位于房山平原区的城关、良乡组团建成区内现状雨水管道建设年代久远，标准普遍较低，最低仅为1年一遇，排洪能力较低。现有排涝泵站标准偏低、设备老旧10，“237”特大暴雨期间，多数排涝泵站的配电柜受淹，无法正常运行。排涝站、排洪闸的布局不合理，使得部分闸门不能及时启闭。有的泵站由于道路隔断，无法维修。平原区排涝能力的不足及排涝设备不能及时有效运行，延长了局部区域洪水淹没时间11-12。（8）流域上下游不协调，增加抗洪抢险的难度。房山区控制流域面积在200 km2以上的4条较大河流均为跨省（直辖市）河流，其中永定河跨5省（直辖市）；大石河发源于房山区，下游是河北省；拒马河发源于河北省，流经房山区，下游也是河北省；小清河发源于北京丰台区，下游是河北省。房山区跨省（直辖市）河流洪灾的严重程度，一方面取决于上游（区外）对洪水的调控能力，另一方面又受制于下游（区外）洪水的排泄能力。“237”暴雨期间，由于大石河河北段排洪能力不足，洪水顶托，使得房山段洪水上涨较快。降雨停止后，在房山区与河北省接壤的部分区域，由于下游洪水倒灌，洪水退水较慢，致使部分水毁工程无法抢修，增加了抗洪抢险的难度。5“23 7”特大暴雨灾害的启示“237”暴雨致使房山区大面积受灾，造成了较大的经济损失。分析房山区“237”特大暴雨灾害的成因，结合近年来各地发生的洪水灾害，可以发现我国河道防洪主要存在以下几方面的问题。（1）超标准洪水防御存在明显短板。北京市 2012年“721”洪水，郑州市2021年“720”洪水，以及北京市“237”大暴雨均暴露出，超标准洪水防御是我国防洪工程体系的软肋。随着全球气候的变化，可以预见，极端天气发生将更加频繁，防洪工作将面临更大挑战。提升超标准洪水的应对能力，是未来一段时期我国防洪工作的重点工作内容之一。图2 典型阻水建筑物46中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE“23 7”BASIN-WIDE EXTREME FLOODOct.2023 NO.10 VOL.332023年10月 第10期 第33卷（2）中小河流洪水灾害隐患排查和风险评估缺失。近年来，我国集中精力开展了山洪灾害调查评价工作及重点江河的防洪风险图编制，全面揭示了山洪灾害和重点江河的风险分布，提升了山洪灾害和主要江河的防洪能力。但是，“237”特大暴雨揭示流域面积在2003 000 km2的中小河流存在较高的洪水风险。目前，我国尚未对中小河流洪水灾害隐患展开全面排查，中小河流的洪水风险评估还是一片空白。（3）洪水灾害监测预警和感知能力存在明显漏洞。尽管我国近20年来在洪水灾害监测预警和感知能力方面获得了大幅提升，但“237”特大暴雨灾害显示出，极端暴雨条件下，我国洪水灾害监测预警体系存在明显漏洞。比较明显的是，在极端的“四断”条件下，监测预警和洪灾感知体系存在防洪标准和测洪标准偏低的现象，尚未全面提供灾害预警和防洪抢险决策支撑。因此，我国现阶段洪水灾害防治应加强暴雨洪水特别是超标准洪水的监测预警工作，筑牢防汛工作的“第一道防线”，强化山洪灾害防治和中小河流洪水灾害隐患排查，全面评估中小河流面临的洪水风险，提升平原城市的排涝能力，加强极端洪水灾害感知能力和应急处置能力建设，以数字孪生和预报、预警、预演、预案“四预”为抓手，进一步提升洪水灾害的预测能力、预警能力、感知能力和处置能力。参考文献1 胡晓静，吴敬东，叶芝菡，等.北京“2012.7.21”暴雨洪灾调查与影响因素分析J.中国防汛抗旱，2012，22（6）：1-3，30.2 刘俊灵.2012年北京“7 21”暴雨重灾区泥石流调查研究D.北京：北京林业大学，2017.3 杨忠山，白国营.北京城市水文应对7.21特大暴雨的经验与思考C/水利部水文局，国际水文计划（IHP）中国国家委员会，国际水文科学协会（IAHS）中国国家委员会，中国水利学会水文专业委员会.中国水文科技新发展2012 中国水文学术讨论会论文集.2012：551-558.4 杜龙刚，白国营，杨忠山，等.北京“7 21”暴雨与“63 8”暴雨对比分析J.北京水务，2012（5）：14-15.5 杨进怀，丁跃元，刘大根.北京“7 21”特大暴雨自然灾害的启示与对策思考J.中国水利，2012（17）：29-31.6 潘安君.北京“7 21”特大暴雨山洪泥石流灾害应对与反思J.中国减灾，2013（3）：18-19.7 王海芝，曾庆利，许冰，等.北京“7 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