陳河水文站超標(biāo)準(zhǔn)洪水測報(bào)實(shí)踐與思考

任會民，王李涇

（1.西安水文水資源勘測中心,陜西 西安 710000；2.陜西省涇惠渠灌溉中心,陜西 三原 713800）

1 概況

1.1 流域概況

黑河發(fā)源于秦嶺主峰太白山,流域內(nèi)植被良好,為秦嶺林區(qū),森林覆蓋率為46%。流域總面積2258 km2,平均比降為8.77‰。流域內(nèi)地勢南高北低,自西南向東北傾斜,上游為秦嶺山區(qū),中游為秦嶺山前洪積群,下游為渭河一級階地,屬山溪性河流,洪水主要由暴雨形成,洪峰漲落急劇,沙峰一般與水峰相對應(yīng)。含沙量小,水無污染,是西安市城市水源地。

1.2 測站概況

1.2.1 測驗(yàn)河段及斷面情況

陳河水文站地處西安市周至縣陳河鄉(xiāng)木江河村,集水面積為1380 km2。測驗(yàn)河段順直長度約為210 m,砂卵石河床,基上100 m、基下120 m 各有一“S”灣道,高水控制良好。左岸為砌石護(hù)坡（部分段為土坎）,右岸是山坡。基本斷面距金盆水庫大壩約12.5 km,斷面呈“N”型,主槽在左邊,右邊為灘地。基線設(shè)在測驗(yàn)河段左岸長70 m,設(shè)立上、中、下斷面,上下斷面間距140 m,基本水尺斷面兼上比降斷面及浮標(biāo)中斷面。基本水尺斷面下游200 m 有木匠河支流匯入,在高庫容和下游支流漲水時(shí)對測驗(yàn)河段水流有頂托影響。陳河水文站水文測驗(yàn)各種系數(shù)及來源見表1。

表1 陳河水文站水文測驗(yàn)各種系數(shù)表

1.2.2 測站特性

陳河水文站所在區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候。因地勢高差懸殊,南北氣候差異較大,年平均氣溫13.2℃,日照1993.7 h,無霜期225 天,多年平均降水量為674.3 mm。

黑河屬山溪河流,洪水主要由暴雨及連陰雨形成,多集中于7 月～9 月,洪峰漲落急劇,峰形較尖瘦,含沙量較小,沙峰一般與水峰相對應(yīng)。受下游金盆水庫回水及斷面沖淤變化等因素影響,水位流量關(guān)系多為逆時(shí)針繩套線。

陳河水文站建站以來實(shí)測最大流量為1970 m3/s（2021 年9 月26 日,相應(yīng)水位607.73 m）,次大流量1740 m3/s,第三大流量1230 m3/s,實(shí)測最小流量為0.280 m3/s（2008 年10 月17 日）,多年平均流量為15.8 m3/s,多年平均徑流量為4.159 億m3,多年平均輸沙量為25.4 萬t。

陳河水文站含沙量較小,實(shí)測最大含沙量為129 kg/m3（2000 年7 月14 日）,多年平均輸沙量為29.1×104t。

1.2.3 測報(bào)能力現(xiàn)狀

陳河水文站水位觀測能力超50 年一遇洪水（流量2750 m3/s,相應(yīng)水位608.70 m）,最高可達(dá)617.10 m；纜道設(shè)計(jì)測洪能力50 年一遇洪水（流量2750 m3/s,相應(yīng)水位608.70 m）。觀測場高程為617.75 m,水位、流量、泥沙、降水量等要素測洪能力以及供電、報(bào)汛保障能力均達(dá)到百年一遇洪水水位。主要設(shè)施高程見表2。

表2 陳河水文站主要設(shè)施高程統(tǒng)計(jì)表

2 測報(bào)方案

2.1 確定洪水量級

根據(jù)多年資料,陳河水文站洪峰流量頻率見表3。

表3 陳河水文站洪峰流量頻率計(jì)算結(jié)果 單位：m3/s

當(dāng)陳河水文站發(fā)生20 年一遇洪峰流量2040 m3/s,相應(yīng)水位607.88 m,或者纜道設(shè)施故障、常規(guī)測驗(yàn)方法出現(xiàn)困難時(shí),啟動本方案進(jìn)行水文測報(bào)。

2.2 測驗(yàn)方案

2.2.1 水位觀測

當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),觀測人員進(jìn)入戰(zhàn)備狀態(tài)。首先保護(hù)好自記水位計(jì),能使其正常工作。當(dāng)自記水位計(jì)出現(xiàn)故障時(shí),觀測人員駐守基本斷面,密切注意水情變化,按6 分鐘的倍數(shù)觀測。采用各種方法觀測出完整的洪水水位變化過程。

當(dāng)基本斷面發(fā)生滑坡時(shí),立即在上下游選擇適宜河段,設(shè)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(shè)置水尺時(shí),立即用水準(zhǔn)儀從水準(zhǔn)點(diǎn)或者固定點(diǎn)直接引測水面高程,計(jì)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(biāo)記,并記錄其編號、時(shí)間,能引測時(shí),立即進(jìn)行測量。

