海河“23·7”流域性特大洪水北京市拒马河洪水调查分析与河道治理建议

受2305号台风“杜苏芮”北上影响,2023年7月29日至8月2日京津冀地区连续降雨,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水,造成严重的人员伤亡和财产损失。对北京市境内拒马河进行洪水调查,在深入分析拒马河治理现状的基础上,采用天然河道恒定流水面线计算和均匀流计算方法推求洪痕对应的流量,并以此复盘分析洪水频率。根据洪水分析成果及水毁情况,从拒马河水域空间划定、河道治理及建筑物设计等方面提出规划治理建议,以期为后续河道整治提供参考。

“23·7”洪水后拒马河分流比变化探究

2023年7月28日—8月2日,受5号台风“杜苏芮”的影响,京津冀地区出现强降雨过程,拒马河发生1963年以来最大洪水。洪水期间,南水北调中线穿拒马河各支交叉建筑物均出现不同程度的险情。洪水导致拒马河河道地形发生剧烈变化,两河三支分流比发生显著改变。为保障南水北调中线穿拒马河各交叉建筑物的防洪安全,重新研究确定拒马河各支分流占比,进而确定现状各河道不同重现期设计流量。为此,基于MIKE21模式,在“23·7”洪水后的实测地形基础上,对不同重现期拒马河各支分流比进行了研究,为南水北调穿拒马河各交叉建筑物防洪加固提供参考。

海河流域拒马河鱼类群落结构特征及其与环境因子的关系

为了解拒马河鱼类时空分布及影响因子,基于2019—2021在拒马河的6次季节性鱼类调查,分析了拒马河鱼类群落结构及其与环境因子的关系。结果显示:共采集37种鱼类,隶属5目11科,鲤形目最多,占总种数的64.86%。相对重要指数(Index of relative importance,IRI>)显示,IRI>≥500的优势种鱼类有10种,以鲫Carassius auratus Linnaeus、麦穗鱼Pseudorasbora parva Temminck&Schlegel、黑鳍鳈Sarcochilichthys nigripinnis Günther和宽鳍鱲Zacco platypus Temminck&Schlegel为主。单因素方差分析(ANOVA)表明,春、夏、秋季鱼类群落的个体数(N)、物种数(S)、Shannon-Wiener多样性指数(H’)和Margalef丰富度指数(DMa)存在显著差异,Pielou均匀度指数(J’)无显著差异。SNK多重比较检验(Student-Newman-Keuls)显示个体数、种类数以2019年5月(春季)最多,Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数以2019年8月(夏季)最高。等级聚类分析(Cluster)和非参数多变量排序(NMDS)分析显示,拒马河鱼类群落在空间上分为3组,上游S1拒马河源头和S2刁江汇为组Ⅰ,中游S3紫荆关大桥和S4清凉涧为组Ⅱ,中下游自S5小丰口桥至S15龙安大桥为组Ⅲ。丰度生物量比较曲线(ABC曲线)分析显示,2020年夏季鱼类群落结构稳定未受干扰(W=0.064),其余月份均受中度干扰(W<-0.007)。冗余分析(RDA)显示,海拔、水温和pH为影响拒马河鱼类群落结构时空变化的主要环境因子。研究可为拒马河鱼类资源保护和生态修复提供依据。

拒马河浮游植物群落特征及水质评价

2004年4月至11月对拒马河北京段的浮游植物进行了调查研究,共鉴定出203种浮游植物,隶属8门29科64属,其中以硅藻门种数最多,占种类总数的64.04%.4月至11月硅藻在各采样点出现频度均为100%,其数量占藻类总数的73.92%,说明硅藻为优势类群,浮游植物的群落结构属于硅藻型.浮游植物的平均密度为77.88×104个/L,呈现出明显的季节变化,并且各采样点也有差别.依据污染指示种判断拒马河的水质为β-中度污染至寡污染水体,依据Shannon-Weaver多样性指数判断总体为寡污染水体.从以上评价指标综合分析,拒马河水质污染较轻,为寡污染水域,但可能有向中污染类型转化的趋势.

