涇河張家山水文站測洪能力分析

曹勝軍

（陜西省水文水資源勘測局 陜西 西安 710068）

1 測站特性

1.1 測站概況

張家山水文站為涇河下游干流控制站，系一類精度水文站，國家重要站，中央報汛站。1932年1月由民國陜西省水利局設(shè)立，1952年6月測驗斷面下遷3000m站名為張家山（二）站。站址位于陜西省涇陽縣王橋鎮(zhèn)岳家坡村趙家溝，東經(jīng)105°36′，北緯34°38′，集水面積 43216km2，控制河長 397km，河流平均比降2.78‰，距河口里程58km。主要任務(wù)為收集涇河流域水文特征，掌握下游河段水量、沙量變化規(guī)律，為開發(fā)利用涇河流域水利資源提供科學(xué)依據(jù)，為涇河下游及黃河、三門峽庫區(qū)防汛提供水文情報、預(yù)報，為涇惠渠灌溉管理服務(wù)。觀測項目有水位、流量、含沙、水溫、降水、蒸發(fā)、水質(zhì)，土壤墑情，同時對涇惠渠非汛期含沙、水質(zhì)等項目進(jìn)行測驗。下設(shè)3處墑情監(jiān)測站、8處降水量站、4處雨情站。2010年有職工5人。

1.2 涇河水文特性

涇河為黃河流域十大水系之一，是黃河洪水泥沙主要來源地之一。涇河長455km，流域面積45421km2。涇河水系跨甘肅、寧夏、陜西三?。▍^(qū)），西至六盤山、東至子午嶺、南接千陽嶺、北至古長城。地形地貌大致可分為中低山、丘陵地形、黃土塬區(qū)和河川臺地四種地貌形態(tài)，地勢西部高，其余方向較低。各支流呈輻射狀集中于政平及亭口附近，狀若雞爪。涇河水系為季節(jié)分明的中緯度大陸性氣候，春旱少雨，夏秋季多東南風(fēng)，雨量相對多而集中，多年平均降水量為489.7mm。涇河年均徑流量13.91×108m3，年均含沙量為220g/m3。張家山水文站實測最高水位437.00m（1933年8月8日），實測最大流量9200m3/s（1933年8月8日），實測最小流量1.94m3/s（1977年4月15日），實測最大流速：5.47m/s（1966年 7月 27日），實測最大含沙量：1430kg/m3（1958年7月11日）。

1.3 洪水及洪峰頻率

1.3.1 洪水組成

受西太平洋副熱帶高壓移動的影響，在西太平洋、孟加拉灣暖濕水汽共同作用下，在副高峰區(qū)造成大暴雨，使涇河暴雨多集中在7月、8月兩個月。涇河流域形若扇狀。各主要支流處于六盤山以東的暴雨區(qū)內(nèi)、暴雨移動路徑與支流匯入走向一致，使涇河上游支流洪水頻繁，量級高、遭遇機(jī)會多，是陜西省洪水易發(fā)區(qū)和洪峰流量高值區(qū)。

1.3.2 歷史洪水

清道光21年（1841年），張家山站出現(xiàn)洪峰流量15800m3/s，為歷史調(diào)查最大；1933年8月，涇河全流域出現(xiàn)了一次高強(qiáng)度降雨，支流馬蓮河、芮河、黑河猛漲，涇河發(fā)生了實測以來的最大一次洪水，張家山實測值為9200m3/s，約為50年一遇的洪水；1966年涇河上游突降暴雨，各支流普遍漲水，張家山站實測洪峰流量為7520m3/s，超過20年一遇洪水；1996年7月26～27日，涇河上游甘肅慶陽地區(qū)普降暴雨到大暴雨，中心雨區(qū)雨量高達(dá)160mm，張家山站分別為3180m3/s、3920m3/s，超過5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，由于洪水來勢迅猛，漲落較快，造成涇陽河灘228名群眾被洪水圍困的險情。