水位觀測必須確保過程完整,數(shù)值正確,同時(shí)保證觀測人員人身安全。

2.2.2 流量測驗(yàn)

各種方法測流均應(yīng)遵循技術(shù)規(guī)范要求、設(shè)施設(shè)備操作規(guī)程進(jìn)行。特別是在洪水時(shí)用纜道測流應(yīng)有人在河邊觀察水情,涉水測流時(shí)應(yīng)在適宜的水深、流速情況下,正確穿著救生衣涉水進(jìn)行,岸上更應(yīng)有人及時(shí)觀察水情。

陳河水文站正常情況時(shí)采用纜道測流,特殊水情時(shí)分別采用均勻浮標(biāo)、中泓浮標(biāo)測流、天然浮標(biāo)、電波流速儀等方法測速,借用水深進(jìn)行流量計(jì)算。

根據(jù)陳河水文站設(shè)施現(xiàn)狀、斷面及水位流量關(guān)系情況,制定流量測驗(yàn)方案。陳河水文站流量大于等于20 年一遇洪水,流量為2040 m3/s 時(shí)為本站超標(biāo)準(zhǔn)洪水,啟動超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急預(yù)案。

（1）出現(xiàn)20年～50年一遇洪水,流量在2040 m3/s～2750 m3/s,相應(yīng)水位在607.88 m～608.66 m 的洪水時(shí),當(dāng)測驗(yàn)條件較好,流量采用均勻浮標(biāo)法或中泓浮標(biāo)法施測；當(dāng)測驗(yàn)條件較差（夜晚風(fēng)大雨大漂浮物多時(shí)）或纜道設(shè)施故障時(shí),流量采用中泓浮標(biāo)法（夜明浮標(biāo)）或天然浮標(biāo)法施測,夜晚用電波流速儀法測流,電波流速系數(shù)借用羅敷站系數(shù)0.75。

（2）出現(xiàn)50 年一遇以上洪峰流量＞2750 m3/s,相應(yīng)水位在608.66 m 以上的洪水,當(dāng)測驗(yàn)條件較差（夜晚風(fēng)大雨大）,流量采用中泓浮標(biāo)法、雷達(dá)流量計(jì)、比降面積法施測,做好上、下比降水尺觀測,以便計(jì)算流量。水尺被毀時(shí),刻畫最高水位洪痕并記錄,以便洪水過后補(bǔ)測比降,推算流量。

2.2.3 泥沙測驗(yàn)

發(fā)生大洪水時(shí),單沙無法用纜道在垂線處取樣時(shí)改為在水邊水流明顯處水面取樣。斷沙隨流量一同進(jìn)行,纜道無法測驗(yàn)時(shí)在河邊取樣。

如果本站附近發(fā)生暴雨山洪,應(yīng)密切關(guān)注滑坡、泥石流產(chǎn)生的高含沙水流測驗(yàn)。

2.3 報(bào)汛方案

（1）自記水位計(jì)運(yùn)行正常,移動通信正常時(shí)水位數(shù)據(jù)自動上傳。

（2）設(shè)備或通信故障時(shí)使用手機(jī)APPQQ微信電話等方式向西安水情分中心報(bào)送雨水情信息,同時(shí)向黑河金盆水庫及周至縣防辦報(bào)送。

（3）斷電斷網(wǎng)時(shí)采用衛(wèi)星電話報(bào)汛,無論如何應(yīng)千方百計(jì)將水情傳遞出去,不遲報(bào)、不誤報(bào)。

（4）由西安水情分中心負(fù)責(zé)向省水水資源勘測中心水情處、西安市防辦、等轉(zhuǎn)發(fā)雨水情信息。

（5）若河道設(shè)施全部被毀,洪水位又無法引測,應(yīng)有熟知本站河道特性的兩人以上對水位、流量進(jìn)行目估,并報(bào)水情科分析參考。

3 保障措施

3.1 組織保障

成立陳河水文站超標(biāo)準(zhǔn)洪水測報(bào)應(yīng)急小組。若預(yù)報(bào)水位超50 年一遇（608.66 m）時(shí),向西安水文水資源勘測中心請求支援。

3.2 技術(shù)保障

汛前及時(shí)收集本站的各項(xiàng)考證資料、輔助大斷面等相關(guān)資料,測報(bào)過程嚴(yán)格按照“四隨”工作要求,超標(biāo)準(zhǔn)洪水過后及時(shí)補(bǔ)充調(diào)查,加強(qiáng)合理性分析以確保測驗(yàn)質(zhì)量。

