超标准洪水预报方案设计及保障措施探讨——以陕西华阴罗敷堡水文站为例

谢 天

(渭南水文水资源勘测中心,陕西 渭南 714000)

0 引言

我国大部分地区夏季多雨水较多,其中暴雨次数也较多,导致洪水灾害频发。为了降低洪灾造成的政府和群众财产损失并减少人员伤亡,通过制定水库防洪体系以限制河道洪水的发生,河道防洪标准的制定往往依据被保护对象的重要度、遭遇洪水的损失多少以及对国民经济造成的影响大小来确定。从全世界的河道防洪标准可以看出,除了极个别的河段外,大部分河段均为20～200 a发生一次,因此不可能按千年发生甚至是一万年发生一次的标准来设计堤防,那样做既劳民伤财又缺乏经济性和合理性。我国河道防洪标准中有规定,城镇以20～200 a标准设计,农田按10～100 a标准设计。加之河道防洪标准较低,故极易出现超标准洪水。爆发超标准洪水一般属于偶然事件,因此其出现的时间、洪峰、洪量均无法确定。因此,每年汛期都应做好应对超标准洪水的准备。本文以陕西省华阴市罗敷镇罗敷村罗敷堡水文站水文站为例,对超标准洪水预报方案设计及保障措施进行研究。

1 概述

1.1 流域概况

罗敷河流域位于关中水量较少的地区,流域内峰峦林立,山高沟深是该地貌的显著表现。岩石多为花岗岩片麻岩,土壤多为棕壤土和垆土,自罗敷镇以北至河口地段为渭河冲积平原,流域内灌木丛生,植被覆盖率较高,地下水资源丰富,主要由裂缝水形成补给河流。罗敷河发源地为位于秦岭山北麓的港子山沟内,形似羽毛状。

1.2 测站概况

1.2.1 基本情况

罗敷堡水文站位于陕西省华阴市罗敷镇罗敷村,东经109°56′,北纬 34°32′,测站编码为 41110800。设立于1955年1月,1999年1月下迁100 m为罗敷堡(三)站,属国家重要水文站,是渭河南岸小面积区域代表站,站址以上控制流域面积191 km2,河长47.1 km,距河口15 km。隶属西安水文测报中心,本站驻测职工2人。本站水位采用85基面,1985国家高程基准与冻结基面换算关系为Z85=Z冻结-0.769 m。该水文站是国家基本水文站,属渭河南岸小面积代表站。1955年6月由陕西省水利局设立为罗敷堡水文站,1968年断面下迁1km后站名变为罗敷堡(二),1999年1月1日断面又下迁100 m改站名为罗敷堡(三)。地址位于陕西省华阴市敷水镇罗敷村,东经109°56′,北纬34°32′,集水面积120 km2,距河口里程16 km,平均坡降23.5‰。

罗敷水文站为罗敷河下游控制站,系二类精度水文站,国家重要站,省级报汛站。河流走向由东南向西北,形似羽毛状。洪水主要由暴雨造成,七月和八月为洪水多发月,近年来由于气候变化,导致5月和10月洪水发生次数增加。陡涨陡落,峰型尖瘦。洪水时伴有滚石,河床冲淤变化大,水位流量关系散乱。罗敷站测验河段顺直,基上50 m有弯道,320 m处左岸有槽渠引水,2.0 km处有水电站引、排水工程,受其影响,枯水期河道水位呈锯齿型变化。河床由砂卵石组成,断面冲淤变幅大。设上、中、下断面,上下断面间距100 m。

罗敷站实测最大流量为350 m3/s(罗敷(二)断面,水位394.22 m),发生于1998年7月13日,在现断面相应水位为392.50 m;调查最大流量为503 m3/s,发生于1901年,在现断面相应水位为393.25 m。罗敷站实测最大流速8.0 m/s(1998年7月13日,罗敷(二)断面,相应流量350 m3/s,浮标法施测);罗敷站洪峰多为单式洪峰,峰形尖瘦。年最大洪峰流量绝大部分时间发生在7、8两月,其次为5、6、9三个月。水位流量关系多呈绳套。罗敷河罗敷站警戒流量100 m3/s。测验项目有水位、流量、降水量、蒸发量、水质等。承担向国家防总、省水文局、西安水文局、渭南防汛指挥部、罗敷镇镇政府 等单位的雨、水情报汛任务,向沿河两岸提供水文情报服务。

