灞河馬渡王水文站超標準洪水分析

田美云

（西安水文水資源勘測中心,陜西 西安 710100）

灞河全長107 km,流域面積2564 km2,河床平均比降6.0‰。灞河是一條不對稱水系,它的左岸支流少而長,右岸支流眾多而短小。灞河干流因受地質構造的控制,形成復式釣鉤狀水系。灞河中游設立有馬渡王水文站,是掌握灞河水情信息的重要來源.

1 測站概況

馬渡王水文站為灞河中游控制站,系二類精度水文站,省級重要站,國家基本站。1952 年6 月設立,位于西安市灞橋區(qū)席王街道辦馬渡王村,測站控制集水面積1601 km2,控制河長73.9 km,河流平均比降5.98‰,距河口里程30 km。

馬渡王站系秦嶺北麓東部地區(qū)中等面積區(qū)域代表站,為控制水量地區(qū)分布,借以掌握各種水文特征變化規(guī)律,為發(fā)展水利水電事業(yè)服務,為西安市防洪、河道治理、城市供水服務,為水資源管理、水生態(tài)監(jiān)測、水資源評價提供重要依據(jù)。測驗項目有：水位、流量、泥沙、泥顆、水溫、降水、蒸發(fā)等。

2 測驗斷面及設施現(xiàn)狀調查

馬渡王站測驗河段較順直,卵石河床,沖淤變化較大。基上350 m處有一滾水壩,基上1 km處右岸有支流紅河匯入,基下200 m處有一彎道,基下500 m處有公路大橋,左右岸各有一條引水渠,對枯季流量影響較大。

馬渡王站設有基本水尺斷面兼流速儀測流斷面及浮標測流斷面,其中浮標斷面設有上、中、下斷面,上至中,中至下斷面間距均為100 m。馬渡王站測驗設施有：

（1）水位觀測設施,基本水尺斷面設立直立式及斜坡式水尺,人工觀讀水位；比降斷面設立直水尺和斜坡式水尺,人工觀讀比降水位。

（2）流量測驗設施,基本水尺斷面建有閉口式單主索鉛魚纜道一套,主索跨度220 m,副索跨度220 m。鉛魚纜道為半自動控制系統(tǒng),基本滿足流量和泥沙測驗實際需要。

（3）泥沙測驗設施,使用纜道,采用橫式采樣器采取水樣或岸邊器皿采取水樣。

（4）降水量和蒸發(fā)量,馬渡王站院內建有12 m×12 m標準降蒸觀測場,場內安裝人工雨量計、自記雨量計、E-601蒸發(fā)器、E-20 cm蒸發(fā)器。降水量觀測方式：報訊采用自動測報模式,將與資料采用人工觀讀數(shù)據(jù)；蒸發(fā)量采用人工觀測方式。

馬渡王水文站報汛方式：該站及屬站水位、雨量監(jiān)測信息通過4G通訊網(wǎng)絡（GPRS）直接上報西安水情分中心,其他水情監(jiān)測信息通過手機短信形式經(jīng)省水情信息中心中轉至西安水情分中心后,上報陜西省水文水資源勘測中心水情中心。

3 洪水特征分析

馬渡王站洪水主要由上游暴雨和連陰雨形成,最早發(fā)生在4月上旬,最遲在10 月下旬,7、8 兩月洪水大,峰型瘦,洪水漲落急劇,一般洪水為多峰型,歷時長、洪量大。沙峰一般比水峰先出現(xiàn),主要是上游紅河來沙。

馬渡王站水位流量關系受洪水漲落及沖淤變化影響,呈繩套曲線或臨時單一曲線,見圖1。馬渡王站測驗斷面沖淤變化較大,近年來受下游水利工程影響淤積嚴重,曾對斷面進行整治清理,使河床下降,斷面變化見圖2。

圖1 灞河馬渡王站水位流量關系圖

圖2 灞河馬渡王站2000年～2021年大斷面套繪圖

馬渡王水文站建站以來實測最高水位：432.02 m,調查最高水位：432.56 m,實測最大流速：4.65 m/s,實測最大水深：2.20 m,實測量最大含沙量：950 kg/m3。實測最大流量1480 m3/s,發(fā)生于1982年8月1日；次大實測流量1140 m3/s發(fā)生于1965年7月21日；第三大實測流量998 m3/s,發(fā)生于2011年9月11日。實測最小流量0.060 m3/s,多年平均流量14.4 m3/s；多年平均徑流量4.417 億m3,多年最大徑流量10.5億m3,多年最小徑流量1.251 億m3,多年平均降水量617.1 mm；多年最大降水量999.0 mm,多年最小降水量364.0 mm。

根據(jù)《陜西省洪水調查資料》（黃河流域）、《西安市實用水文手冊》和《西安市灞河入渭河段綜合治理工程初步設計報告》等有關資料,灞河馬渡王水文站斷面歷史調查洪水1835 年洪峰流量2900 m3/s。

