北京市“63·8”特大暴雨洪涝反演分析

李永坤 杨思敏 郑凡东 周 星 薛志春 卢亚静

（1.北京市水科学技术研究院，北京 100048；2.北京市非常规水资源开发利用与节水工程技术研究中心，北京 100048）

0 引 言

受西南低涡天气系统影响，1963年8月1—10日，海河流域发生特大暴雨过程，95%以上降雨量集中在8 月2—8 日，邢台獐弥雨量站最大7 d 降雨量2 050 mm，为我国大陆最高纪录。

8 月3—9 日北京市连续遭遇降雨，降雨路径由上游山区移向下游平原，全市面平均降雨量275 mm，超过1/3 范围降雨量超过300 mm，暴雨集中在北运河、大清河流域，7—9 日为主降雨时段，本次降雨过程范围广、雨量大、历时长。

北运河、大清河出现超标准洪水，城区干支流河道洪峰流量300～1 700 m3/s，拒马河张坊站最大洪峰流量9 920 m3/s（历史第1 位），大石河漫水河站洪峰流量1 280 m3/s（历史第3 位）。城市近郊区发生严重城市内涝，接近1/3 面积被淹没。全市累计死亡35 人，69 个村庄被洪水淹泡，倒塌房屋11 063间，冲毁桥梁26座，京包、京广、丰沙、京承等82 处铁路干线被冲毁，朝阳、丰台、海淀、昌平、通州、大兴、房山7区受灾严重。

近年来城市化进程、下垫面与局部地形人为改变，导致洪涝灾害的威胁对象、致灾机理、损失构成等均发生显著变化，一旦洪涝规模超出调控能力与范围，就会出现损失激增的现象。防洪排涝设施的建设减弱了暴雨洪涝的威胁，但人口密度增加导致局部受灾区域灾情可能更加严重。然而目前研究多关注于“63·8”特大暴雨的降雨特征及洪涝灾害特征，缺少对现状北京市城市洪涝灾害风险的综合性评估。

本文系统梳理分析了北京市“63·8”暴雨洪涝灾害情况，以“63·8”特大暴雨为背景，根据现状下垫面和水利工程条件，基于精细化洪涝模型开展了“63·8”特大暴雨洪涝反演，分析当前可能面对的极端暴雨灾害，对其发展过程进行模拟，并提出了对策建议，以期为水旱灾害防御工作提供借鉴。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本研究的降雨数据、河道流量数据来源于北京市水务局，人口数据来源于北京市统计局。60 年代遥感影像来源于锁眼卫星数据。

1.2 研究方法

从最不利情景考虑，将“63·8”特大暴雨中城区暴雨集中降雨过程拓展到全流域，将北运河和大清河流域24 h面平均降雨量325 mm，最大小时雨强40 mm/h，作为此次反演分析降雨条件。利用基于Infoworks ICM 构建的北京市中心城区精细化洪涝模型、大清河流域模型，开展暴雨洪涝反演分析。

2“63·8”特大暴雨特点与反思

2.1“63·8”特大暴雨基本特征

2.1.1 降雨特征

本次降雨过程雨量大、历时长、覆盖面积广，但强度不大（雨强35～65 mm/h）。暴雨中心移动路径基本上由西北向东南、上游向下游（图1），8 月4 日开始，北京市城区、西北部出现暴雨，6 日起暴雨中心移至房山区十渡，7 日移至昌平区王家元，8 日向东移至朝阳区来广营，9 日东撤至大兴、通州区一带逐渐减弱至停止。当上游暴发山洪时，暴雨中心又到了下游平原，洪涝遭遇造成严重洪涝灾害。

