超標(biāo)準(zhǔn)洪水預(yù)報(bào)方案設(shè)計(jì)及保障措施探討
——以陜西華陰羅敷堡水文站為例

謝 天

(渭南水文水資源勘測中心,陜西 渭南 714000)

0 引言

我國大部分地區(qū)夏季多雨水較多,其中暴雨次數(shù)也較多,導(dǎo)致洪水災(zāi)害頻發(fā)。為了降低洪災(zāi)造成的政府和群眾財(cái)產(chǎn)損失并減少人員傷亡,通過制定水庫防洪體系以限制河道洪水的發(fā)生,河道防洪標(biāo)準(zhǔn)的制定往往依據(jù)被保護(hù)對象的重要度、遭遇洪水的損失多少以及對國民經(jīng)濟(jì)造成的影響大小來確定。從全世界的河道防洪標(biāo)準(zhǔn)可以看出,除了極個別的河段外,大部分河段均為20～200 a發(fā)生一次,因此不可能按千年發(fā)生甚至是一萬年發(fā)生一次的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)堤防,那樣做既勞民傷財(cái)又缺乏經(jīng)濟(jì)性和合理性。我國河道防洪標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定,城鎮(zhèn)以20～200 a標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),農(nóng)田按10～100 a標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。加之河道防洪標(biāo)準(zhǔn)較低,故極易出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水。爆發(fā)超標(biāo)準(zhǔn)洪水一般屬于偶然事件,因此其出現(xiàn)的時(shí)間、洪峰、洪量均無法確定。因此,每年汛期都應(yīng)做好應(yīng)對超標(biāo)準(zhǔn)洪水的準(zhǔn)備。本文以陜西省華陰市羅敷鎮(zhèn)羅敷村羅敷堡水文站水文站為例,對超標(biāo)準(zhǔn)洪水預(yù)報(bào)方案設(shè)計(jì)及保障措施進(jìn)行研究。

1 概述

1.1 流域概況

羅敷河流域位于關(guān)中水量較少的地區(qū),流域內(nèi)峰巒林立,山高溝深是該地貌的顯著表現(xiàn)。巖石多為花崗巖片麻巖,土壤多為棕壤土和壚土,自羅敷鎮(zhèn)以北至河口地段為渭河沖積平原,流域內(nèi)灌木叢生,植被覆蓋率較高,地下水資源豐富,主要由裂縫水形成補(bǔ)給河流。羅敷河發(fā)源地為位于秦嶺山北麓的港子山溝內(nèi),形似羽毛狀。

1.2 測站概況

1.2.1 基本情況

羅敷堡水文站位于陜西省華陰市羅敷鎮(zhèn)羅敷村,東經(jīng)109°56′,北緯 34°32′,測站編碼為 41110800。設(shè)立于1955年1月,1999年1月下遷100 m為羅敷堡(三)站,屬國家重要水文站,是渭河南岸小面積區(qū)域代表站,站址以上控制流域面積191 km2,河長47.1 km,距河口15 km。隸屬西安水文測報(bào)中心,本站駐測職工2人。本站水位采用85基面,1985國家高程基準(zhǔn)與凍結(jié)基面換算關(guān)系為Z85=Z凍結(jié)-0.769 m。該水文站是國家基本水文站,屬渭河南岸小面積代表站。1955年6月由陜西省水利局設(shè)立為羅敷堡水文站,1968年斷面下遷1km后站名變?yōu)榱_敷堡(二),1999年1月1日斷面又下遷100 m改站名為羅敷堡(三)。地址位于陜西省華陰市敷水鎮(zhèn)羅敷村,東經(jīng)109°56′,北緯34°32′,集水面積120 km2,距河口里程16 km,平均坡降23.5‰。

羅敷水文站為羅敷河下游控制站,系二類精度水文站,國家重要站,省級報(bào)汛站。河流走向由東南向西北,形似羽毛狀。洪水主要由暴雨造成,七月和八月為洪水多發(fā)月,近年來由于氣候變化,導(dǎo)致5月和10月洪水發(fā)生次數(shù)增加。陡漲陡落,峰型尖瘦。洪水時(shí)伴有滾石,河床沖淤變化大,水位流量關(guān)系散亂。羅敷站測驗(yàn)河段順直,基上50 m有彎道,320 m處左岸有槽渠引水,2.0 km處有水電站引、排水工程,受其影響,枯水期河道水位呈鋸齒型變化。河床由砂卵石組成,斷面沖淤變幅大。設(shè)上、中、下斷面,上下斷面間距100 m。

