陈河水文站超标准洪水测报实践与思考

任会民，王李泾

（1.西安水文水资源勘测中心,陕西 西安 710000；2.陕西省泾惠渠灌溉中心,陕西 三原 713800）

1 概况

1.1 流域概况

黑河发源于秦岭主峰太白山,流域内植被良好,为秦岭林区,森林覆盖率为46%。流域总面积2258 km2,平均比降为8.77‰。流域内地势南高北低,自西南向东北倾斜,上游为秦岭山区,中游为秦岭山前洪积群,下游为渭河一级阶地,属山溪性河流,洪水主要由暴雨形成,洪峰涨落急剧,沙峰一般与水峰相对应。含沙量小,水无污染,是西安市城市水源地。

1.2 测站概况

1.2.1 测验河段及断面情况

陈河水文站地处西安市周至县陈河乡木江河村,集水面积为1380 km2。测验河段顺直长度约为210 m,砂卵石河床,基上100 m、基下120 m 各有一“S”湾道,高水控制良好。左岸为砌石护坡（部分段为土坎）,右岸是山坡。基本断面距金盆水库大坝约12.5 km,断面呈“N”型,主槽在左边,右边为滩地。基线设在测验河段左岸长70 m,设立上、中、下断面,上下断面间距140 m,基本水尺断面兼上比降断面及浮标中断面。基本水尺断面下游200 m 有木匠河支流汇入,在高库容和下游支流涨水时对测验河段水流有顶托影响。陈河水文站水文测验各种系数及来源见表1。

表1 陈河水文站水文测验各种系数表

1.2.2 测站特性

陈河水文站所在区域属温带大陆性季风气候。因地势高差悬殊,南北气候差异较大,年平均气温13.2℃,日照1993.7 h,无霜期225 天,多年平均降水量为674.3 mm。

黑河属山溪河流,洪水主要由暴雨及连阴雨形成,多集中于7 月～9 月,洪峰涨落急剧,峰形较尖瘦,含沙量较小,沙峰一般与水峰相对应。受下游金盆水库回水及断面冲淤变化等因素影响,水位流量关系多为逆时针绳套线。

陈河水文站建站以来实测最大流量为1970 m3/s（2021 年9 月26 日,相应水位607.73 m）,次大流量1740 m3/s,第三大流量1230 m3/s,实测最小流量为0.280 m3/s（2008 年10 月17 日）,多年平均流量为15.8 m3/s,多年平均径流量为4.159 亿m3,多年平均输沙量为25.4 万t。

陈河水文站含沙量较小,实测最大含沙量为129 kg/m3（2000 年7 月14 日）,多年平均输沙量为29.1×104t。

1.2.3 测报能力现状

陈河水文站水位观测能力超50 年一遇洪水（流量2750 m3/s,相应水位608.70 m）,最高可达617.10 m；缆道设计测洪能力50 年一遇洪水（流量2750 m3/s,相应水位608.70 m）。观测场高程为617.75 m,水位、流量、泥沙、降水量等要素测洪能力以及供电、报汛保障能力均达到百年一遇洪水水位。主要设施高程见表2。

表2 陈河水文站主要设施高程统计表

2 测报方案

2.1 确定洪水量级

根据多年资料,陈河水文站洪峰流量频率见表3。

表3 陈河水文站洪峰流量频率计算结果 单位：m3/s

当陈河水文站发生20 年一遇洪峰流量2040 m3/s,相应水位607.88 m,或者缆道设施故障、常规测验方法出现困难时,启动本方案进行水文测报。

2.2 测验方案

2.2.1 水位观测

当出现超标准洪水时,观测人员进入战备状态。首先保护好自记水位计,能使其正常工作。当自记水位计出现故障时,观测人员驻守基本断面,密切注意水情变化,按6 分钟的倍数观测。采用各种方法观测出完整的洪水水位变化过程。

当基本断面发生滑坡时,立即在上下游选择适宜河段,设置木桩,捆绑水尺板,测量水尺板顶高程,观测推算水位。无法设置水尺时,立即用水准仪从水准点或者固定点直接引测水面高程,计算出水位。若引测不方便,在大树或在后院升降索台阶上做好洪水痕迹标记,并记录其编号、时间,能引测时,立即进行测量。

水位观测必须确保过程完整,数值正确,同时保证观测人员人身安全。

2.2.2 流量测验

各种方法测流均应遵循技术规范要求、设施设备操作规程进行。特别是在洪水时用缆道测流应有人在河边观察水情,涉水测流时应在适宜的水深、流速情况下,正确穿着救生衣涉水进行,岸上更应有人及时观察水情。

陈河水文站正常情况时采用缆道测流,特殊水情时分别采用均匀浮标、中泓浮标测流、天然浮标、电波流速仪等方法测速,借用水深进行流量计算。

根据陈河水文站设施现状、断面及水位流量关系情况,制定流量测验方案。陈河水文站流量大于等于20 年一遇洪水,流量为2040 m3/s 时为本站超标准洪水,启动超标准洪水应急预案。

（1）出现20年～50年一遇洪水,流量在2040 m3/s～2750 m3/s,相应水位在607.88 m～608.66 m 的洪水时,当测验条件较好,流量采用均匀浮标法或中泓浮标法施测；当测验条件较差（夜晚风大雨大漂浮物多时）或缆道设施故障时,流量采用中泓浮标法（夜明浮标）或天然浮标法施测,夜晚用电波流速仪法测流,电波流速系数借用罗敷站系数0.75。