1.2.2 测验河段及断面情况

测验河段基本顺直,基本水尺断面上游50 m处有一弯道,下游约100 m 处有陇海铁路大桥。河槽呈v型,河床由卵石、细沙组成,冲淤较严重;左岸为连山石,右岸为华金公路。罗敷站基本断面以上200 m处为应急测验断面,宽度为40 m。该断面采用基本水尺断面上游200 m处钼矿转运站公路桥下,刻画起点距,利用电波流速仪测流。钼矿转运站公路桥桥面高程为399.93～399.96 m,可施测500 m3/s以下流量,罗敷站应急断面图如图1所示。罗敷站水文测验各种系数及来源如表1所示。

表1 罗敷水文站水文测验各种系数表

图1 罗敷站应急断面图

1.3 测站特性

本站洪水来源主要为暴雨洪水,以单峰型呈现,主峰雨停止时间至洪峰出现时间约为3～5 h,洪峰维持时间2～3 h。较大洪水过程一般持续 3～5 d。受断面冲淤和洪水涨落影响,历年水位流量关系为临时曲线和绳套曲线。

1.4 测报能力现状

本站水位观测能力可达394 m,缆道设计测洪能力达389.50 m,辅助断面测洪能力为399 m,观测场高程为410.43 m。水位、流量 (主槽)、降水量等要素测洪能力和供电、报汛保障能力均达百年一遇洪水水位。

1.5 交通状况

本站位于华阴市罗敷镇,距西安水文中心约140 km,S202省道经过站门口,交通车可直达。G30高速罗敷收费站距本站2 km,交通便捷。当出现超标洪水时,不影响人员到达本站。路线 1:西安水文中心→G30国道→S202省道→罗敷站。路线 2:西安水文中心→西安绕城高速→西潼高速→S202省道→319县道→罗敷站。

2 测报预案

2.1 测定洪水量级

根据多年资料,经过计算罗敷站洪峰流量频率如表2所示。当罗敷河罗敷站发生30 a一遇洪峰流量306 m3/s,相应水位392.00 m,接近于观测房地面高程,此时启动超标准洪水应急预案进行测报。

表2 罗敷站洪峰流量频率计算结果

2.2 测验方案

2.2.1 水位观测

若遇突发大洪水,现场工作人员应根据情况紧急程度马上进入警戒状态。第一要务便是要确认自记水位计状态无异常。如果发现自记水位计发生设备异常,工作人员则要驻守基本断面,实时观测水情,尤其重点关注突发状况,以6 min为周期进行观测采样。采取一切必要措施记录洪水水位的全部变化细节。

如果遭遇基本断面滑坡现象,需及时在河道相应位置寻找合适河段放置木桩和水尺板并记录水尺板顶的实时高程,另外,还要根据记录数据计算可能水位。一旦发生特殊情况难以放置水尺,则必须借助水准仪直接测量水面高程并根据测量结果预测水位。如果使用过程中引测困难,可通过树桩或附近定点建筑物做为参照物做好水痕标记,并为每处标记设置相应的编号、时间,满足引测条件时即刻进行引测。

观测水位全过程中应设法保证过程的完整性和数据的准确性,以上操作均应在现场工作人员人身安全有保证的前提下进行。自记水位计发生异常时则需进行人工坐守观测,确保过程控制完整无漏。

2.2.2 流量测验

罗敷(三)站一般情况下缆道测流。发生紧急水情则必须通过电波流速仪、中泓浮标测流、均匀浮标、天然浮标等方法测流,测深借用水深。综合考虑罗敷站设备的现有情况、断面及水位流量关系曲线制定相应的流量测验方案。

当出现30 a一遇洪峰流量306 m3/s(相应水位392.06 m)以上洪水时,罗敷站左岸出现漫滩,同时受洪水影响将对观测房所在左岸护坡将产生影响,出现滑坡的几率大,应当注重观察,随时留意滑坡的发生。如若发生滑坡,应及时转移水文资料及财务,确保人身安全。