1.3.2 洪水頻率

根據(jù)歷史調(diào)查洪水和1932年～2009年實測資料推算出涇河張家山站不同頻率洪水見表1。

表1 涇河張家山水文站洪水流量頻率表

2 測站現(xiàn)狀分析

2.1 現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施

2.1.1 測驗斷面情況

張家山水文站現(xiàn)測驗河段較順直，復(fù)式河槽，沙石、膠泥河床。兩岸均為黃土崖，高約30m?；緮嗝嫔稀⑾掠胃?00m處，均有彎道?；舅邤嗝婕媪魉賰x測流斷面及浮標(biāo)中斷面，上、下浮標(biāo)斷面間距200m，上、下比降斷面間距280m。水位流量關(guān)系為單一線或繩套曲線。洪水測驗流速儀易受柴草影響?；緮嗝嫔嫌?500處有涇惠渠張家山水庫，基本斷面以上1200m處有涇惠渠沉沙池。涇惠渠干渠最大引水量達(dá)50m3/s。涇惠渠張家山水庫庫容450萬m3，最大泄洪可形成320m3/s的水峰，日最多形成水峰7個，變幅均在2m。涇惠渠沉沙池設(shè)計沉淀沖沙200kg/m3，最大調(diào)節(jié)涇河含沙形成沙峰350 kg/m3，日形成沙峰3個，變幅在100kg/m3以上。以上因素造成了張家山水文站水位流量變化頻繁，水、沙峰層巒疊嶂。

2.1.2 測站基礎(chǔ)設(shè)施

張家山水文站現(xiàn)有1952年劃撥2.87畝辦公用地，0.44畝氣象場用地；1983年建生產(chǎn)辦公用房295.5m2。1973年修建觀測窯40m2。1999年修建灶房30m2。另有涇河觀測場地——涇河測驗斷面上下游總長800m，占地約160000m2。氣象場距離涇河觀測斷面500m。

張家山水文站1976年以前使用單舟測船取沙測流，1976年建雙主索齒輪升降纜車，1981年改為渦輪升降纜車。1992年改造為電動升降，配有“浙Ⅱ型絞車，2008年增添變頻器改為計算機(jī)控制。測驗河段纜道跨度220m，主索直徑18.5mm，高度447.59m。另有1976年架設(shè)彈線式浮標(biāo)投放器，跨度190m，，距河底高程20m。2008年12月修建超聲波水位塔。2009年6月啟用YDH-1型遙測終端機(jī)。

2.2 技術(shù)裝備

隨著社會的發(fā)展，國家對水文工作的不斷重視，張家山水文站儀器設(shè)備不斷得到更新。

張家山水文站目前配LS25-3、LS25-1型流速儀6架，有JA21002型電子天平一臺。DSZ2型自動安平水準(zhǔn)儀一臺。DT-2型電子經(jīng)緯儀一臺。TZS-1型土壤水分測試儀一臺。YDH-1型遙測終端機(jī)一臺。以及 DEL5200型計算機(jī)一臺、HPlaserjetP1008打印機(jī)一臺。

張家山水文站作為一類站，執(zhí)行全國統(tǒng)一規(guī)范對各項水文要素進(jìn)行測驗。同時利用計算機(jī)軟件對流量進(jìn)行計算，用南方片資料整編軟件進(jìn)行各水文要素資料整編。

2.3 測洪方案

2.3.1 一般洪水測洪方案

目前，張家山水文站的測洪方案為：纜車(吊箱)施測1500m3/s以下的洪水；大于1500m3/s的洪水用均勻浮標(biāo)法或中泓浮標(biāo)法施測流速，用電子經(jīng)緯儀交會法定位浮標(biāo)位置。流量500m3/s以下時一般在0.6m水深處施測，條件允許時適當(dāng)布置多點(diǎn)法測流；流量500m3/s以上在0.2m水深處施測。

2.3.2 大洪水測洪方案

本站洪水如在7200m3/s（保證流量）以上時，保證水位控制完整，利用中泓天然浮標(biāo)搶測洪峰，在水邊取沙。

2.4 測洪能力分析

2.4.1 測洪標(biāo)準(zhǔn)分析

根據(jù)《水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》張家山水文站的測洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為50年一遇至100年一遇，或不低于當(dāng)?shù)睾拖掠伪Ｗo(hù)區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)。張家山水文站50年一遇洪水為9510m3/s。