图1 北京市“63·8”降雨暴雨中心移动路径

降雨集中在北运河和大清河流域，两流域场次降雨390 mm和369 mm，北运河流域最大1 d降雨量（8日）200～400 mm，最大3 d 降雨量（6—8 日）260～430 mm，最大7 d降雨量（3—9 日）350～490 mm。城区平均降雨量300 mm，暴雨中心朝阳区来广营最大24 h 降雨量464 mm，雨势往西逐步减弱，上游南旱河流域雨量250 mm。最大1 d 降雨量超过200 mm 的覆盖面积占全流域的50%，最大3 d 和7 d 降雨量超过200 mm 的覆盖面积占全流域占比超过90%。大清河流域降雨时段在6—8 日，山区雨量超过平原区，漫水河站以上山区3 d降雨量380 mm。北京市1963年8月3—9日降雨分布见图2。

图2 北京市1963年8月3—9日降雨分布图

2.1.2 洪水特征

以降雨较为集中的8月8日为例，上游十三陵、沙峪、桃峪口、响潭、王家元5 座中小型水库拦蓄洪水0.28 亿m3，北运河干流下泄2.09亿m3，通过北关闸分洪枢纽向潮白河分洪0.89亿m3，流域洪水总量3.26亿m3，径流系数0.61。城区干支流河道都发生了较大洪水，洪峰流量300～1 700 m3/s，干支流洪水叠加，温榆河上游洪峰流量1 700 m3/s，北关拦河闸下泄645 m3/s，北关分洪闸下泄390 m3/s，超过河道安全泄量。

大清河拒马河张坊站最大洪峰流量9 920 m3/s，超50 年一遇。大石河漫水河站洪峰流量1 280 m3/s，超10年一遇。下游接近市界琉璃河京广铁路35 号桥洪峰流量约1 360 m3/s。北运河流域及大清河流域8 月8 日洪水统计见表1。

表1 北运河流域及大清河流域8月8日洪水统计表

2.1.3 洪涝灾害特征

北运河和大清河流域受灾面积分别占总受灾面积的63%、17%。通州、大兴、房山区受灾面积3.7 万hm2，朝阳、丰台、海淀、昌平和房山区受灾面积占易涝面积的60%以上，是本次洪涝灾害重点灾区。全市累计死亡35 人，69 个村庄被洪水淹泡，倒塌房屋11 063间；被冲毁桥梁26座，漫水桥梁88 座，京包、京广、丰沙、京承铁路干线的桥涵和路基被冲毁82处，市内交通瘫痪；工业损失千万元以上。

（1）城区范围。温榆河流域滞蓄涝水量约1 亿m3。城近郊区淹没面积202 km2，占市区面积的27%，积水区域398 处，严重积水区（积水深超0.5 m）263 处，影响7 700 多户居民正常生活。城区主要交通干道西长安街、永内大街、朝内大街、王府井南口等地积水均在0.5 m以上。

清河洪水与温榆河洪水遭遇，受河道顶托，淹没面积加大，安河桥以下普遍漫溢，沿河75 个村庄、0.1 万hm2农田受淹。坝河北岗子以下决口23 处，淹地0.3 万hm2。凉水河新开渠、水衙沟、丰草河等全线漫溢，积水深超过0.5 m。大佟桥以上漫溢，万泉寺、祖家庄一带水深0.5 m 以上。通惠河支流长河白石桥至西直门北普遍漫溢，北京动物园被淹。城区护城河右安门、左安门、东直门北、东便门等地段险情严重，处于即将决口状态。

（2）大清河流域。张坊、南尚乐地区7 个村庄被洪水围困，淹没、冲毁耕地超0.1 万hm2，房屋倒塌625 间。大石河下段堤防漫溢决口51 处，夏村、田家园、梨元店、双柳树等12 村被洪水包围，涉及2 959 户13 000 多人，积水深2 m 左右。受大石河高水位顶托，两岸沥水无法排除，大片农田积水成灾。