当洪水流量达350 m3/s(相应水位392.50 m)时,滑坡将会发生,影响到观测房安全,应及时转移水文资料及测量器具,确保人身安全。

当洪水流量达500 m3/s(相应水位393.25 m)时,洪水会进入观测房,发生如此洪水的几率很小,如若发生必将是流域灾害,观测房一侧岸坡将出现滑坡,测验设施被冲毁,应提前转移测验资料和测验设备。人员向站房撤离。

2.2.3 泥沙测验

单沙在水边水流明显处水面取样。断沙随流量一同进行,在上游公路桥上水面取样,或者河边取样。

2.3 报讯方案

一般而言,雨量、水位数据无需人工上报,可自动上传。现场设备故障情况下,可借助手机或其他移动设备上的APP小程序如QQ聊天软件、微信小程序、移动电话等现场可以利用的方式向西安水情分中心报送水情现场情况,同时报至向华阴水情防控办。如果因恶劣天气现场不具备网络条件,则应通过卫星电话报汛。总而言之,无论选取何种报讯方式,原则上必须保证以最快时间将水情传递出去,勿漏报、勿缓报、勿错报。西安水情分中心相关人员将上述情况报告给省水文局水情处、渭南市防控办、华阴市防控办等相关职能部门。如果现场汛情过大导致所有河道设施被冲毁,此时水位又无法进行引测,则至少要安排两名熟悉本站河道现场情况的工作人员对河道的水位和流量进行估测,并按流程将估测值报送水情科作为评估现场水情的依据。另外,必须及根据计算结果对河道流量进行分析,使本站的实测发报能及时上报以及实时修正报汛曲线趋势。

3 保障措施分析

(1)成立罗敷(三)水文站超标洪水测报应急小组。一旦预报水位符合30 a一遇的标准,应及时向西安水文水资源勘测中心进行求援。汛情发生之前应收集本站各项考证资料和辅助大断面等相关材料,洪水过后马上启动调查程序,测报过程严格按照“四随”标准,加强合理性分析检查,确保测验准确无误。此外,还要重视对防汛物资的管控工作,按时清点各项物资,数量不足时及时补充,物资异常时及时养护。根据现场预报信息,在超标洪水可能暴发的情况下,需提前将防汛物资和生活生产必需品存放至本站站房内,确保以上物资的安全。

(2)随时准备好备用电源,一般采用市电,如果洪水造成现场断电,需及时启动备用发电机组进行发电。保证柴油储备充足,以发电机工作无异常为前提,检查试运行记录频率在1次/月以上。必要时向电力局请求支援架设应急电源。

(3)超标洪水一旦暴发,必须在确保现场工作人员人身安全的情况下进行水文测报,同时要提前对现场设备、文件和人员进行及时转移,不能造成生产安全事故。安全用具和安全隐患排查频率不应低于1次/月,超标洪水暴发前全面检查现场各项工作。

4 后期处置

4.1 水毁工程修复

若防洪设施发生水毁,应按规定立刻填写水毁灾情单并在洪水发生24 h内上报西安水文水资源勘测中心,领导审批后及时修复被洪水冲毁的设施和设备。

4.2 水文调查

洪水水位跌落后,需对现场水情进行准确调查还原并查验洪水冲刷痕迹,测出洪水痕迹的高程。调查清楚洪水起涨和峰现的时间、落平的时间以及总历时。调查清楚河道变迁情况和洪痕断面的冲淤变幅。调查清楚河床组成并计算其糙率。验明洪水的水位情况以及在历史洪水中所处的序位。查明洪水发生过程中的雨情信息、天气情况及成因,调取流域自然地理情况及水利、水保相应措施。调查清楚河段内纵、横断面并进行简易地形的测量和摄像工作,依据相关标准对调查结果作出科学合理的分析并进行评价,最终撰写调查报告。调查时应依据中华人民共和国国家标准中的《水文测量规范》、《水位观测标准》和《河流流量测验规范》等标准与规范规定的方式方法进行调查。

5 结语

本文针对超标准洪水预报方案设计及保障措施的问题进行了分析,以位于陕西省华阴市罗敷镇罗敷村的罗敷堡水文站为例,对该水文站的流域概况、测站基本情况、测验河段及断面情况、测站特性、预报能力现状以及当地交通状况进行了讨论,对该水文站进行了洪水量级测定,从水位观测、流量观测和泥沙测验三个方面出发制定测验方案,同时对报讯方案进行了讨论,最后提出了后期相应的保障措施和水毁工程修复、水文调查方案。