4 超標準洪水量級確定

根據(jù)多年來馬渡王實測資料及調查洪水資料,對馬渡王水文站洪峰流量頻率進行計算,見表1。

表1 馬渡王站洪峰流量頻率計算結果

經(jīng)過調查,馬渡王站現(xiàn)狀設施下,水位觀測能力100 年一遇洪水；纜道設計測洪能力30 年,在加裝雷達流量計后,實際測洪能力為20 年一遇。

結合設施現(xiàn)狀,確定當灞河馬渡王站發(fā)生超保證流量1500 m3/s,相應水位在431.28 m以上的洪水,或者纜道設施出現(xiàn)故障,常規(guī)測驗方法出現(xiàn)困難時,啟動本方案進行水文測報。

5 超標準洪水測驗部署建議

現(xiàn)馬渡王水文站基本斷面處河堤高程為433.23 m,比1953 年洪峰流量2160 m3/s,相應水位432.84 m高0.39 m。由于河床整治下切,根據(jù)2020年修訂報汛曲線,發(fā)生1953年洪峰流量2160 m3/s時在現(xiàn)斷面水位為432.30 m,河堤頂比該水位高0.93 m。根據(jù)《水位觀測標準》（GB/T 50138-2010）4.1.4水尺觀讀范圍,應高于測站歷年最高水位0.5 m以上,因此面對大洪水該站應布設水尺觀測水位不低于433.34 m。發(fā)生超標準洪水時水文測驗工作建議按以下進行部署。

（1）水位觀測

當出現(xiàn)大洪水時,觀測人員進入戰(zhàn)備狀態(tài)。首先保護好自記水位計,能使其正常工作。當自記水位計出現(xiàn)故障時,觀測人員駐守基本斷面,密切注意水情變化,按6 min的倍數(shù)觀測。采用各種方法觀測出完整的洪水水位變化過程。

當基本斷面發(fā)生滑坡時,立即在上下游選擇適宜河段,設置木樁,捆綁水尺板,測量水尺板頂高程,觀測推算水位。無法設置水尺時,應立即用水準儀從水準點或者固定點直接引測水面高程,計算出水位。若引測不方便,在大樹或在后院升降索臺階上做好洪水痕跡標記,并記錄其編號、時間,能引測時,立即進行測量。

水位觀測必須確保過程完整,數(shù)值正確,同時保證觀測人員人身安全。

（2）流量測驗

當馬渡王站發(fā)生保證流量1500 m3/s,相應水位在431.28 m以上時,左岸護坡有可能被沖刷破壞致使水尺無法觀測,應當注重觀察,注意安全。標注洪痕,利用天然浮標測流。

當洪水流量達4380 m3/s時,會對觀測設施造成損壞,應及時轉移水文資料及測量器具,確保人身安全,觀測洪痕、利用天然浮標測流。

若出現(xiàn)更大洪水或者地質災害,測驗設施被沖毀,應及時搶救出測驗資料。人員向背后崖背撤離。無法觀看水尺時,應立即用水準儀從水準點或者固定點引測,直接測量水面高程計算出水位；若引測不方便,應做好洪水痕跡標記,并記錄其編號、時間,能引測時即可進行測量。同時做好上、下比降的洪痕記錄,以便洪水過后補測比降,推算流量。

在馬渡王水文站基本斷面以下405 m處灞河東里橋設立應急測驗斷面并刻畫水尺。在馬渡王站測驗設施出現(xiàn)故障時在該橋用流速儀法水面測流,借用先前實測斷面計算流量。出現(xiàn)較大洪水橋上測流危險時,基本斷面觀測比降推流,或利用漂浮物中泓測流。

（3）泥沙測驗

單沙在水邊水流明顯處水面取樣。斷沙隨流量一同進行,纜道無法測驗時在河邊取樣。

（4）報汛工作

正常情況下,雨量、水位數(shù)據(jù)自動上傳；設備故障時使用手機APP/QQ/微信/電話等方式向西安水情分中心報送雨水情信息,同時向灞橋區(qū)防辦報送；斷電斷網(wǎng)時采用衛(wèi)星電話報汛,無論如何應千方百計將水情傳遞出去,不遲報、不誤報。若河道設施全部被毀,洪水位又無法引測,應有熟知本站河道特性的兩人以上對水位、流量進行目估,并報水情科予以水情參考；及時計算分析流量,使本站的實測發(fā)報能及時上報,報汛曲線得以及時修訂。

6 結論

對灞河馬渡王水文站測驗設施及斷面、洪水特性進行分析,結合實際對該站超標準洪水量級進行確定,并據(jù)此對該站超標準洪水測報方案部署提出了建議,為該站有效應對洪水災害突發(fā)事件,確保發(fā)生超標準洪水時能測得到報得出,有力支撐防洪減災奠定基礎。