2.2“63·8”特大暴雨洪涝原因分析

（1）上游山区洪水拦蓄控制工程不足。北运河上游有十三陵、沙峪、桃峪口、响潭、王家元5 座中小型水库，防洪库容0.34 亿m3，仅控制上游32%山区面积。大清河上游有天开、牛口峪、丁家洼3座中小型水库，防洪库容0.16亿m3，仅控制上游4.11%山区面积。流域防洪控制能力严重不足，导致山区洪水大量下泄，外洪内涝叠加，加重下游洪涝灾害。

（2）洪水超过河道设防能力。干支流河道防御洪水标准不高，再加上暴雨中心移动路径从上游山区移动至下游平原，与洪水汇流路径相同，导致山区洪水叠加平原洪水，干支流洪水相遇，引发流域超标准洪水，北运河、大清河洪峰流量相当于河道安全泄量的1～3 倍，多数河道漫溢决口。

（3）碍洪构筑物阻碍行洪通道。河道内扬水站、跨河铁路桥等阻水构筑物及大量高秆作物影响河道行洪。北运河流域部分河道水位快速壅高，造成堤防决口。

3 现状城市与1963年对比分析

3.1 城市极端强降雨突发性更为明显

“63·8”特大暴雨降雨量大、历时长，但强度相对较低，雨强不超过60 mm/ h，不足10 年一遇。自2000 年以来，城市极端降雨突发性强、雨量大、强度大特点更为明显。以2012年7月21日特大暴雨过程为例（以下简称“7·21”特大暴雨）：全市19 h平均降雨量170 mm，暴雨中心房山河北镇累计降雨量541 mm，接近500年一遇，最大雨强110 mm/h，城区最大点降雨量石景山模式口站328 mm，达100 年一遇。新时期城市安全运行面临的极端暴雨风险不断提高。北京市主要降雨事件统计如表2所示。

表2 北京市主要降雨事件统计表

3.2 流域防洪排涝能力提升

北京市初步形成了由80 座水库、五大干流、425 条中小河道，以及16 处蓄滞洪（涝）区等工程构建的“上蓄、中疏、下排、有效滞蓄利用雨洪”的防洪排涝工程体系。2012 年7 月21 日特大暴雨后，全市开展中小河道达标治理，防洪排涝能力持续增强，全市河道未出现较大洪水险情。2021 年北京市汛期降雨量786 mm，列新中国成立以来第4 位，全市河道水库总体运行平稳，密云水库水位达155.30 m，创建库以来历史最高水位。

（1）北运河流域。上游新建苏峪口水库、响潭水库、南沟水库、水沟水库、羊石片水库、居庸关水库、五七水库等7 座小型水库，总库容量882.9 万m3。彻底疏挖玉渊潭，承接京密引水渠昆玉段以西八大处沟、南旱河等地区的山洪水和城区西部雨洪。人工疏挖运潮减河，分泄北运河洪水至潮白河。通过疏挖整治清河、坝河、通惠河、凉水河四大干流及其中小河道，使河道排涝能力达到50年一遇。

（2）大清河流域。上游新建牛口峪水库1 座中型水库，龙门口水库、西太平水库、鸽子台水库、大窖水库4 座小型水库，总库容量1 271 万m3。大石河上游山区河段、镇区段防洪标准20 年一遇，村庄段防洪标准10 年一遇，均已达标。平原段房山新城燕房片区防洪标准50 年一遇，其他乡（镇）防洪标准20 年一遇。拒马河上游山区河道未经治理，不满足10 年一遇防洪标准。下游平原河道满足10 年一遇防洪标准。

3.3 城市洪涝灾害突发事件发生概率增大

3.3.1 下垫面

城区范围不透水面积比例由20 世纪60 年代的30%增加至现状的65%，20 世纪60 年代城区四大流域范围农田、绿地等用地类型占比多，城区三环外的六里桥、四季青、学院南路等区域以农田为主。土地利用通过影响下渗、蒸散发等水文过程进而影响径流的时间和空间变化。按照北京市水文手册降雨—不透水比—径流深关系曲线，1963 年城区平均降雨量300 mm，对应径流深135 mm。当遭遇“63·8”暴雨时，现状不透水比对应产生径流深180 mm，洪量约增加33%。北京市城区四大流域下垫面类型分布如图3 所示。

