洮河紅旗水文站測洪方案探討

(甘肅省臨洮水文水資源勘測局，甘肅 臨洮 730500)

洮河紅旗水文站測洪方案探討

林彥和

(甘肅省臨洮水文水資源勘測局，甘肅 臨洮 730500)

洮河近100年來發(fā)生多次大洪水，給沿途人民造成了重大人員傷亡和巨大經濟損失。通過分析洮河流域測驗河段斷面概況及其水文特征，借鑒紅旗水文站歷次測洪搶險的經驗和教訓，就該站發(fā)生大洪水和特大洪水時，如何測報洪峰流量進行分析探討，確保發(fā)生大洪水時為當?shù)卣姥磽岆U和應急處置決策提供及時準確的水情信息，最大程度的減少人員傷亡和財產損失。

測站概況；洪水特性；測報方案；紅旗水文站

1 概況

1.1 流域概況

洮河流域位于青藏高原東北部，東臨渭源縣，東北與蘭州市相接，北連永靖縣，西靠臨夏州，南與白龍江流域接壤，東南與宕昌縣在分水嶺交界。發(fā)源于青海省海南州境內的西傾山北麓勒爾當，源地海拔高程4 260 m，干流全長673 km，平均坡度27.0‰，集水面積為25 527 km2。河水流出青海后向東流經甘肅省甘南州碌曲、臨潭、卓尼縣后至定西地區(qū)的岷縣北折，再穿過臨洮跨越臨夏州的東鄉(xiāng)到永靖縣劉家峽水庫壩上2 km處匯入黃河。

流域上游地處甘南高原中部，地勢高亢，海拔在3 000～4 000 m之間，屬高寒濕潤氣候，多年平均氣溫為2.3℃，多年平均降水量為610 mm，多集中在7—9月。域內山地陽坡為草地，陰坡有灌木叢和草本植物，植被良好。河流侵蝕作用微弱，河水清澈。流域中游上段地處甘南東部高山森林區(qū)，主要為岷山山地，其特點是山高谷深，森林面積大，主要山脈海拔高程均在4 000 m左右，這里既有甘南高原主要的原始森林分布帶，也有寬闊的草原，除洮河北岸岷縣地段外，水土流失很小，水質良好；中下段南邊為太子山林區(qū)，主峰超過3 500～4 000 m，北邊為甘南高原東緣與隴中黃土高原及隴南山地的接壤區(qū)，海拔約在2 300～3 000 m之間。境內由東到西從溫帶半濕潤區(qū)向高寒濕潤區(qū)過度，氣候高寒陰濕，夏秋變化劇烈，災害性天氣頻繁，多年平均氣溫為5.7℃，多年平均降水量600 mm，7—9月降水集中，約占年降水量的65%以上。流域下游為甘南中部干旱黃土丘陵區(qū)，山地海拔高程大都在1 800～2 200 m左右，屬溫帶干旱半干旱氣候區(qū)，多年平均氣溫7.0℃，多年平均降水量300 mm左右，境內大部分面積被黃土覆蓋，由于河流切割，地表起伏，溝谷縱橫，山嶺密布，呈典型的黃土丘陵地貌。其特點是樹木草叢極少，土石外露，植被很差，水土流失特別嚴重，水質較差。

1.2 測站概況

紅旗水文站設于1954年1月，位于甘肅省臨洮縣紅旗鄉(xiāng)紅旗村，集水面積24 973 km2，河流長度642 km，至河口距離27 km,使用基面為大沽基面，屬黃河流域洮河水系重要把口控制站。

1.3 測驗河段及斷面概況

測驗河段順直，左岸為陡岸，修筑防洪墻和砌石護坡，基本斷面上游500 m，下游300 m處均灣道控制，漲水起束水作用。右岸基下120 m處受柳溝泥石流影響，中水形成雍水和少量死水，左岸基下80 m處建有尕渠引水閘一座，對水位流量關系影響較大，河床系有沙礫石組成。紅旗站測驗河段平面圖見圖2。自1967年劉家峽水庫蓄水以來，斷面逐年淤積，現(xiàn)比建站初期全斷面淤積1.2 m，水位在1 747.60 m右岸開始漫灘，測驗河段無分流串溝產生。水面寬變幅130 m。測驗河段右岸布設上比降斷面、上浮標斷面(兼纜道流速儀斷面)、基本水尺斷面(兼測船流速儀斷面)、下浮標斷面、下比降斷面，上下浮標斷面間距100 m。紅旗站2015年、2016年大斷面套繪圖見圖1。

