灞河馬渡王水文站超標(biāo)準(zhǔn)洪水分析

田美云

（西安水文水資源勘測(cè)中心,陜西 西安 710100）

灞河全長(zhǎng)107 km,流域面積2564 km2,河床平均比降6.0‰。灞河是一條不對(duì)稱水系,它的左岸支流少而長(zhǎng),右岸支流眾多而短小。灞河干流因受地質(zhì)構(gòu)造的控制,形成復(fù)式釣鉤狀水系。灞河中游設(shè)立有馬渡王水文站,是掌握灞河水情信息的重要來(lái)源.

1 測(cè)站概況

馬渡王水文站為灞河中游控制站,系二類精度水文站,省級(jí)重要站,國(guó)家基本站。1952 年6 月設(shè)立,位于西安市灞橋區(qū)席王街道辦馬渡王村,測(cè)站控制集水面積1601 km2,控制河長(zhǎng)73.9 km,河流平均比降5.98‰,距河口里程30 km。

馬渡王站系秦嶺北麓東部地區(qū)中等面積區(qū)域代表站,為控制水量地區(qū)分布,借以掌握各種水文特征變化規(guī)律,為發(fā)展水利水電事業(yè)服務(wù),為西安市防洪、河道治理、城市供水服務(wù),為水資源管理、水生態(tài)監(jiān)測(cè)、水資源評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有：水位、流量、泥沙、泥顆、水溫、降水、蒸發(fā)等。

2 測(cè)驗(yàn)斷面及設(shè)施現(xiàn)狀調(diào)查

馬渡王站測(cè)驗(yàn)河段較順直,卵石河床,沖淤變化較大?；?50 m處有一滾水壩,基上1 km處右岸有支流紅河匯入,基下200 m處有一彎道,基下500 m處有公路大橋,左右岸各有一條引水渠,對(duì)枯季流量影響較大。

馬渡王站設(shè)有基本水尺斷面兼流速儀測(cè)流斷面及浮標(biāo)測(cè)流斷面,其中浮標(biāo)斷面設(shè)有上、中、下斷面,上至中,中至下斷面間距均為100 m。馬渡王站測(cè)驗(yàn)設(shè)施有：

（1）水位觀測(cè)設(shè)施,基本水尺斷面設(shè)立直立式及斜坡式水尺,人工觀讀水位；比降斷面設(shè)立直水尺和斜坡式水尺,人工觀讀比降水位。

（2）流量測(cè)驗(yàn)設(shè)施,基本水尺斷面建有閉口式單主索鉛魚(yú)纜道一套,主索跨度220 m,副索跨度220 m。鉛魚(yú)纜道為半自動(dòng)控制系統(tǒng),基本滿足流量和泥沙測(cè)驗(yàn)實(shí)際需要。

（3）泥沙測(cè)驗(yàn)設(shè)施,使用纜道,采用橫式采樣器采取水樣或岸邊器皿采取水樣。

（4）降水量和蒸發(fā)量,馬渡王站院內(nèi)建有12 m×12 m標(biāo)準(zhǔn)降蒸觀測(cè)場(chǎng),場(chǎng)內(nèi)安裝人工雨量計(jì)、自記雨量計(jì)、E-601蒸發(fā)器、E-20 cm蒸發(fā)器。降水量觀測(cè)方式：報(bào)訊采用自動(dòng)測(cè)報(bào)模式,將與資料采用人工觀讀數(shù)據(jù)；蒸發(fā)量采用人工觀測(cè)方式。

馬渡王水文站報(bào)汛方式：該站及屬站水位、雨量監(jiān)測(cè)信息通過(guò)4G通訊網(wǎng)絡(luò)（GPRS）直接上報(bào)西安水情分中心,其他水情監(jiān)測(cè)信息通過(guò)手機(jī)短信形式經(jīng)省水情信息中心中轉(zhuǎn)至西安水情分中心后,上報(bào)陜西省水文水資源勘測(cè)中心水情中心。

3 洪水特征分析

馬渡王站洪水主要由上游暴雨和連陰雨形成,最早發(fā)生在4月上旬,最遲在10 月下旬,7、8 兩月洪水大,峰型瘦,洪水漲落急劇,一般洪水為多峰型,歷時(shí)長(zhǎng)、洪量大。沙峰一般比水峰先出現(xiàn),主要是上游紅河來(lái)沙。