羅敷站實(shí)測最大流量為350 m3/s(羅敷(二)斷面,水位394.22 m),發(fā)生于1998年7月13日,在現(xiàn)斷面相應(yīng)水位為392.50 m;調(diào)查最大流量為503 m3/s,發(fā)生于1901年,在現(xiàn)斷面相應(yīng)水位為393.25 m。羅敷站實(shí)測最大流速8.0 m/s(1998年7月13日,羅敷(二)斷面,相應(yīng)流量350 m3/s,浮標(biāo)法施測);羅敷站洪峰多為單式洪峰,峰形尖瘦。年最大洪峰流量絕大部分時(shí)間發(fā)生在7、8兩月,其次為5、6、9三個月。水位流量關(guān)系多呈繩套。羅敷河羅敷站警戒流量100 m3/s。測驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、降水量、蒸發(fā)量、水質(zhì)等。承擔(dān)向國家防總、省水文局、西安水文局、渭南防汛指揮部、羅敷鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府 等單位的雨、水情報(bào)汛任務(wù),向沿河兩岸提供水文情報(bào)服務(wù)。

1.2.2 測驗(yàn)河段及斷面情況

測驗(yàn)河段基本順直,基本水尺斷面上游50 m處有一彎道,下游約100 m 處有隴海鐵路大橋。河槽呈v型,河床由卵石、細(xì)沙組成,沖淤較嚴(yán)重;左岸為連山石,右岸為華金公路。羅敷站基本斷面以上200 m處為應(yīng)急測驗(yàn)斷面,寬度為40 m。該斷面采用基本水尺斷面上游200 m處鉬礦轉(zhuǎn)運(yùn)站公路橋下,刻畫起點(diǎn)距,利用電波流速儀測流。鉬礦轉(zhuǎn)運(yùn)站公路橋橋面高程為399.93～399.96 m,可施測500 m3/s以下流量,羅敷站應(yīng)急斷面圖如圖1所示。羅敷站水文測驗(yàn)各種系數(shù)及來源如表1所示。

表1 羅敷水文站水文測驗(yàn)各種系數(shù)表

圖1 羅敷站應(yīng)急斷面圖

1.3 測站特性

本站洪水來源主要為暴雨洪水,以單峰型呈現(xiàn),主峰雨停止時(shí)間至洪峰出現(xiàn)時(shí)間約為3～5 h,洪峰維持時(shí)間2～3 h。較大洪水過程一般持續(xù) 3～5 d。受斷面沖淤和洪水漲落影響,歷年水位流量關(guān)系為臨時(shí)曲線和繩套曲線。

1.4 測報(bào)能力現(xiàn)狀

本站水位觀測能力可達(dá)394 m,纜道設(shè)計(jì)測洪能力達(dá)389.50 m,輔助斷面測洪能力為399 m,觀測場高程為410.43 m。水位、流量 (主槽)、降水量等要素測洪能力和供電、報(bào)汛保障能力均達(dá)百年一遇洪水水位。

1.5 交通狀況

本站位于華陰市羅敷鎮(zhèn),距西安水文中心約140 km,S202省道經(jīng)過站門口,交通車可直達(dá)。G30高速羅敷收費(fèi)站距本站2 km,交通便捷。當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)洪水時(shí),不影響人員到達(dá)本站。路線 1:西安水文中心→G30國道→S202省道→羅敷站。路線 2:西安水文中心→西安繞城高速→西潼高速→S202省道→319縣道→羅敷站。

2 測報(bào)預(yù)案

2.1 測定洪水量級

根據(jù)多年資料,經(jīng)過計(jì)算羅敷站洪峰流量頻率如表2所示。當(dāng)羅敷河羅敷站發(fā)生30 a一遇洪峰流量306 m3/s,相應(yīng)水位392.00 m,接近于觀測房地面高程,此時(shí)啟動超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行測報(bào)。

表2 羅敷站洪峰流量頻率計(jì)算結(jié)果

2.2 測驗(yàn)方案

2.2.1 水位觀測

若遇突發(fā)大洪水,現(xiàn)場工作人員應(yīng)根據(jù)情況緊急程度馬上進(jìn)入警戒狀態(tài)。第一要務(wù)便是要確認(rèn)自記水位計(jì)狀態(tài)無異常。如果發(fā)現(xiàn)自記水位計(jì)發(fā)生設(shè)備異常,工作人員則要駐守基本斷面,實(shí)時(shí)觀測水情,尤其重點(diǎn)關(guān)注突發(fā)狀況,以6 min為周期進(jìn)行觀測采樣。采取一切必要措施記錄洪水水位的全部變化細(xì)節(jié)。