圖1 2015年、2016年大斷面套繪圖

1.4 水沙特性

流域內洪水多由甘南上游降水和中下游暴雨形成。主要發(fā)生在主汛期6月至10月上旬，徑流量年內分配極不均勻，主汛期5個月占年徑流70%。斷面控制流量均由上游干流，區(qū)間三岔河、東峪溝、大柳林溝、廣通河，中孚溝、百能溝等主要支流匯入組合而成。平時除東峪溝、廣通河、三岔河外，其他支流徑流很小，乃至干枯。多年平均徑流量46.91×108m3，實測最大、次大洪水“64.7.22”，“78.9.18”，洪水峰型為肥胖復式型，主要來源于中上游。唯有“59.8.13”洪水是岷縣古城水庫潰壩所形成的洪水。河道Z～Q關系曲線受支溝來沙影響，漲沖落淤，漲淤落沖現(xiàn)象交替出現(xiàn)，關系線呈多條臨時曲線，自1967年劉家峽水庫蓄水以來趨勢逐年上抬。含沙量主要集中在6—10月主汛期，年輸沙量占劉家峽入庫總量的30%，產沙來源于李家村～紅旗區(qū)間，占洮河干流來沙量的76%，暴雨期易產生山洪、泥石流，其沙峰漲落快，含沙量大，其一日最大輸沙量1 540×104t，多年平均輸沙量2 600×104t。

1.5 水文特征

建站以來最大流量2 370 m3/s，相應水位1 749.14 m；次大流量2 210 m3/s，相應水位1 749.27 m。歷史調查最大流量4 810 m3/s，相應水位1 751.40 m。洪水頻率分析值采用臨洮水文局1999年計算分析成果，實測資料系列46 a，歷史調查洪水資料加入了1845年、1904年、1909年三年的調查值，洪水調查期為155 a，洪峰流量均值869 m3/s，采用pⅢ型配線，選用離差系數(shù)Cv=0.68，偏差系數(shù)Cs=3.0 Cv。

表1 洪水頻率表

2 流量測驗設施現(xiàn)狀

雙索纜道EKL-3型全自動纜道測流系統(tǒng)，測洪能力為2 020 m3/s。實測最大流量525 m3/s，滿足20 a一遇洪水測驗。

水文測船(鋼板船)的測洪能力為1 200 m3/s，實測最大流量1 080 m3/s，滿足5 a一遇洪水測驗。

浮標投放器位于右岸基上130 m處，用于大水和漂浮物較多時的流量測驗，測洪能力為2 600 m3/s，實測最大流量為2 300 m3/s，能夠滿足50 a一遇洪水測驗。

3 高水測洪方案

3.1 大洪水測洪方案

重現(xiàn)期10～20 a一遇，水位為1 749.32～1 749.90 m，流量1 630～2 050 m3/s。

流量測驗。(1)方案1：遇大洪水時，漂浮物較多時采用測船流速儀0.6一點法施測，若是干流來水水草較少時可采用纜道流速儀0.6或水面一點法施測，主流部分每間隔5 m布設一條測深垂線，10 m布設一條測速垂線，漫灘后的測深、測速垂線可適當放寬，測速歷時可縮為60 s。若流量變幅較大時，可精簡測速垂線，但不能少于6條。一場洪水過程不少于7次，單次流量測驗不確定度為±3%。定位利用斷面標志牌人工觀讀定位，計數(shù)器定位。測深采用測深桿實測水深或纜道懸索懸吊鉛魚望遠鏡直讀水深。測速采用測船絞關懸吊鉛魚懸掛流速儀測速，秒表記時，音響器接受信號，人工記數(shù)。(2)方案2：采用水面浮標法。本站設有高水浮標投放器，可均勻投放浮標，觀測記錄各浮標上下斷面運行歷時，測定各浮標流經中斷面的位置。浮標個數(shù)不能少于14個，浮標系數(shù)采用試驗系數(shù)0.86，測驗精度也較高。定位利用小平板或經緯儀儀交匯法定位。將小平板或經緯儀儀安置在基線樁上，當浮標通過中斷面時，中斷面監(jiān)視人員用哨聲通知小平板或經緯儀操作人員，操作人員記錄下浮標通過中斷面的位置。測深根據(jù)現(xiàn)場實際就近借用峰前、峰后斷面。測速采用當浮標通過上斷面時，上斷面監(jiān)視人員用哨聲通知下斷面監(jiān)視人員啟動秒表，當浮標通過下斷面時，下斷面監(jiān)視人員關閉秒表，測記浮標運行歷時，并用公式Vf =L/T計算浮標虛流速。

3.2 特大洪水測洪方案

重現(xiàn)期為20～50 a一遇，水位1 749.90～1 750.54 m，流量2 050～2 600 m3/s。

3.2.1 水位觀測

(1)基本斷面采用直立式水尺人工觀讀水位，如遇較大洪水出槽后，應及時采取相應措施，打小木樁，編號，記時間，并及時用水準儀測量高程推算出水位。建議給該站安裝非接觸式自記水位計。(2)比降斷面比降水位應滿足較大洪水的要求外，如遇大洪水出槽后，應采取和基本斷面相應的措施觀讀上下比降水位。(3)水尺設立應滿足特大洪水要求外，原基本水尺被大洪水沖毀無法觀讀時，應及時設立臨時水尺和采取相應措施，確保各項水位觀測無漏誤，以控制水位變化全過程。