馬渡王站水位流量關(guān)系受洪水漲落及沖淤變化影響,呈繩套曲線或臨時(shí)單一曲線,見(jiàn)圖1。馬渡王站測(cè)驗(yàn)斷面沖淤變化較大,近年來(lái)受下游水利工程影響淤積嚴(yán)重,曾對(duì)斷面進(jìn)行整治清理,使河床下降,斷面變化見(jiàn)圖2。

圖1 灞河馬渡王站水位流量關(guān)系圖

圖2 灞河馬渡王站2000年～2021年大斷面套繪圖

馬渡王水文站建站以來(lái)實(shí)測(cè)最高水位：432.02 m,調(diào)查最高水位：432.56 m,實(shí)測(cè)最大流速：4.65 m/s,實(shí)測(cè)最大水深：2.20 m,實(shí)測(cè)量最大含沙量：950 kg/m3。實(shí)測(cè)最大流量1480 m3/s,發(fā)生于1982年8月1日；次大實(shí)測(cè)流量1140 m3/s發(fā)生于1965年7月21日；第三大實(shí)測(cè)流量998 m3/s,發(fā)生于2011年9月11日。實(shí)測(cè)最小流量0.060 m3/s,多年平均流量14.4 m3/s；多年平均徑流量4.417 億m3,多年最大徑流量10.5億m3,多年最小徑流量1.251 億m3,多年平均降水量617.1 mm；多年最大降水量999.0 mm,多年最小降水量364.0 mm。

根據(jù)《陜西省洪水調(diào)查資料》（黃河流域）、《西安市實(shí)用水文手冊(cè)》和《西安市灞河入渭河段綜合治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》等有關(guān)資料,灞河馬渡王水文站斷面歷史調(diào)查洪水1835 年洪峰流量2900 m3/s。

4 超標(biāo)準(zhǔn)洪水量級(jí)確定

根據(jù)多年來(lái)馬渡王實(shí)測(cè)資料及調(diào)查洪水資料,對(duì)馬渡王水文站洪峰流量頻率進(jìn)行計(jì)算,見(jiàn)表1。

表1 馬渡王站洪峰流量頻率計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)調(diào)查,馬渡王站現(xiàn)狀設(shè)施下,水位觀測(cè)能力100 年一遇洪水；纜道設(shè)計(jì)測(cè)洪能力30 年,在加裝雷達(dá)流量計(jì)后,實(shí)際測(cè)洪能力為20 年一遇。

結(jié)合設(shè)施現(xiàn)狀,確定當(dāng)灞河馬渡王站發(fā)生超保證流量1500 m3/s,相應(yīng)水位在431.28 m以上的洪水,或者纜道設(shè)施出現(xiàn)故障,常規(guī)測(cè)驗(yàn)方法出現(xiàn)困難時(shí),啟動(dòng)本方案進(jìn)行水文測(cè)報(bào)。

5 超標(biāo)準(zhǔn)洪水測(cè)驗(yàn)部署建議

現(xiàn)馬渡王水文站基本斷面處河堤高程為433.23 m,比1953 年洪峰流量2160 m3/s,相應(yīng)水位432.84 m高0.39 m。由于河床整治下切,根據(jù)2020年修訂報(bào)汛曲線,發(fā)生1953年洪峰流量2160 m3/s時(shí)在現(xiàn)斷面水位為432.30 m,河堤頂比該水位高0.93 m。根據(jù)《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50138-2010）4.1.4水尺觀讀范圍,應(yīng)高于測(cè)站歷年最高水位0.5 m以上,因此面對(duì)大洪水該站應(yīng)布設(shè)水尺觀測(cè)水位不低于433.34 m。發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)水文測(cè)驗(yàn)工作建議按以下進(jìn)行部署。

（1）水位觀測(cè)

當(dāng)出現(xiàn)大洪水時(shí),觀測(cè)人員進(jìn)入戰(zhàn)備狀態(tài)。首先保護(hù)好自記水位計(jì),能使其正常工作。當(dāng)自記水位計(jì)出現(xiàn)故障時(shí),觀測(cè)人員駐守基本斷面,密切注意水情變化,按6 min的倍數(shù)觀測(cè)。采用各種方法觀測(cè)出完整的洪水水位變化過(guò)程。

