林祚頂,李蘭濤
(水利部水文司,100053,北京)
海河流域?qū)儆谌A北地區(qū),每年七、八月份為防汛關(guān)鍵期,多突發(fā)性和局地性降水,強(qiáng)降水主要集中于2~3次降水過(guò)程。2012年北京“7·21”特大暴雨、2021年“7·20”鄭州特大暴雨至今仍然讓人記憶深刻。極端暴雨洪水已經(jīng)成為新形勢(shì)下每年汛期全國(guó)江河最重要的防御目標(biāo)。2023年7月28日至8月1日,在第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”北上殘余環(huán)流及副熱帶高壓和太行山、燕山山脈地形共同影響下,海河流域出現(xiàn)大范圍長(zhǎng)歷時(shí)強(qiáng)降雨過(guò)程,大清河和永定河發(fā)生特大洪水,子牙河發(fā)生大洪水,北運(yùn)河和漳衛(wèi)河發(fā)生較大洪水,綜合判定海河發(fā)生“23·7”流域性特大洪水。面對(duì)嚴(yán)峻的防汛形勢(shì),水文系統(tǒng)科學(xué)應(yīng)對(duì)、主動(dòng)作為,加密監(jiān)測(cè)頻次,強(qiáng)化應(yīng)急監(jiān)測(cè),全面監(jiān)視雨水情發(fā)展,及時(shí)掌握和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)海河“23·7”流域性特大洪水發(fā)展變化過(guò)程,為有效運(yùn)用防洪工程措施和科學(xué)制定防汛對(duì)策提供了決策依據(jù),為奪取海河流域防汛減災(zāi)全面勝利作出了重要貢獻(xiàn)。
受5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”登陸減弱后的殘余環(huán)流及西太平洋副熱帶高壓的共同影響,海河流域“23·7”流域性特大洪水主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)。
①降水范圍廣、總量大。2023年7月28日至8月1日,流域過(guò)程降水總量494 億m3,形成洪水徑流總量約200億m3,均為海河流域“63·8”洪水以來(lái)最大。②暴雨時(shí)空集中、強(qiáng)度大。本次強(qiáng)降水過(guò)程主要集中在大清河水系拒馬河、子牙河系滹沱河滏陽(yáng)河、永定河官?gòu)d山峽區(qū)間。京津冀地區(qū)平均累計(jì)面雨量175 mm,超過(guò)常年平均降水量(510.9 mm)的1/3。③洪水并發(fā)、量級(jí)大。永定河發(fā)生1924年以來(lái)最大洪水,大清河發(fā)生1963年以來(lái)最大洪水,海河發(fā)生流域性特大洪水,為60年來(lái)發(fā)生的最大場(chǎng)次洪水。④洪水漲勢(shì)猛、演進(jìn)快。
2023年,各級(jí)水文部門扎實(shí)開展汛前準(zhǔn)備,加強(qiáng)人員培訓(xùn),完善水文測(cè)報(bào)方案,嚴(yán)格執(zhí)行汛期會(huì)商機(jī)制,提前部署暴雨洪水防范應(yīng)對(duì)工作。
根據(jù)洪水漲落情況,干支流各水文站加密監(jiān)測(cè)頻次,完整記錄了大清河、永定河、子牙河3條河系水文站洪水的起漲過(guò)程,基本上都搶測(cè)到了最大洪峰流量、最高水位等關(guān)鍵洪水信息,并全過(guò)程記錄了多個(gè)河流洪水期的河道水沙變化。各站水位過(guò)程控制完整,流量過(guò)程控制良好,洪峰流量平均控制幅度在90%以上;含沙量過(guò)程控制良好,輸沙率測(cè)驗(yàn)滿足輸沙量計(jì)算要求。截至8月20日,共施測(cè)流量3195站次,人工觀測(cè)水位33 526站次,測(cè)沙1472站次,搶測(cè)洪峰359場(chǎng),采集報(bào)送雨水情監(jiān)測(cè)信息142萬(wàn)余條,滾動(dòng)預(yù)報(bào)9300余站次,發(fā)布洪水預(yù)警86次,有力支撐了流域洪水防御工作。
海河流域大清河水系與子牙河水系同屬海河“23·7”流域性特大洪水期間的強(qiáng)降水中心,流域源短流急,河道過(guò)流能力有限,流域多處測(cè)站設(shè)施設(shè)備被沖毀,造成部分測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性不足,同時(shí)水庫(kù)泄洪、蓄滯洪區(qū)運(yùn)用等工程調(diào)度亟需水文信息支撐。海河流域水文部門第一時(shí)間啟動(dòng)流域水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)機(jī)制,及時(shí)派出應(yīng)急監(jiān)測(cè)隊(duì)伍,攜帶測(cè)流無(wú)人機(jī)、走航式ADCP、測(cè)流無(wú)人船、手持電波測(cè)速儀、三維激光掃描儀、雙頻回聲數(shù)字測(cè)深儀、衛(wèi)星電話等設(shè)備,全力做好應(yīng)急測(cè)報(bào)工作。