图3 北京市城区四大流域下垫面类型分布图

3.3.2 人口及社会经济

随着城市建设，北京市人口、经济等方面呈现指数级增长。1963年北京市地区生产总值（当年价格）31.72亿元，年末户籍人口747.4万人。2022年北京市地区生产总值（当年价格）41 610.95亿元，年末全市常住人口2 184.3万人。相较于1963 年，北京市的人口增加了2 倍，经济总量翻了1 300 多倍。城区流域范围东西城、朝阳西部、海淀东南部、丰台东北部人口稠密，三环至四环区域人口密度达1万人/km2（图4（a）），房屋整体密度10 万m2/km2，中央商务区、中关村超过30 万m2/km2（图4（b））。城市人口、物质、能量高度聚集，加剧了突发事件的不确定性和发生概率。

图4 现状城区流域人口、房屋密度分布

3.3.3 地下空间

目前城区范围地下空间、低洼院落等系统要素密集分布，据统计城区地下通道235处，低洼院落及地下室313处，2004年后发生1号线、4号线、5号线、6号线及14号线等多条地铁线路，以及地下室、低洼院落倒灌事件（表3）。承载体暴露性、脆弱性不断增强。

表3 2004年后主要地铁倒灌事件列表

总体来说，虽然城市基础设施不断完善，防洪排涝工程体系逐渐健全，但下垫面不透水面积的增加，加之高度密集的人口与经济社会条件，在同等降雨条件下，社会经济损失将会明显增加，严重影响城市运行，需持续加强防范。

4“63·8”特大暴雨洪涝反演分析结果

4.1 北运河流域

北运河出现超标准洪水，北关枢纽洪峰流量3 500 m3/s，接近100 年一遇。蔺沟、清河、坝河洪峰流量相较于“63·8”特大暴雨期间增加21%～71%。“63·8”洪水反演分析如表4所示。

表4“63·8”洪水反演分析

城市副中心防洪体系尚未完全建成，北运河流域存在不连续堤段漫溢、应急扒口淹没等风险。当北关枢纽洪水超20年一遇（1 870 m3/s）时，需做好3 km不连续堤段培高。当洪水超50 年一遇（2 670 m3/s）时，需做好武窑桥扒口分洪，涉及潞城、西集2个镇30个村约0.9万户2.2万人转移。当洪水超过100 年一遇（3 230 m3/s），需做好葛渠扒口分洪，涉及宋庄镇16个村约1.5万户4.6万人转移。

4.2 大清河流域

大清河流域的大石河漫水河站洪峰流量1 100 m3/s，超过10 年一遇，拒马河张坊站6 400 m3/s，超过20 年一遇。拒马河属过境河流，上游河北省紫荆关站至北京房山区张坊站洪水演进时间7～8 h，可依据洪水传播时间提前部署防御安排。

房山区北车营、金鸡台、莲花庵、良各庄等11条山洪沟道发生山洪灾害风险较高，需做好沟道内村庄人员避险转移（图5）。

图5“63·8”反演大清河流域山洪沟风险图

4.3 城市内涝

城区积水内涝区域由“63·8”连片涝区变为现状点状积水内涝（图6），城区流域朝阳区东坝地区、昌平区回龙观和天通苑地区、丰台区仍为积水内涝高风险区，海淀区西部山区、朝阳区姚家园和三间房地区等“63·8”未淹没区域，反演积水内涝存在一定风险。其中房山区高风险区域主要分布在良乡地区长虹东路、良乡中路、六环路，及燕房地区京周路附近。