2.4.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)分析

根據(jù)《水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》，張家山水文站的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于100年一遇，或不低于近50年以來發(fā)生的最大洪水。張家山水文站50年一遇洪水為9510m3/s，近50年以來最大洪水為1966年7月27日實測最高水位434.33m，相應(yīng)流量 7520m3/s，為歷史實測最大流量。目前，測驗設(shè)施均在440m高程以上，相應(yīng)流量為12600m3/s，超過100年一遇洪水。

2.4.3 測洪能力分析

目前流速儀法可測流1500m3/s，僅相當(dāng)2年一遇洪水，即使用浮標(biāo)法，最大也只能施測6000m3/s，約為15年一遇洪水。超聲波水位塔探頭高度是436m,可探測涇河8300m3/s的洪水，相當(dāng)于35年一遇洪水。斜坡水尺的頂端可觀測最高水位444.97m，相應(yīng)流量18700m3/s，超過1000年一遇洪水。

3 張家山水文站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的擬定

按照SL276-2002《水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，結(jié)合陜西省社會經(jīng)濟(jì)狀況，以及張家山水文站在涇河及渭河下游防汛工作的重要作用。按照基本實現(xiàn)水位、雨量數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理自動化，初步實現(xiàn)流量測驗半自動化，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化觀測場地、觀測道路，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、生活用房，配備必要的通訊、交通工具王曉斌等要求，基本滿足社會發(fā)展對水文工作的需求。

4 張家山水文站建設(shè)的差距

通過以上分析可以看出，目前張家山水文站防洪標(biāo)準(zhǔn)較高，測洪能力卻很低。目前測流設(shè)施主要建于1976年，使用時間超過30年，設(shè)施老化嚴(yán)重。觀測房為窯洞，建于1973年，由于過去建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，且目前使用超過35年，面貌陳舊，窯頂出現(xiàn)裂縫、漏水等問題。觀測道路泥濘坎坷，工作極為不便。通過對照，發(fā)現(xiàn)主要有以下幾點(diǎn)問題：

（1）測驗保護(hù)區(qū)未在當(dāng)?shù)卮_權(quán)劃界，站院土地使用證過期，影響測站穩(wěn)定及自我保護(hù)。

（2）高水用浮標(biāo)法測驗，中低水用吊箱測流，低水采用人工涉水測流。吊箱測流設(shè)施經(jīng)過三十多年的運(yùn)行，設(shè)備存在較大安全隱患，不安全事故時有發(fā)生。氣象觀測場僅為6m×6m，不符合一類站的要求。

（3）掛靠外單位電力線路，電壓不穩(wěn)、線路老化，給測驗工作帶來極大不便。

（4）河道觀測用房年久失修。

（5）無水塔、水井，飲水依靠當(dāng)?shù)卮迩f自來水，管道老化，有漏水現(xiàn)象，由于無明確用水意向，水費(fèi)偏高，有停水現(xiàn)象。

（6）地處偏僻，不通公交，無交通工具。出外工作、購物極為不便。

（7）目前無配套文體活動室、供水供暖設(shè)施、洗澡設(shè)施等。

（8）測站人員較少。

5 張家山水文站測洪能力改進(jìn)的措施

5.1 河道測驗設(shè)施

在上、中、下三個斷面分別設(shè)立斜坡三組。并分別修建觀測道路。

選用吊箱吊儀纜道。對主索塔架、地錨、主索、副索、纜道房、拉偏索、標(biāo)志索、防雷設(shè)施等進(jìn)行重新建設(shè)。

由于張家山水文站站院距離河道有500m，所以在河道應(yīng)重新修建觀測房并修建圍墻，同時對供水、供電設(shè)施進(jìn)行設(shè)立。修筑通向公路的道路200m。