共計(jì)組建應(yīng)急監(jiān)測(cè)隊(duì)70余支,累計(jì)出動(dòng)1600 余人次,布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面280 多個(gè),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享并報(bào)送水利部、水利部海河水利委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱海委)及京津冀相關(guān)部門,確保水文信息不中斷。
7月23日研判臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”將深入內(nèi)陸北上影響海河流域,提前6 d預(yù)報(bào)本次海河流域暴雨洪水過(guò)程,25日預(yù)報(bào)此次海河流域暴雨洪水過(guò)程將可能達(dá)到海河流域“63·8”洪水量級(jí)。過(guò)程降水量預(yù)報(bào)總體準(zhǔn)確,從7月25日20時(shí)之后的9次人工降雨過(guò)程預(yù)報(bào)產(chǎn)品的100~250 mm量級(jí)準(zhǔn)確率平均評(píng)分達(dá)0.74,250~400 mm量級(jí)達(dá)0.52,400 mm以上量級(jí)達(dá)0.20;5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”移動(dòng)路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確,并在主流臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)模式的基礎(chǔ)上,延長(zhǎng)路徑預(yù)報(bào)時(shí)效36 h,助力海河流域強(qiáng)降水過(guò)程預(yù)報(bào)。
依托多源空間信息融合洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng),提前5 d研判永定河、大清河將發(fā)生大洪水,海河流域蓄滯洪區(qū)需啟用,預(yù)見(jiàn)期延長(zhǎng)了3~5 d。建立“預(yù)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)”漸進(jìn)式工作模式,兼顧洪水防御對(duì)預(yù)見(jiàn)期和精度的要求,每日平均滾動(dòng)制作洪水預(yù)報(bào)2~3 次,關(guān)鍵期每2 h滾動(dòng)一次,累計(jì)制作發(fā)布150條河流278個(gè)站洪水預(yù)報(bào)2671站次,關(guān)鍵期預(yù)報(bào)精度提高15%。
一是扎實(shí)開展汛前準(zhǔn)備。堅(jiān)持早安排早部署,組織全國(guó)水文部門認(rèn)真開展水文測(cè)報(bào)汛前準(zhǔn)備工作,加強(qiáng)設(shè)施設(shè)備維修養(yǎng)護(hù),細(xì)化完善測(cè)報(bào)方案預(yù)案,提前預(yù)置測(cè)報(bào)人員和技術(shù)裝備,做好應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水的各項(xiàng)準(zhǔn)備。二是堅(jiān)持主汛期工作機(jī)制。啟動(dòng)主汛期工作機(jī)制,印發(fā)加強(qiáng)主汛期水文測(cè)報(bào)工作的通知,召開全國(guó)水文測(cè)報(bào)工作視頻會(huì),安排部署主汛期特別是防汛關(guān)鍵期雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警工作。三是提前部署臺(tái)風(fēng)防范應(yīng)對(duì)工作。及時(shí)跟蹤監(jiān)視臺(tái)風(fēng)北上動(dòng)向,加強(qiáng)會(huì)商研判,加密雨水情監(jiān)測(cè)頻次,提前做好應(yīng)急監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備,滾動(dòng)、精細(xì)預(yù)報(bào)預(yù)警。