當(dāng)基本斷面發(fā)生滑坡時(shí),立即在上下游選擇適宜河段,設(shè)置木樁,捆綁水尺板,測(cè)量水尺板頂高程,觀測(cè)推算水位。無(wú)法設(shè)置水尺時(shí),應(yīng)立即用水準(zhǔn)儀從水準(zhǔn)點(diǎn)或者固定點(diǎn)直接引測(cè)水面高程,計(jì)算出水位。若引測(cè)不方便,在大樹(shù)或在后院升降索臺(tái)階上做好洪水痕跡標(biāo)記,并記錄其編號(hào)、時(shí)間,能引測(cè)時(shí),立即進(jìn)行測(cè)量。

水位觀測(cè)必須確保過(guò)程完整,數(shù)值正確,同時(shí)保證觀測(cè)人員人身安全。

（2）流量測(cè)驗(yàn)

當(dāng)馬渡王站發(fā)生保證流量1500 m3/s,相應(yīng)水位在431.28 m以上時(shí),左岸護(hù)坡有可能被沖刷破壞致使水尺無(wú)法觀測(cè),應(yīng)當(dāng)注重觀察,注意安全。標(biāo)注洪痕,利用天然浮標(biāo)測(cè)流。

當(dāng)洪水流量達(dá)4380 m3/s時(shí),會(huì)對(duì)觀測(cè)設(shè)施造成損壞,應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)移水文資料及測(cè)量器具,確保人身安全,觀測(cè)洪痕、利用天然浮標(biāo)測(cè)流。

若出現(xiàn)更大洪水或者地質(zhì)災(zāi)害,測(cè)驗(yàn)設(shè)施被沖毀,應(yīng)及時(shí)搶救出測(cè)驗(yàn)資料。人員向背后崖背撤離。無(wú)法觀看水尺時(shí),應(yīng)立即用水準(zhǔn)儀從水準(zhǔn)點(diǎn)或者固定點(diǎn)引測(cè),直接測(cè)量水面高程計(jì)算出水位；若引測(cè)不方便,應(yīng)做好洪水痕跡標(biāo)記,并記錄其編號(hào)、時(shí)間,能引測(cè)時(shí)即可進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)做好上、下比降的洪痕記錄,以便洪水過(guò)后補(bǔ)測(cè)比降,推算流量。

在馬渡王水文站基本斷面以下405 m處灞河?xùn)|里橋設(shè)立應(yīng)急測(cè)驗(yàn)斷面并刻畫(huà)水尺。在馬渡王站測(cè)驗(yàn)設(shè)施出現(xiàn)故障時(shí)在該橋用流速儀法水面測(cè)流,借用先前實(shí)測(cè)斷面計(jì)算流量。出現(xiàn)較大洪水橋上測(cè)流危險(xiǎn)時(shí),基本斷面觀測(cè)比降推流,或利用漂浮物中泓測(cè)流。

（3）泥沙測(cè)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,纜道無(wú)法測(cè)驗(yàn)時(shí)在河邊取樣。

（4）報(bào)汛工作

正常情況下,雨量、水位數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳；設(shè)備故障時(shí)使用手機(jī)APP/QQ/微信/電話等方式向西安水情分中心報(bào)送雨水情信息,同時(shí)向灞橋區(qū)防辦報(bào)送；斷電斷網(wǎng)時(shí)采用衛(wèi)星電話報(bào)汛,無(wú)論如何應(yīng)千方百計(jì)將水情傳遞出去,不遲報(bào)、不誤報(bào)。若河道設(shè)施全部被毀,洪水位又無(wú)法引測(cè),應(yīng)有熟知本站河道特性的兩人以上對(duì)水位、流量進(jìn)行目估,并報(bào)水情科予以水情參考；及時(shí)計(jì)算分析流量,使本站的實(shí)測(cè)發(fā)報(bào)能及時(shí)上報(bào),報(bào)汛曲線得以及時(shí)修訂。

6 結(jié)論

對(duì)灞河馬渡王水文站測(cè)驗(yàn)設(shè)施及斷面、洪水特性進(jìn)行分析,結(jié)合實(shí)際對(duì)該站超標(biāo)準(zhǔn)洪水量級(jí)進(jìn)行確定,并據(jù)此對(duì)該站超標(biāo)準(zhǔn)洪水測(cè)報(bào)方案部署提出了建議,為該站有效應(yīng)對(duì)洪水災(zāi)害突發(fā)事件,確保發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)能測(cè)得到報(bào)得出,有力支撐防洪減災(zāi)奠定基礎(chǔ)。