拒马河北京段原生动物群落特征及其对河流营养状况的指示

原生动物是水生生态系统中的重要组成部分,具有重要的生态功能。为揭示拒马河北京段的生态现状,作者于2004年3–11月对拒马河北京段9个采样点的原生动物群落进行了调查。共鉴定出原生动物310种,其中鞭毛虫134种(包括植鞭毛虫96种,动鞭毛虫38种),肉足类64种,纤毛虫112种。原生动物种类数较多的目有:眼虫目(39种)、动基体目(25种)、团鞭毛虫目(21种)、金滴虫目(21种)、下毛目(18种)、盾纤目(17种)、膜口目(15种)。优势种为卵形隐藻(Cryptomonasovata),次优势种为珍珠映毛虫(Cinetochilummargaritaceum)。9个采样点原生动物群落的Jaccard相似性系数介于0.4569和0.5950之间。通过对原生动物群落结构及营养功能类群的分析并与其他水域的资料相比较,认为目前拒马河北京段营养水平应介于贫营养和中营养之间。

拒马河原生动物和底栖动物初步调查及水质分析

2003年3月和4月,对拒马河(北京段)的原生动物及底栖动物群落结构和物种多样性进行了调查分析,并且就其水质现状及水生动物种类和数量变化对环境污染的指示意义加以探讨。共鉴定出原生动物125种,底栖动物17种。结果表明,拒马河水生动物种类较为丰富,物种多样性高,水质生物指标综合评价拒马河水体受到轻度和中度污染。此外,通过对软体动物、环节动物、水生昆虫在不同站点分布的差异分析,表明河流水体污染可导致底栖动物多样性明显降低。从水生生物指示种的变化,可预测水质的变化。

拒马河北京段鱼类组成及其多样性

根据2004年3月、7月和9月对拒马河北京段进行的鱼类调查结果,研究了拒马河北京段鱼类种类、分布及物种多样性。结果表明,调查区域共发现鱼类24种,隶属于3目8科24属,多为中底层小型鱼类,其中麦穗鱼(Pseudorasbora parva)为拒马河北京段内优势种类。将本次调查结果与历史资料比较后发现,拒马河北京段内鱼类的种类减少了3目5科18种,表明拒马河鱼类物种多样性遭到破坏,亟待保护。水文条件变化、水利工程建设、过度捕捞和非法采砂是造成该区鱼类物种多样性减少的主要原因。针对该地鱼类物种减少,提出以下保护对策:(1)建立自然保护区;(2)限制水利工程的建设;(3)实施禁渔制度;(4)人工增殖放流;(5)增强民众保护意识。

拒马河底栖动物多样性及其水质评价

首次对拒马河(北京段)的底栖动物群落结构和物种多样性进行了为期9个月的调查分析,并且就其水质现状及底栖动物种类和数量变化对污染的指示意义加以探讨和研究.结果表明,拒马河底栖动物种类较为丰富,物种多样性高,水质生物指标综合评价拒马河水体只受到轻度和中度污染,水质等级为二级.还讨论了底栖动物环境指示种的生态特性.研究表明,水丝蚓(寡毛类)、摇蚊(类)幼虫的数量与污染程度大体呈正相关,软体动物的物种数量与河流污染程度呈负相关.此外,通过对软体动物、环节动物、水生昆虫在不同站点分布的差异分析,表明河流水体污染可导致底栖动物多样性明显降低.从底栖动物指示种的变化,可预测水质变化的趋势以及季节性的差异.

拒马河悬浮沉积物对重金属的吸附—解吸研究

研究了拒马河重金属在底质、悬浮物及水体中的分布特性和迁移转化规律 ,经试验得出悬浮物对重金属的吸附与解吸模型。拒马河沉积物对重金属的吸附符合弗兰德利希等温式 ,依据其数学模型计算出吸附与解吸系数 K1 、K2 。探讨了温度、初始浓度、吸附剂浓度对吸附、解吸系数的影响 ,建立起 K值的经验公式 ,将计算值与实验值对照 。