重新修建浮標(biāo)投放器，架設(shè)過河索，設(shè)立支架、錨碇、投放器，配備動力、照明設(shè)施，新建浮標(biāo)房。

更新配備相應(yīng)的泥沙采樣器。

配備自記水位、斷面監(jiān)控系統(tǒng)、鉛魚、對講機(jī)、全站儀、電波流速儀。

5.2 氣象場

張家山水文站雨量、蒸發(fā)為常年觀測項目，需建設(shè)12m×12m氣象觀測場。

（1）生產(chǎn)生活用房及生活、辦公設(shè)施。張家山水文站目前有站房15間，需進(jìn)行粉刷整修，配電線路重新布設(shè)。圍墻、大門、道路均需維修。更換職工宿舍桌椅床凳，更換辦公室桌椅，配備辦公用品。根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，當(dāng)前發(fā)展社會公交的可能性不大，所以應(yīng)給該站配備交通工具。

（2）電力、取暖。向當(dāng)?shù)仉娏Σ块T申請立戶，擁有自己的用電權(quán)，需修建配電線路，配20kW變壓器；建設(shè)卻暖設(shè)施；對生活用水管道進(jìn)行改造，明確自來水使用權(quán)。修建洗澡設(shè)施，解決職工生活難問題。

（3）下屬雨量站、墑情站設(shè)施。張家山水文站目前下屬雨量站8處，其中雨情站4處，墑情監(jiān)測站3處。對其中4處雨情站建設(shè)4m×4m雨量觀測場，配備遙測系統(tǒng)4套。對三原墑情站增設(shè)雨量觀測項目。

（4）明確觀測場地，辦理土地使用證。張家山水文站觀測場地跨涇河兩岸分屬涇陽縣和禮泉縣，對涇河觀測河段范圍的進(jìn)行確立，加強(qiáng)對測驗區(qū)的保護(hù)。另外應(yīng)重新對土地使用證進(jìn)行辦理，明確水文站站址范圍。

5.3 人員配備及培訓(xùn)

張家山水文站是國家一類水文站，觀測項目齊全，根據(jù)工作任務(wù)人員應(yīng)穩(wěn)定在8人以上。目前人員相對較少，人員素質(zhì)相對較低，應(yīng)逐步進(jìn)行充實，建立競爭機(jī)制，加大向基層政策傾斜力度，吸引學(xué)水文的學(xué)生來基層工作。同時加大對原有職工的培訓(xùn)。

5.4 新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用

對于電波流速儀、全站儀等先進(jìn)儀器進(jìn)行使用，對超聲波水位計進(jìn)行改造使其發(fā)揮較好作用，給河道架設(shè)攝像頭，隨時監(jiān)測河段變化情況，從而降低工作強(qiáng)度。通過對累積資料的分析簡化測流次數(shù)，簡化取沙方法，從而適應(yīng)水文現(xiàn)代化的需要。

5.5 其他

張家山水文站是陜西省最早開展現(xiàn)代水文測驗的測站。有人提出將張家山水文站遷移到生活便利的地方，由于目前還不具備條件，因此在原地進(jìn)行改造，使張家山水文站煥發(fā)青春發(fā)揮其應(yīng)有的作用是當(dāng)務(wù)之急。

6 結(jié)語

當(dāng)前在做好測、報、整基礎(chǔ)工作的同時，要提高水文現(xiàn)代化水平，走“大水文”發(fā)展之路。參與水資源管理，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，是水文測站發(fā)展壯大之源。通過對涇河張家山水文站的測站特性、洪水特征的研究，將目前測驗設(shè)施、測洪狀況和SL276-2002《水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行對照，對張家山水文站測洪能力進(jìn)行了分析，對測站建設(shè)提出了建議。在建設(shè)中使張家山水文站通過配備先進(jìn)設(shè)施設(shè)備，實現(xiàn)水文要素收集、計算、處理、傳輸、存儲現(xiàn)代化，滿足社會可持續(xù)發(fā)展、水資源管理的需求，更好地為國家建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。從而使張家山水文站在城市防洪、水保生態(tài)、水環(huán)境監(jiān)測、水資源管理方面有所突破，充分發(fā)揮水文工作在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)支撐作用和防汛抗旱的“參謀”、“哨兵”作用。陜西水利

[1]SL276-2002.《水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》.中華人民共和國水利部.2002.7.15.

[2]《張家山水文站測洪方案》.陜西省西安水文水資源勘測局.2010.5.