（2）出现50 年一遇以上洪峰流量＞2750 m3/s,相应水位在608.66 m 以上的洪水,当测验条件较差（夜晚风大雨大）,流量采用中泓浮标法、雷达流量计、比降面积法施测,做好上、下比降水尺观测,以便计算流量。水尺被毁时,刻画最高水位洪痕并记录,以便洪水过后补测比降,推算流量。

2.2.3 泥沙测验

发生大洪水时,单沙无法用缆道在垂线处取样时改为在水边水流明显处水面取样。断沙随流量一同进行,缆道无法测验时在河边取样。

如果本站附近发生暴雨山洪,应密切关注滑坡、泥石流产生的高含沙水流测验。

2.3 报汛方案

（1）自记水位计运行正常,移动通信正常时水位数据自动上传。

（2）设备或通信故障时使用手机APPQQ微信电话等方式向西安水情分中心报送雨水情信息,同时向黑河金盆水库及周至县防办报送。

（3）断电断网时采用卫星电话报汛,无论如何应千方百计将水情传递出去,不迟报、不误报。

（4）由西安水情分中心负责向省水水资源勘测中心水情处、西安市防办、等转发雨水情信息。

（5）若河道设施全部被毁,洪水位又无法引测,应有熟知本站河道特性的两人以上对水位、流量进行目估,并报水情科分析参考。

3 保障措施

3.1 组织保障

成立陈河水文站超标准洪水测报应急小组。若预报水位超50 年一遇（608.66 m）时,向西安水文水资源勘测中心请求支援。

3.2 技术保障

汛前及时收集本站的各项考证资料、辅助大断面等相关资料,测报过程严格按照“四随”工作要求,超标准洪水过后及时补充调查,加强合理性分析以确保测验质量。

3.3 物资保障

加强防汛物资管理,及时清点、补充、养护。根据预报情况,当可能发生超标准洪水时,提前将防汛物资、应急电源、生活必需品等存放至本站站房内。常规情况下供电采用市电,当发生电力中断的情况时采用备用发电机组发电,常态化储备好50 L 柴油,并做到每月检查试运行不少于1 次,确保发电机运行正常。必要时,请电力局架设应急电源。

3.4 安全保障

当发生超标准洪水时,必须在确保安全的前提下实施水文测报,同时做好设施设备、资料和人员转移工作。每月对安全生产隐患和安全用具开展1 次排查,在超标准洪水来临之前进行全面检查。

4 后期处置

4.1 水毁工程修复

当设备设施出现水毁时,应及时填写《水毁灾情单》,并在24 h 内报西安水文水资源勘测中心,待上级部门批准后及时修复被损毁的设备设施。

4.2 水文调查

4.2.1 洪水调查和还原的内容

（1）查明洪痕,测出洪痕高程。

（2）查明洪水起涨、峰现、落平时间及其总历时。

（3）查明河道变迁情况及洪痕断面冲淤变化幅度。

（4）查明河段内河床组成及糙率情况。

（5）考查洪水的相对大小及其在历史洪水中所处的序位。

（6）查明流域自然地理情况及水利、水保措施,与洪水相应暴雨的雨情、天气及成因。

（7）调查河段内纵、横断面及简易地形测量并摄像。

（8）对调查成果进行合理性分析,并作出评价。

（9）编写调查报告。

4.2.2 洪水调查的技术要求

按照《河流流量测验规范》《水位观测标准》《水文测量规范》等中华人民共和国国家标准要求对洪水进行调查。

5 提升超标准洪水测报能力的思考

（1）推广新设备新技术,提升超标准洪水监测水平。依靠人力、测船用绞车打水深,转子流速仪等方法监测超标准洪水流量满足不了现代防汛要求的时效性,只有采用新的测流设备、技术,才能达到高效快捷、精度可靠、人员安全等要求,需进一步加大对基层水文站新设备和新技术的投入。目前,陈河水文站已配备雷达测速设备,但该设备还在试验阶段,并拟建设一套全方位的在线监测系统,这将为进一步提升超标准洪水监测水平提供强有力的技术支撑。

（2）要规划好特殊情形下的超标准洪水监测,确保监测工作有力、有序、有效。编制超标准洪水测报预案主要考虑的是监测位置、仪器设备、人员安排等,对于极端天气、破口、决堤及道路堵塞等特殊情况还是考虑不多,如陈河水文站在2021 年抢测洪峰时出现大雾天气,能见度较低,对监测工作也造成了一定影响。在编制预案时对可能发生的特殊情况应尽量多考虑,做到有的放矢,实现顺利完成超标准洪水监测的目标。

（3）分析超标准洪水历史实测资料,寻找适合本站实际的高水流量监测最佳方案。在陈河水文站2021 年超标准大洪水测报工作中,经实测流量资料分析,在流速仪不能施测时采用中泓浮标法精度高、效果好,能够满足报汛整编的要求,这也为编制今后的超标准洪水监测预案提供了实用、安全、快捷的方案。

6 结语

超标准洪水的防御以及测报工作随着设备、技术的发展变得具有多样性,测报工作一般需根据不同站点情况编制测报方案,在编制的过程中要高度切合本站的实际情况,测报方案是技术同实践经验结合的结晶,对现实生产具有很强的指导意义。同时,通过对水文应急监测和预测预报等技术的应用研究,可提高水文部门的应急监测和快速响应能力,为政府和水行政管理部门应对特殊水情的紧急情况提供科学依据,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,也为经济和社会发展提供了支持和决策依据。