拒马河2012年“7·21”暴雨特性分析

2012年7月21～22日，受副热带高压和西来槽的共同影响，拒马河流域部分区域发生强降雨过程，暴雨中心王安镇最大降水量为378．6mm，最大6h降水量达到274．8mm，为超千年一遇。通过实测资料对暴雨特性、暴雨频率、洪水总量及暴雨成因等进行了分析，并与历史暴雨进行了比较。

关于拒马河“7.21”洪水的思考

2012年拒马河流域发生的"7.21"特大洪水造成北京房山、河北涞源等地人民生命财产遭受重大损失。本文概述了"7.21"洪水过程,分析了灾害形成因素,得出结论:人类保护自己的最好方法是尊重自然。

基于鱼类生物完整性指数的拒马河北京段河流健康评价

拒马河是北京周边具有独特生物多样性的河流,目前面临很多水生态环境问题。鱼类生物完整性指数(F-IBI)是评价河流生态健康的重要方法。本研究于2018年5月和10月,在拒马河北京段设置9个采样点,利用地笼和刺网进行调查,共获得鱼类样本2001尾,隶属于4目9科。根据采样情况,初步设置了5大类21个初选指标,经过对指标完整性、相关性和取值范围分析,筛选得出6个评价指标:鱼类总物种数(M1)、鲤科占总种数的百分比(M3)、中上层鱼种类数百分比(M9)、杂食性鱼类种类数百分比(M13)、产粘性卵鱼类种类数百分比(M19)和鱼类总个体数(M20),构建了适用于拒马河的F-IBI指标体系,运用该体系对拒马河北京段的河流健康状况进行了评价,并将F-IBI与几个主要水环境参数和拦河坝相关数据进行了相关性分析。研究结果表明,拒马河北京段河流健康整体处于较差水平,F-IBI与水质理化因子无显著相关性,与参数“采样点与上游最近拦河坝的距离”呈显著相关。结果表明,拒马河北京段河流健康指数的关键影响因素不是水质理化因子,可能与拦河坝导致的河流片段化有关。

拒马河的水化学、同位素特征及其指示意义

通过水文地球化学的方法来探究拒马河流域的河水与地下水之间的水力联系,从而为拒马河流域地下水的开采与管理提供一定的科学依据.因此,对太行山山前河流拒马河不同河段水样的水温、pH值、电导率、重碳酸根离子进行了现场测定,对水样中的K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^-、SO_4^(2-)、NO_3^-等阴、阳离子以及D和^(18)O进行了实验室测定.7种常规离子的特征分析表明,拒马河不同河段水样水化学类型属于低矿化度的Ca-MgHCO_3型水;δD和δ^(18)O沿程变化特征表明拒马河河水在径流的过程中,δD和δ^(18)O两者均沿程逐渐变化,并且都出现了富集的现象;氘过量参数沿程变化特征表明拒马河河水在径流的过程中发生"氧漂移"现象的原因主要是水/岩相互作用和蒸发作用,并且径流速度从整体来看比较缓慢;补给来源分析表明拒马河不同河段由大气降水补给,其化学成分是大气降水渗入地下经地下循环中各种水化学作用和蒸发作用影响的结果;补给高程的计算表明研究区内拒马河河段的补给高程在58—908 m之间,推断补给区很可能是北京西南部的中—低山区.

基于数字滤波法的拒马河基流分割及演变规律研究

以大清河流域拒马河为研究对象,基于紫荆关水文站1950-2016年的日径流数据,采用改进退水常数后数字滤波法中的Chapman-Maxwell法,对拒马河径流过程进行基流分割,并对拒马河丰、平、枯年基流变化特征进行分析.结果表明:1)使用改进后退水常数(α=0.993)比以往经验所得退水常数(α=0.925)计算的基流量变化特征更稳定;2)基流与径流均呈减小突变,基流突变时间略早于径流突变时间,突变前后基流变化幅度小于径流变化幅度;3)丰、平、枯不同水平年基流对径流的贡献率分别达到35.80%、42.51%、52.20%,丰水年基流贡献率最小,枯水年基流是径流的主要补给源.研究结果可为保障河道生态基流及应对气候变化对河道生态系统的影响提供理论和技术支撑.