3.2.2 流量測驗

(1)方案1：遇特大洪水時，采用纜道流速儀水面一點法施測，測速垂線數(shù)目可精簡止8條，測速歷時縮短止30～60 s，單次流量測驗不確定度為±5%。右岸出槽的部分流量可采用浮標法或涉水流速儀法。定位采用纜道計數(shù)器定位。測深根據(jù)現(xiàn)場實際借用峰前峰后斷面。測速采用秒表記時，音響器接受信號，人工記數(shù)。(2)方案2：遇特大洪水，纜道、測船流速儀無法施測時，應采用水面浮標法施測流量。應啟用高水浮標投放器，在基上130 m處均勻投放浮標，浮標個數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場情況具體掌握，觀測記錄各浮標上下斷面運行歷時，測定各浮標流經中斷面的位置。浮標系數(shù)采用試驗系數(shù)0.86。定位應滿足較大洪水定位外，漫灘超出基線的部分洪水，采取其他措施，也可按經驗目估起點距。測深就近借用斷面。測速當浮標通過上斷面時，上斷面監(jiān)視人員用哨聲通知下斷面監(jiān)視人員啟動秒表，當浮標通過下斷面時，下斷面監(jiān)視人員關閉秒表，測記浮標運行歷時，并用公式Vf =L/T計算浮標虛流速。如出現(xiàn)特殊情況也可采用半距計算浮標虛流速。(3)方案3：利用水面漂浮物，采用中泓浮標法。施測時利用醒目的漂浮物做中泓浮標，觀測記錄各漂浮物流經上下斷面間的運行歷時，中泓浮標個數(shù)保持5個以上，浮標系數(shù)采用經驗浮標系數(shù)。定位利用標志物目估起點距。測深根據(jù)現(xiàn)場實際情況借用斷面。測速當浮標通過上斷面時，上斷面監(jiān)視人員用哨聲通知下斷面監(jiān)視人員啟動秒表，當浮標通過下斷面時，下斷面監(jiān)視人員關閉秒表，測記浮標運行歷時，并用公式Vf =L/T計算浮標虛流速。如出現(xiàn)特殊情況也可采用半距計算浮標虛流速。

圖2 紅旗站高水報汛關系曲線圖

4 報訊及組織與技術支援

按每年下達的水情報汛任務書的要求，及時、準確的將水情、沙情、雨情、災情在觀測(發(fā)現(xiàn))后20 min以內準確地向各收報單位拍發(fā)水情電報。經對紅旗站歷年水位～流量關系曲線分析，得出紅旗站綜合水位～流量關系曲線圖，供遇到較大以上洪水報汛時參考。要對綜合報汛曲線根據(jù)當年實際變化情況及時修正，確保報汛質量。

每年汛前應準備充分搶測大洪水所需的各種器材和設備，若遇大洪水，由站長組織全站人員，按分工協(xié)作的要求，進行基本水位、水面比降，流量，泥沙的測取，以測得完整的洪水過程，確保測驗、報汛兩不誤。如遇本站技術或人力有限時，在嚴密監(jiān)視水情的同時通知臨洮水文局，由局組織技術力量在1個半小時內到達該站，配合本站測得完整的洪水過程。確保測驗、報汛兩不誤。

5 結語

紅旗站1954年設站，三套流量測驗設施雖經過八十年代初改造，但隨著劉家峽水庫1967年建成蓄水，測驗河段逐年淤積，測驗斷面右岸樹木成林，現(xiàn)有的測驗設施都建在1 749.00 m以下，部分水文測驗設施老化，設施改造滯后于其他省份，如遇特殊水情很難測得完整的大洪水過程。為提高測洪能力，建議提高該站測驗設施的防洪標準，利用現(xiàn)代化的測驗手段，采用電波流速儀等先進測驗設備實測大洪水，購置架設最新研制水文全自動綜合測驗儀器，利用水利學原理，采用積寬法施測斷面流量。在測驗設施和通訊方面加大投入，盡快實現(xiàn)全國重要水文站與國家水文信息中心的聯(lián)網(wǎng)。

[1]國家防汛抗旱總指揮部辦公室.國家防汛抗旱應急預案.2006.1.11.

[2]中華人民共和國水利部.河流流量測驗規(guī)范.中國計劃出版社.1994.2.

[3]臨洮水文水資源勘測局.測站技術檔案.2013.10.

TV122+.5

B

1004-1184(2017)05-0146-02

2017-04-10

林彥和(1972-)，男，甘肅臨洮人，高級工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測與水文水資源研究工作。