如果遭遇基本斷面滑坡現(xiàn)象,需及時(shí)在河道相應(yīng)位置尋找合適河段放置木樁和水尺板并記錄水尺板頂?shù)膶?shí)時(shí)高程,另外,還要根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算可能水位。一旦發(fā)生特殊情況難以放置水尺,則必須借助水準(zhǔn)儀直接測量水面高程并根據(jù)測量結(jié)果預(yù)測水位。如果使用過程中引測困難,可通過樹樁或附近定點(diǎn)建筑物做為參照物做好水痕標(biāo)記,并為每處標(biāo)記設(shè)置相應(yīng)的編號、時(shí)間,滿足引測條件時(shí)即刻進(jìn)行引測。

觀測水位全過程中應(yīng)設(shè)法保證過程的完整性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,以上操作均應(yīng)在現(xiàn)場工作人員人身安全有保證的前提下進(jìn)行。自記水位計(jì)發(fā)生異常時(shí)則需進(jìn)行人工坐守觀測,確保過程控制完整無漏。

2.2.2 流量測驗(yàn)

羅敷(三)站一般情況下纜道測流。發(fā)生緊急水情則必須通過電波流速儀、中泓浮標(biāo)測流、均勻浮標(biāo)、天然浮標(biāo)等方法測流,測深借用水深。綜合考慮羅敷站設(shè)備的現(xiàn)有情況、斷面及水位流量關(guān)系曲線制定相應(yīng)的流量測驗(yàn)方案。

當(dāng)出現(xiàn)30 a一遇洪峰流量306 m3/s(相應(yīng)水位392.06 m)以上洪水時(shí),羅敷站左岸出現(xiàn)漫灘,同時(shí)受洪水影響將對觀測房所在左岸護(hù)坡將產(chǎn)生影響,出現(xiàn)滑坡的幾率大,應(yīng)當(dāng)注重觀察,隨時(shí)留意滑坡的發(fā)生。如若發(fā)生滑坡,應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)移水文資料及財(cái)務(wù),確保人身安全。

當(dāng)洪水流量達(dá)350 m3/s(相應(yīng)水位392.50 m)時(shí),滑坡將會發(fā)生,影響到觀測房安全,應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)移水文資料及測量器具,確保人身安全。

當(dāng)洪水流量達(dá)500 m3/s(相應(yīng)水位393.25 m)時(shí),洪水會進(jìn)入觀測房,發(fā)生如此洪水的幾率很小,如若發(fā)生必將是流域?yàn)?zāi)害,觀測房一側(cè)岸坡將出現(xiàn)滑坡,測驗(yàn)設(shè)施被沖毀,應(yīng)提前轉(zhuǎn)移測驗(yàn)資料和測驗(yàn)設(shè)備。人員向站房撤離。

2.2.3 泥沙測驗(yàn)

單沙在水邊水流明顯處水面取樣。斷沙隨流量一同進(jìn)行,在上游公路橋上水面取樣,或者河邊取樣。

2.3 報(bào)訊方案

一般而言,雨量、水位數(shù)據(jù)無需人工上報(bào),可自動上傳?，F(xiàn)場設(shè)備故障情況下,可借助手機(jī)或其他移動設(shè)備上的APP小程序如QQ聊天軟件、微信小程序、移動電話等現(xiàn)場可以利用的方式向西安水情分中心報(bào)送水情現(xiàn)場情況,同時(shí)報(bào)至向華陰水情防控辦。如果因惡劣天氣現(xiàn)場不具備網(wǎng)絡(luò)條件,則應(yīng)通過衛(wèi)星電話報(bào)汛。總而言之,無論選取何種報(bào)訊方式,原則上必須保證以最快時(shí)間將水情傳遞出去,勿漏報(bào)、勿緩報(bào)、勿錯報(bào)。西安水情分中心相關(guān)人員將上述情況報(bào)告給省水文局水情處、渭南市防控辦、華陰市防控辦等相關(guān)職能部門。如果現(xiàn)場汛情過大導(dǎo)致所有河道設(shè)施被沖毀,此時(shí)水位又無法進(jìn)行引測,則至少要安排兩名熟悉本站河道現(xiàn)場情況的工作人員對河道的水位和流量進(jìn)行估測,并按流程將估測值報(bào)送水情科作為評估現(xiàn)場水情的依據(jù)。另外,必須及根據(jù)計(jì)算結(jié)果對河道流量進(jìn)行分析,使本站的實(shí)測發(fā)報(bào)能及時(shí)上報(bào)以及實(shí)時(shí)修正報(bào)汛曲線趨勢。