基于土地利用的山洪灾害损失评估模型研究

精准的灾害损失评估是救灾和应急援助的重要决策依据。但由于山洪灾害暴涨暴落的特点,灾后损失评估的时效性、准确性难以保证。因此,本文构建了基于土地利用的山洪灾害损失评估模型(FFLA):首先通过耦合“水文—水动力”模型进行山洪危险性模拟;其次提出了面向灾害损失评估的13类土地利用类型划分标准,并建立相应的土地利用类型山洪灾害脆弱性模型。以2012年“7.21”拒马河流域山洪事件为例,FFLA模型能准确地对小流域山洪淹没进行模拟,对3个重灾村的经济损失评估精度达到75%以上。随着未来土地利用数据库的完善,FFLA模型可以得到更广泛的应用。

拒马河北京段湿地植物群落的种类组成及区系分析

采用样线法和样方法对拒马河北京段湿地植物群落的种类组成及分布进行了分析.结果表明:该湿地植物群落有植物49科、127属、192种.植物区系成分较为复杂,种子植物属的分布类型有15个,具有温带-热带的双重性质:以温带分部的属为主,其占种子植物总属数的65.46%;热带分布属占34.52%,说明也具有一定的热带亲缘性.单种属占总属数的72.44%,但优势科明显,以禾本科、菊科等为优势科.湿地植物群落的优势种类明显,以假稻的重要值最大,荩草、三叶鬼针草、犬问荆和酸模叶蓼的重要值次之,豆瓣菜、芦苇、薄荷、千屈菜和扁杆藨草的重要值较低,优势植物重要值的季节性变化明显.

拒马河上游年径流序列特性分析及其随机模拟

利用位于拒马河上游的紫荆关站多年径流系列资料（1965-2013年），在阐述水文资料审查的基础上，通过对资料的自相关和偏相关分析，采用AR（1）模型建模，经过检验，模拟效果较好，为拒马河的防洪提供了一定依据。

海河南拒马河流域水文特性及HBV模型的应用

HBV模型是瑞典气象水文研究所(SMHI)研发的流域水文模型,在寒区和湿润地区有较为广泛的运用,是重要的水文预报方法之一。半干旱地区水文预报是水文工作者目前面临的重要挑战。以位于半干旱地区的南拒马河流域作为研究对象,分析了该流域降水、径流特性,初步研究了HBV模型在我国半干旱地区的应用效果。结果表明:2000年之前,降水-径流相关关系总体较好,2000年之后流量一直偏低,降水-径流相关关系散乱;HBV模型对于南拒马河流域天然时期的模拟效果比较好,率定期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.63和0.81,总体能够模拟径流对降水的响应过程,表明HBV水文模型在半干旱地区的天然时期具有相对较好的适用性。

拒马河流域年季月径流量对土地利用变化的响应

为探究年、季、月多时间尺度径流量对土地利用变化的响应,以紫荆关水文站以上的拒马河流域为研究对象,构建拒马河流域WEP-L分布式水文模型,采用情景模拟分析方法设置9类土地利用变化情景定量分析土地利用变化对径流量的影响。结果表明:WEP-L模型在拒马河流域适用性较好;退耕还林将减少年径流量,并随着森林覆盖率的增加,径流量减少更为剧烈,森林覆盖率每提高10%,径流量减少13.10 mm;弃耕撂荒和火灾伐木将使径流量增大;季节径流量对土地利用变化的响应程度呈现夏季>秋季>冬季>春季;月径流量响应结果表现为6-9月变化较大,尤其是7月份最为剧烈,而3和4月较小。研究结果对于流域土地利用合理规划具有重要意义。

拒马河流域径流特征分析

拒马河为大清河水系的主要支流。根据拒马河流域紫荆关站、落宝滩站、东茨村站和新盖房站1956-2018年径流资料,应用滑动平均、Mann-Kendall、小波分析和Yamamoto等方法分析了拒马河流域4个水文控制站年径流量的趋势性、周期性及突变特征。结果表明:拒马河流域年径流量一直处于显著下降趋势中。周期性分析可以看出拒马河流域存在16(17)年的第一主周期。突变检验结果显示拒马河流域1980年左右径流量发生突变,突变前后年径流量变化较大。