华北平原旱涝事件集合应对战略研究

第1章 华北平原旱涝历史、现状及演化趋势研究 1.1 华北平原简介 华北平原是中国第二大平原，位于32°N～40°N，114°E～121°E，西起太行豫西山区，东邻黄海、渤海、山东丘陵，北和燕山接壤，西南至桐柏山、大别山，东南与苏皖北部相邻，长江中下游平原也与其相连，跨越黄河、海河、淮河等流域。华北平原面积约为31万km2，延展至北京、天津、河北、山东、河南、安徽、江苏五省两市。华北平原属暖温带大陆性季风气候，四季变化明显，冬季寒冷干燥，降水时空分布不均，农作物大多为两年三熟。华北平原自然资源和人文资源丰富，自古以来就是我国人口密集、城市化、工农业发达的地区，同时也是中国的历史文化中心及当今中国的政治、经济、文化和交通中心。 华北平原区域特征不同，因此可分为四个平原：辽河下游平原、海河平原、黄泛平原和淮北平原，本书研究以华北平原面积*大的亚区——海河平原为研究区。海河平原被称为黄海平原，是中国粮棉的重要产区，其南方是黄河，北方是燕山，西方是太行山，南北横越500多千米，有着“千里平原”的美称，小麦、玉米可以一年两熟，棉花也是其主要作物。 华北平原旱涝灾害的形成与其自然环境和社会环境有着密切的关系。干旱、洪涝的发生主要由气候和地理等自然因素所决定，而其灾害的发生则与人类社会活动相联系。因此，需要从自然环境和社会环境两个方面来论述华北平原旱涝灾害的形成背景。 1.1.1 地理位置及地形地势特征 海河平原面积约为13.1万km2，是华北地区的主要农业区。南起黄河，北至燕山，东与渤海相接，西达太行山。海河及其五大支流白河（潮白河）、永定河（桑干河）、大清河（唐河）、滹沱河（子牙河）、大运河（卫河），地势低洼，大部分平原地区分布在河北省境内，故称为海河平原或河北平原。本研究中海河平原面积共计131 036km2，水资源计算分区划分为4个二级区、5个行政区，包含了河北大部分地区和天津、北京地区及黄河西侧的山东部分地区和黄河北部的河南地区，详见表1-1。 表1-1 海河平原研究面积（单位：km2） 海河平原周边的山地有燕山和太行山。燕山山脉分布于平原的东北部，东起冀辽边界，止于北京西北部，呈东西走向，山脊高程为1400～1600m；太行山山脉由北向南，折向西南，经河北、山西，*后进入豫北西部，山脊高程为1700～2000m。在燕山以南、太行山以东贯穿着一条高程为600～1500m的山脊线，形成了输送海洋水汽到平原内陆的屏障。以这条山脊线为界，山区与丘陵分布在此线的南方和东方，称为迎风山区。 海河平原北部以燕山南麓50m高程线为界，西部以太行山东麓100m高程线为界，南部以金堤河及其以下黄河左堤为界，东邻渤海湾。由于成因、形态特征和地质特点的不同，海河平原又可以分为山前冲积洪积平原（山前平原）、中部冲积湖积平原（中部平原）和滨海冲积海积平原（滨海平原）。山前平原高程一般为50～100m，其面积占平原区的40%；中部平原高程一般为10～50m，其面积占平原区的50%；滨海平原高程一般在10m以下，其面积占平原区的10%。在山前平原和中部平原之间，分布有河流的交接洼地，如卫河中游洼淀、漳河大名泛区、滏阳河永年洼、大陆泽、宁晋泊、滹沱河献县泛区、大清河白洋淀、永定河泛区、蓟运河青甸洼、盛庄洼、陡河草泊洼等，这些洼地可发挥滞洪调蓄作用。海河平原总的地势是西侧较东侧高，因此地面坡度也随之变化，由山前平原的1‰～2‰，逐渐平缓到中部平原的0.5‰～1‰，至滨海平原的0.1‰～0.3‰。而位于平原中东部的徒骇马颊河由于水资源稀缺，需要引黄河水进行农业灌溉及生产，因此本研究将研究区分为山前平原、中东部平原及引黄灌区进行旱涝应对研究的分析，如图1-1所示。 图1-1 海河平原分区示意图 1.1.2 河流特征 华北平原上有海河、滦河和徒骇马颊河水系。海河为区域内的主要水系，有漳卫南运河、子牙河、大清河、永定河、北运河、潮白河和蓟运河7条支流，除此之外，平原排水河道，如黑龙港地区的南北排河等也应当纳入。海河水系支流无数，*长的是约1050km的漳卫南运河，这些支流大都由西南、西、西北三个方向流向天津，汇合为干流称为海河，海河的干流约73km，东流入渤海。海河水系有南北之分，南系有漳卫南运河、子牙河和大清河，也称南三河；北系有永定河、潮白河、北运河、蓟运河，也称北四河。除此之外，海河水系中有两条单独出海河道，分别是徒骇马颊河和滦河。海河平原河流水系分布如图1-2所示。 图1-2 海河平原河流水系分布 华北平原发源于山区的河流可分为两大类：一类是发源于内蒙古高原和太行山、燕山山脉背风山区的河流，穿越太行山燕山峡谷，然后流入平原，此类河流相对源远流长，水系集中，较易控制；一部分流域面积位于背风山区，洪峰模数相对较小，但各河上游流经黄土高原，洪水挟沙甚多，致使下游善淤善徙。滦河、潮白河、永定河、滹沱河、漳河属此类型。