3 保障措施分析

(1)成立羅敷(三)水文站超標(biāo)洪水測報(bào)應(yīng)急小組。一旦預(yù)報(bào)水位符合30 a一遇的標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)及時(shí)向西安水文水資源勘測中心進(jìn)行求援。汛情發(fā)生之前應(yīng)收集本站各項(xiàng)考證資料和輔助大斷面等相關(guān)材料,洪水過后馬上啟動調(diào)查程序,測報(bào)過程嚴(yán)格按照“四隨”標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)合理性分析檢查,確保測驗(yàn)準(zhǔn)確無誤。此外,還要重視對防汛物資的管控工作,按時(shí)清點(diǎn)各項(xiàng)物資,數(shù)量不足時(shí)及時(shí)補(bǔ)充,物資異常時(shí)及時(shí)養(yǎng)護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場預(yù)報(bào)信息,在超標(biāo)洪水可能暴發(fā)的情況下,需提前將防汛物資和生活生產(chǎn)必需品存放至本站站房內(nèi),確保以上物資的安全。

(2)隨時(shí)準(zhǔn)備好備用電源,一般采用市電,如果洪水造成現(xiàn)場斷電,需及時(shí)啟動備用發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。保證柴油儲備充足,以發(fā)電機(jī)工作無異常為前提,檢查試運(yùn)行記錄頻率在1次/月以上。必要時(shí)向電力局請求支援架設(shè)應(yīng)急電源。

(3)超標(biāo)洪水一旦暴發(fā),必須在確?，F(xiàn)場工作人員人身安全的情況下進(jìn)行水文測報(bào),同時(shí)要提前對現(xiàn)場設(shè)備、文件和人員進(jìn)行及時(shí)轉(zhuǎn)移,不能造成生產(chǎn)安全事故。安全用具和安全隱患排查頻率不應(yīng)低于1次/月,超標(biāo)洪水暴發(fā)前全面檢查現(xiàn)場各項(xiàng)工作。

4 后期處置

4.1 水毀工程修復(fù)

若防洪設(shè)施發(fā)生水毀,應(yīng)按規(guī)定立刻填寫水毀災(zāi)情單并在洪水發(fā)生24 h內(nèi)上報(bào)西安水文水資源勘測中心,領(lǐng)導(dǎo)審批后及時(shí)修復(fù)被洪水沖毀的設(shè)施和設(shè)備。

4.2 水文調(diào)查

洪水水位跌落后,需對現(xiàn)場水情進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)查還原并查驗(yàn)洪水沖刷痕跡,測出洪水痕跡的高程。調(diào)查清楚洪水起漲和峰現(xiàn)的時(shí)間、落平的時(shí)間以及總歷時(shí)。調(diào)查清楚河道變遷情況和洪痕斷面的沖淤變幅。調(diào)查清楚河床組成并計(jì)算其糙率。驗(yàn)明洪水的水位情況以及在歷史洪水中所處的序位。查明洪水發(fā)生過程中的雨情信息、天氣情況及成因,調(diào)取流域自然地理情況及水利、水保相應(yīng)措施。調(diào)查清楚河段內(nèi)縱、橫斷面并進(jìn)行簡易地形的測量和攝像工作,依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對調(diào)查結(jié)果作出科學(xué)合理的分析并進(jìn)行評價(jià),最終撰寫調(diào)查報(bào)告。調(diào)查時(shí)應(yīng)依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)中的《水文測量規(guī)范》、《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》和《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范規(guī)定的方式方法進(jìn)行調(diào)查。

5 結(jié)語

本文針對超標(biāo)準(zhǔn)洪水預(yù)報(bào)方案設(shè)計(jì)及保障措施的問題進(jìn)行了分析,以位于陜西省華陰市羅敷鎮(zhèn)羅敷村的羅敷堡水文站為例,對該水文站的流域概況、測站基本情況、測驗(yàn)河段及斷面情況、測站特性、預(yù)報(bào)能力現(xiàn)狀以及當(dāng)?shù)亟煌顩r進(jìn)行了討論,對該水文站進(jìn)行了洪水量級測定,從水位觀測、流量觀測和泥沙測驗(yàn)三個方面出發(fā)制定測驗(yàn)方案,同時(shí)對報(bào)訊方案進(jìn)行了討論,最后提出了后期相應(yīng)的保障措施和水毀工程修復(fù)、水文調(diào)查方案。