超標準洪水預報方案設計及保障措施探討
——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

我國大部分地區夏季多雨水較多,其中暴雨次數也較多,導致洪水災害頻發。為了降低洪災造成的政府和群眾財產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生,河道防洪標準的制定往往依據被保護對象的重要度、遭遇洪水的損失多少以及對國民經濟造成的影響大小來確定。從全世界的河道防洪標準可以看出,除了極個別的河段外,大部分河段均為20～200 a發生一次,因此不可能按千年發生甚至是一萬年發生一次的標準來設計堤防,那樣做既勞民傷財又缺乏經濟性和合理性。我國河道防洪標準中有規定,城鎮以20～200 a標準設計,農田按10～100 a標準設計。加之河道防洪標準較低,故極易出現超標準洪水。爆發超標準洪水一般屬于偶然事件,因此其出現的時間、洪峰、洪量均無法確定。因此,每年汛期都應做好應對超標準洪水的準備。本文以陜西省華陰市羅敷鎮羅敷村羅敷堡水文站水文站為例,對超標準洪水預報方案設計及保障措施進行研究。

1 概述

1.1 流域概況

羅敷河流域位于關中水量較少的地區,流域內峰巒林立,山高溝深是該地貌的顯著表現。巖石多為花崗巖片麻巖,土壤多為棕壤土和壚土,自羅敷鎮以北至河口地段為渭河沖積平原,流域內灌木叢生,植被覆蓋率較高,地下水資源豐富,主要由裂縫水形成補給河流。羅敷河發源地為位于秦嶺山北麓的港子山溝內,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羅敷村,東經109°56′,北緯 34°32′,測站編碼為 41110800。設立于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國家高程基準與凍結基面換算關系為Z85=Z凍結-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立為羅敷堡水文站,1968年斷面下遷1km后站名變為羅敷堡(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羅敷村,東經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月,近年來由于氣候變化,導致5月和10月洪水發生次數增加。陡漲陡落,峰型尖瘦。洪水時伴有滾石,河床沖淤變化大,水位流量關系散亂。羅敷站測驗河段順直,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。設上、中、下斷面,上下斷面間距100 m。

羅敷站實測最大流量為350 m3/s(羅敷(二)斷面,水位394.22 m),發生于1998年7月13日,在現斷面相應水位為392.50 m;調查最大流量為503 m3/s,發生于1901年,在現斷面相應水位為393.25 m。羅敷站實測最大流速8.0 m/s(1998年7月13日,羅敷(二)斷面,相應流量350 m3/s,浮標法施測);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間發生在7、8兩月,其次為5、6、9三個月。水位流量關系多呈繩套。羅敷河羅敷站警戒流量100 m3/s。測驗項目有水位、流量、降水量、蒸發量、水質等。承擔向國家防總、省水文局、西安水文局、渭南防汛指揮部、羅敷鎮鎮政府 等單位的雨、水情報汛任務,向沿河兩岸提供水文情報服務。

1.2.2 測驗河段及斷面情況

測驗河段基本順直,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、細沙組成,沖淤較嚴重;左岸為連山石,右岸為華金公路。羅敷站基本斷面以上200 m處為應急測驗斷面,寬度為40 m。該斷面采用基本水尺斷面上游200 m處鉬礦轉運站公路橋下,刻畫起點距,利用電波流速儀測流。鉬礦轉運站公路橋橋面高程為399.93～399.96 m,可施測500 m3/s以下流量,羅敷站應急斷面圖如圖1所示。羅敷站水文測驗各種系數及來源如表1所示。

表1 羅敷水文站水文測驗各種系數表

圖1 羅敷站應急斷面圖

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,主峰雨停止時間至洪峰出現時間約為3～5 h,洪峰維持時間2～3 h。較大洪水過程一般持續 3～5 d。受斷面沖淤和洪水漲落影響,歷年水位流量關系為臨時曲線和繩套曲線。

1.4 測報能力現狀

本站水位觀測能力可達394 m,纜道設計測洪能力達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、報汛保障能力均達百年一遇洪水水位。

1.5 交通狀況

本站位于華陰市羅敷鎮,距西安水文中心約140 km,S202省道經過站門口,交通車可直達。G30高速羅敷收費站距本站2 km,交通便捷。當出現超標洪水時,不影響人員到達本站。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 測報預案

2.1 測定洪水量級

根據多年資料,經過計算羅敷站洪峰流量頻率如表2所示。當羅敷河羅敷站發生30 a一遇洪峰流量306 m3/s,相應水位392.00 m,接近于觀測房地面高程,此時啟動超標準洪水應急預案進行測報。

表2 羅敷站洪峰流量頻率計算結果

2.2 測驗方案

2.2.1 水位觀測

若遇突發大洪水,現場工作人員應根據情況緊急程度馬上進入警戒狀態。第一要務便是要確認自記水位計狀態無異常。如果發現自記水位計發生設備異常,工作人員則要駐守基本斷面,實時觀測水情,尤其重點關注突發狀況,以6 min為周期進行觀測采樣。采取一切必要措施記錄洪水水位的全部變化細節。

如果遭遇基本斷面滑坡現象,需及時在河道相應位置尋找合適河段放置木樁和水尺板并記錄水尺板頂的實時高程,另外,還要根據記錄數據計算可能水位。一旦發生特殊情況難以放置水尺,則必須借助水準儀直接測量水面高程并根據測量結果預測水位。如果使用過程中引測困難,可通過樹樁或附近定點建筑物做為參照物做好水痕標記,并為每處標記設置相應的編號、時間,滿足引測條件時即刻進行引測。