5 对策建议

5.1 防范风险，做好当前洪涝灾害防御工作

认清北京市洪涝灾害严峻形势，突出工作重点。①全力应对流域洪水。突出做好监测预报预警，压实巡查防守责任；强化技术支撑保障，完善应急抢险工作机制；重点清除河道内违法阻水障碍物；重视蓄滞洪（涝）区安全运用管理。②保障水库安全运行。牢固树立水库汛限水位“红线”意识；逐一落实水库行政、技术和巡查“三个责任人”和水雨情测报、水库调度运用方案、水库大坝安全管理（防汛）应急预案“三个重点环节”；严格落实病险水库汛期控制运用措施；做好水工程联合调度。③抓好山洪防御。强化山洪灾害隐患排查和监测预警；健全山洪灾害预警“叫应”机制，指导有山洪灾害防御任务的各村及时发布现地预警，提前转移受威胁人员。④重点防范城市内涝。强化排涝设施检查维护，加强巡查监控；完善定点预置加机动的排水抢险模式，果断封路停运，突出防范朝阳区东坝、昌平区回龙观和天通苑地区、房山区良乡和燕房地区及丰台区的地下空间、地铁场站、低洼路段涝水。

5.2 加强监管，提升专业物资装备和技术支撑能力

①强化行业能力建设。加强重点区域防洪排涝隐患排查，压实属地主体责任；加强配套制度建设，加强行业监管。②夯实专业物资队伍建设。加强防汛抢险应急专业队伍建设，优化物资储备方式，完善物资及应急抢险队伍调度管理机制。③加强预报预警建设。提升监测预警信息统筹分析能力；提升山洪、洪水、内涝专业预报能力；持续开展城市实时淹没模型建设。④加大培训演练。加大专业人员业务和技能培训，广泛开展防洪避灾知识宣传普及；以演代训，持续加强各类综合、专项演练。

5.3 加快补齐短板，健全防洪排涝长效工程体系

①推动规划重点水利工程建设。推动大清河流域张坊、二道河水库及北运河流域西峰山、钻子岭水库前期工作；加快推进通州堰防洪体系建设；分区落实蓄滞洪（涝）区规划，加快南旱河、坝河、凉水河等蓄涝区建设和配套设施完善。②加快水利工程达标建设。持续实施河道综合治理；加大病险水库、闸站除险加固力度；加快完善已建蓄滞洪区配套工程。③加强城市内涝治理。推动积水点治理，加快海绵城市建设，持续推动城区雨污河流管线、郊区新城雨水泵站改造和排涝河道治理。

6 结 语

随着全球气候变化和城市化加速，极端天气事件的影响及其对城市的威胁变得越来越严重。历史上，北京市曾遭受“63·8”特大暴雨的重创，而近年的城市发展和环境变化对应对极端事件带来更大挑战。

（1）暴雨影响的人口与经济损失增加。新时期城市安全运行面临的极端暴雨风险不断提高，由于当前高度密集的人口和经济社会发展条件，如果相同条件的降雨再次发生，其造成的社会经济损失将会明显增加。

（2）城市防洪体系面临挑战。尽管近年来城市防洪体系有所改善和提高，但面临极端暴雨时，如“63·8”暴雨洪水，仍然存在短板。如规划重点水利工程仍未完全实施，河道中仍有违法阻水障碍物尚未清除，将会增大洪水灾害的风险。

（3）永定河、大清河流域洪水与城市内涝问题突出。“63·8”暴雨洪水反演结果显示，北运河流域与大清河流域的洪水问题依然突出。相较于1963 年，城市内涝的分布特点已经从片状转变为点状分布，增加了洪涝治理的复杂性。

（4）应急响应和预警机制更为关键。有效的数据通信、实时测流和临灾预警系统的建立和完善对于应对特大暴雨事件至关重要。

（5）综合治理和多元应对是未来方向。仅依靠防洪工程难以应对极端暴雨洪水事件，需要结合工程措施和非工程措施，包括管理机制、政策法规、人员培训和宣传教育等方面，提升整体应对和恢复能力。