3.3 物資保障

加強(qiáng)防汛物資管理,及時(shí)清點(diǎn)、補(bǔ)充、養(yǎng)護(hù)。根據(jù)預(yù)報(bào)情況,當(dāng)可能發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),提前將防汛物資、應(yīng)急電源、生活必需品等存放至本站站房內(nèi)。常規(guī)情況下供電采用市電,當(dāng)發(fā)生電力中斷的情況時(shí)采用備用發(fā)電機(jī)組發(fā)電,常態(tài)化儲備好50 L 柴油,并做到每月檢查試運(yùn)行不少于1 次,確保發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常。必要時(shí),請電力局架設(shè)應(yīng)急電源。

3.4 安全保障

當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),必須在確保安全的前提下實(shí)施水文測報(bào),同時(shí)做好設(shè)施設(shè)備、資料和人員轉(zhuǎn)移工作。每月對安全生產(chǎn)隱患和安全用具開展1 次排查,在超標(biāo)準(zhǔn)洪水來臨之前進(jìn)行全面檢查。

4 后期處置

4.1 水毀工程修復(fù)

當(dāng)設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)水毀時(shí),應(yīng)及時(shí)填寫《水毀災(zāi)情單》,并在24 h 內(nèi)報(bào)西安水文水資源勘測中心,待上級部門批準(zhǔn)后及時(shí)修復(fù)被損毀的設(shè)備設(shè)施。

4.2 水文調(diào)查

4.2.1 洪水調(diào)查和還原的內(nèi)容

（1）查明洪痕,測出洪痕高程。

（2）查明洪水起漲、峰現(xiàn)、落平時(shí)間及其總歷時(shí)。

（3）查明河道變遷情況及洪痕斷面沖淤變化幅度。

（4）查明河段內(nèi)河床組成及糙率情況。

（5）考查洪水的相對大小及其在歷史洪水中所處的序位。

（6）查明流域自然地理情況及水利、水保措施,與洪水相應(yīng)暴雨的雨情、天氣及成因。

（7）調(diào)查河段內(nèi)縱、橫斷面及簡易地形測量并攝像。

（8）對調(diào)查成果進(jìn)行合理性分析,并作出評價(jià)。

（9）編寫調(diào)查報(bào)告。

4.2.2 洪水調(diào)查的技術(shù)要求

按照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》《水文測量規(guī)范》等中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)要求對洪水進(jìn)行調(diào)查。

5 提升超標(biāo)準(zhǔn)洪水測報(bào)能力的思考

（1）推廣新設(shè)備新技術(shù),提升超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測水平。依靠人力、測船用絞車打水深,轉(zhuǎn)子流速儀等方法監(jiān)測超標(biāo)準(zhǔn)洪水流量滿足不了現(xiàn)代防汛要求的時(shí)效性,只有采用新的測流設(shè)備、技術(shù),才能達(dá)到高效快捷、精度可靠、人員安全等要求,需進(jìn)一步加大對基層水文站新設(shè)備和新技術(shù)的投入。目前,陳河水文站已配備雷達(dá)測速設(shè)備,但該設(shè)備還在試驗(yàn)階段,并擬建設(shè)一套全方位的在線監(jiān)測系統(tǒng),這將為進(jìn)一步提升超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測水平提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

（2）要規(guī)劃好特殊情形下的超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測,確保監(jiān)測工作有力、有序、有效。編制超標(biāo)準(zhǔn)洪水測報(bào)預(yù)案主要考慮的是監(jiān)測位置、儀器設(shè)備、人員安排等,對于極端天氣、破口、決堤及道路堵塞等特殊情況還是考慮不多,如陳河水文站在2021 年搶測洪峰時(shí)出現(xiàn)大霧天氣,能見度較低,對監(jiān)測工作也造成了一定影響。在編制預(yù)案時(shí)對可能發(fā)生的特殊情況應(yīng)盡量多考慮,做到有的放矢,實(shí)現(xiàn)順利完成超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測的目標(biāo)。

（3）分析超標(biāo)準(zhǔn)洪水歷史實(shí)測資料,尋找適合本站實(shí)際的高水流量監(jiān)測最佳方案。在陳河水文站2021 年超標(biāo)準(zhǔn)大洪水測報(bào)工作中,經(jīng)實(shí)測流量資料分析,在流速儀不能施測時(shí)采用中泓浮標(biāo)法精度高、效果好,能夠滿足報(bào)汛整編的要求,這也為編制今后的超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測預(yù)案提供了實(shí)用、安全、快捷的方案。

6 結(jié)語

超標(biāo)準(zhǔn)洪水的防御以及測報(bào)工作隨著設(shè)備、技術(shù)的發(fā)展變得具有多樣性,測報(bào)工作一般需根據(jù)不同站點(diǎn)情況編制測報(bào)方案,在編制的過程中要高度切合本站的實(shí)際情況,測報(bào)方案是技術(shù)同實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合的結(jié)晶,對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。同時(shí),通過對水文應(yīng)急監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報(bào)等技術(shù)的應(yīng)用研究,可提高水文部門的應(yīng)急監(jiān)測和快速響應(yīng)能力,為政府和水行政管理部門應(yīng)對特殊水情的緊急情況提供科學(xué)依據(jù),最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,也為經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展提供了支持和決策依據(jù)。