觀測水位全過程中應設法保證過程的完整性和數據的準確性,以上操作均應在現場工作人員人身安全有保證的前提下進行。自記水位計發生異常時則需進行人工坐守觀測,確保過程控制完整無漏。

2.2.2 流量測驗

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

當出現30 a一遇洪峰流量306 m3/s(相應水位392.06 m)以上洪水時,羅敷站左岸出現漫灘,同時受洪水影響將對觀測房所在左岸護坡將產生影響,出現滑坡的幾率大,應當注重觀察,隨時留意滑坡的發生。如若發生滑坡,應及時轉移水文資料及財務,確保人身安全。

當洪水流量達350 m3/s(相應水位392.50 m)時,滑坡將會發生,影響到觀測房安全,應及時轉移水文資料及測量器具,確保人身安全。

當洪水流量達500 m3/s(相應水位393.25 m)時,洪水會進入觀測房,發生如此洪水的幾率很小,如若發生必將是流域災害,觀測房一側岸坡將出現滑坡,測驗設施被沖毀,應提前轉移測驗資料和測驗設備。人員向站房撤離。

2.2.3 泥沙測驗

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

2.3 報訊方案

一般而言,雨量、水位數據無需人工上報,可自動上傳?，F場設備故障情況下,可借助手機或其他移動設備上的APP小程序如QQ聊天軟件、微信小程序、移動電話等現場可以利用的方式向西安水情分中心報送水情現場情況,同時報至向華陰水情防控辦。如果因惡劣天氣現場不具備網絡條件,則應通過衛星電話報汛?？偠灾?無論選取何種報訊方式,原則上必須保證以最快時間將水情傳遞出去,勿漏報、勿緩報、勿錯報。西安水情分中心相關人員將上述情況報告給省水文局水情處、渭南市防控辦、華陰市防控辦等相關職能部門。如果現場汛情過大導致所有河道設施被沖毀,此時水位又無法進行引測,則至少要安排兩名熟悉本站河道現場情況的工作人員對河道的水位和流量進行估測,并按流程將估測值報送水情科作為評估現場水情的依據。另外,必須及根據計算結果對河道流量進行分析,使本站的實測發報能及時上報以及實時修正報汛曲線趨勢。

3 保障措施分析

(1)成立羅敷(三)水文站超標洪水測報應急小組。一旦預報水位符合30 a一遇的標準,應及時向西安水文水資源勘測中心進行求援。汛情發生之前應收集本站各項考證資料和輔助大斷面等相關材料,洪水過后馬上啟動調查程序,測報過程嚴格按照“四隨”標準,加強合理性分析檢查,確保測驗準確無誤。此外,還要重視對防汛物資的管控工作,按時清點各項物資,數量不足時及時補充,物資異常時及時養護。根據現場預報信息,在超標洪水可能暴發的情況下,需提前將防汛物資和生活生產必需品存放至本站站房內,確保以上物資的安全。

(2)隨時準備好備用電源,一般采用市電,如果洪水造成現場斷電,需及時啟動備用發電機組進行發電。保證柴油儲備充足,以發電機工作無異常為前提,檢查試運行記錄頻率在1次/月以上。必要時向電力局請求支援架設應急電源。

(3)超標洪水一旦暴發,必須在確?，F場工作人員人身安全的情況下進行水文測報,同時要提前對現場設備、文件和人員進行及時轉移,不能造成生產安全事故。安全用具和安全隱患排查頻率不應低于1次/月,超標洪水暴發前全面檢查現場各項工作。

4 后期處置

4.1 水毀工程修復

若防洪設施發生水毀,應按規定立刻填寫水毀災情單并在洪水發生24 h內上報西安水文水資源勘測中心,領導審批后及時修復被洪水沖毀的設施和設備。

4.2 水文調查

洪水水位跌落后,需對現場水情進行準確調查還原并查驗洪水沖刷痕跡,測出洪水痕跡的高程。調查清楚洪水起漲和峰現的時間、落平的時間以及總歷時。調查清楚河道變遷情況和洪痕斷面的沖淤變幅。調查清楚河床組成并計算其糙率。驗明洪水的水位情況以及在歷史洪水中所處的序位。查明洪水發生過程中的雨情信息、天氣情況及成因,調取流域自然地理情況及水利、水保相應措施。調查清楚河段內縱、橫斷面并進行簡易地形的測量和攝像工作,依據相關標準對調查結果作出科學合理的分析并進行評價,最終撰寫調查報告。調查時應依據中華人民共和國國家標準中的《水文測量規范》、《水位觀測標準》和《河流流量測驗規范》等標準與規范規定的方式方法進行調查。

5 結語

本文針對超標準洪水預報方案設計及保障措施的問題進行了分析,以位于陜西省華陰市羅敷鎮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、測驗河段及斷面情況、測站特性、預報能力現狀以及當地交通狀況進行了討論,對該水文站進行了洪水量級測定,從水位觀測、流量觀測和泥沙測驗三個方面出發制定測驗方案,同時對報訊方案進行了討論,最后提出了后期相應的保障措施和水毀工程修復、水文調查方案。