另一类是发源于燕山、太行山迎风山区，其支流分散，源短流急，流域调蓄能力小，洪峰模数相对较大，含沙量较少，洪水多先入交接洼地（如宁晋泊、大陆泽、白洋淀等）然后下泄。卫河、滏阳河、大清河、北运河和蓟运河属于此类型。两类河流自东北向西南呈相间分布。华北平原的河流另一特点是，山区河道和平原河道几乎直接交接，而平原河道又是地上河，或半地上河。上游山区洪水来势凶猛，下游河道宣泄不及，往往泛滥成灾，并形成上游洪水与当地涝水争道、相互顶托的局面。 1.1.3 大气环流特征 位于半湿润气候区的华北平原深受东亚季风的影响，季风的年际变化较大，从而导致产生频繁的洪涝灾害。对于华北平原的季风降水而言，其影响因素主要有两方面，一方面是副热带和热带环流的影响，另一方面是中高纬度环流和与其联系的冷空气活动。 本研究给出了华北平原地区夏季7个严重雨涝和7个严重干旱年份北半球500hPa高度场距平合成图，如图1-3所示，由图1-3（b）可见，中高纬度在亚洲为广大正距平区。这种环流形势不利于华北平原地区的降水，易出现干旱。 图1-3 华北平原地区夏季7个严重雨涝和7个严重干旱年份北半球500hPa高度场距平合成图 在华北夏季干旱的年份中，阻塞形势在中高纬度地区的东西伯利亚和东亚盛行，东西伯利亚或鄂霍次克海地区存在着高压，在中国的东北和华北北部存在着南侧的低压。很显然，西风急流产生的强风区分布在阻塞高压西侧的南北两翼。华北平原位于两支锋区之间的弱锋区，为高压坝活动区，因此，在西北气流的控制下，干旱少雨。 在华北夏季严重雨涝的年份中，欧亚中高纬度地区出现“两脊一槽”的型式，在贝加尔湖附近为一高压脊，在乌拉尔山附近为一深槽，呈现东高西低的分布［图1-3（a）］。在这种稳定的基本环流条件下，冷槽中不断有冷空气分裂南下，与暖湿季风气流交换，形成有利于持续多雨的大尺度环流形势 (王丽华和陈乾金，2000;朱玲等，2011)。 孙安健和高波(2000)给出了东亚夏季风强度指数演变图，如图1-4所示，通过与华北平原的干旱和雨涝相比，在夏季风偏强的年份，即东亚夏季风强度指数大于1的年份，出现了70%的旱涝；在夏季风偏弱的年份，即东亚夏季风强度指数小于1的年份，出现了70%的干旱。 图1-4 东亚夏季风强度指数演变图 1.1.4 水资源特征 1.1.4.1 地表水资源 华北平原地表水资源量较少，年际变化大，并经常出现连续干旱年。1956～2010年多年平均地表水资源量为52亿m3，多年平均径流深仅为57.6mm。20世纪八九十年代，出现了1980～1981年、1992～1993年和1999～2002年三次连续枯水年。华北平原地表水资源量分布存在明显的地带性差异，总的趋势是由多雨的太行山、燕山迎风区向东南减少。华北平原地表水资源量分布具有以下特点：**，沿太行山、燕山山脉迎风坡，有一个多年平均径流深大于100mm的高值区，其中在山神庙、马兰峪、八道河、下庄、茶铺、临淇等暴雨中心地带，出现高值中心，多年平均径流深超过200mm。第二，华北平原区多年平均径流深一般为10～50mm。在北四河下游平原、漳卫河平原、鲁北平原的部分地区，多年平均径流深超过50mm，为平原区径流深高值区；在晋州、宁晋、新河、衡水一带，多年平均径流深不足5mm，为平原区径流深低值中心 (王利娜等，2012)。 1.1.4.2 地下水资源 华北平原地下水资源量以地下水的补给量表示，用来指地下含水层的动态水量。区域内地下水资源的特点是，地区分布不均，多雨区大于少雨区，补给量丰枯变化明显。区域多年平均地下水资源量（包括引黄入渗补给量）为160.37亿m3。山前平原地下水资源模数为15万～30万m3/km2，个别地段高达30万～50万m3/km2，沿黄地区地下水资源模数为15万～20万m3/km2。中东部平原相对于其他地区水资源模数较低，通常为10万～15万m3/km2，在某些地区小于10万m3/km2。山前平原和沿黄地区的地下水资源比较丰富，这些地带的总补给量大约占平原总补给量的80%。 1.1.4.3 水资源总量和人均水资源量 1956～2010年华北平原地表水资源量为52亿m3，地下水资源量为160.4亿m3；但地表水和地下水相互转化的重复水量为32.4亿m3。从地表水和地下水资源量之和中减去相互转化的重复水量即全区域的水资源总量，为180亿m3。按2010年区域内总人口8751万人计算，人均水资源量约为206m3，不足全国人均（2100m3）的1/10，世界人均（7500m3）的1/36，远低于人均1000m3的国际水资源紧缺标准。在全国各大区域中，华北平原的人均水资源量是*低的。 1.1.5 社会环境特征 水是人类生存和发展的基本条件之一，而洪水、干旱却威胁和破坏人类的生存与发展。随着人类的繁衍，生存空间的扩大，生产活动的发展，水旱灾害对国民经济和社会发