一是完善水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)。圍繞提升水文監(jiān)測(cè)覆蓋率,新建改建一批水文測(cè)站,發(fā)揮了重要作用。二是強(qiáng)化洪水在線監(jiān)測(cè)能力。圍繞水文監(jiān)測(cè)全要素全量程全自動(dòng)的發(fā)展目標(biāo),加快流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè),流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)率由“十四五”初期的30%提高到了目前的53%,有效提升了監(jiān)測(cè)效率。三是提升應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力。結(jié)合海河流域應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)和需求,有針對(duì)性地增配應(yīng)急監(jiān)測(cè)和超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測(cè)設(shè)備,如海委購(gòu)置測(cè)流無(wú)人機(jī)、相控陣ADCP、測(cè)流無(wú)人船、雙頻回聲數(shù)字測(cè)深儀、衛(wèi)星電話等先進(jìn)的應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備,顯著增強(qiáng)了流域水文應(yīng)急測(cè)報(bào)能力。四是充分發(fā)揮“四預(yù)”能力。在海河“23·7”流域特大洪水應(yīng)對(duì)過(guò)程中,超前研判海河流域強(qiáng)降雨過(guò)程,滾動(dòng)開展雨水情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),及時(shí)發(fā)布暴雨洪水預(yù)警,逐日推演蓄滯洪區(qū)洪水演進(jìn)動(dòng)態(tài),有力支撐預(yù)案滾動(dòng)制定和執(zhí)行,全力做好海河流域暴雨洪水防御“四預(yù)”工作。
一是健全聯(lián)動(dòng)機(jī)制。強(qiáng)化流域管理,加強(qiáng)流域應(yīng)急監(jiān)測(cè)力量,健全完善了海河流域水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。二是補(bǔ)充監(jiān)測(cè)空白。在太行山、燕山山前河流設(shè)置應(yīng)急巡測(cè)斷面83處,在雄安新區(qū)周邊布設(shè)應(yīng)急巡測(cè)斷面16 處,建立27 支145 人的應(yīng)急監(jiān)測(cè)隊(duì)伍,補(bǔ)充監(jiān)測(cè)空白。三是補(bǔ)強(qiáng)重要站監(jiān)測(cè)。在雁翅、張坊、東茨村等重要水文站遭遇水毀、報(bào)汛困難的情況下,及時(shí)派出應(yīng)急監(jiān)測(cè)隊(duì)支援一線,確保水文信息不中斷。四是緊跟洪水演進(jìn)。組織加強(qiáng)對(duì)永定河、大清河以及蓄滯洪區(qū)等洪水演進(jìn)的跟蹤監(jiān)測(cè),強(qiáng)化“以測(cè)補(bǔ)報(bào)”,充分利用無(wú)人機(jī)等技術(shù)手段,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水情走勢(shì),跟蹤監(jiān)測(cè)洪峰位置,相關(guān)成果及時(shí)推送水利部、海委及京津冀相關(guān)部門。五是強(qiáng)化協(xié)同馳援。協(xié)調(diào)河南、水利部黃河水利委員會(huì)的水文部門千里馳援南水北調(diào)中線交叉河道、永定河、大清河等重點(diǎn)斷面開展水文應(yīng)急監(jiān)測(cè),為防汛搶險(xiǎn)提供有力支撐。
一是測(cè)雨雷達(dá)監(jiān)測(cè)覆蓋不足。海河流域僅河北雄安新區(qū)附近部署有1組水利測(cè)雨雷達(dá)并開展了試點(diǎn)應(yīng)用,遠(yuǎn)不能覆蓋流域暴雨洪水集中來(lái)源區(qū)、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)以及大型水庫(kù)工程、重大引調(diào)水工程防洪影響區(qū)。二是暴雨中心雨量站點(diǎn)密度不足?,F(xiàn)有的雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)不能準(zhǔn)確掌握降雨分布情況和捕捉暴雨中心降雨極值,無(wú)法及時(shí)獲取區(qū)間降雨數(shù)據(jù),對(duì)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果更新的及時(shí)性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。部分河流(如永定河官?gòu)d山峽區(qū)間部分中小河流)缺乏水文(位)站,不能及時(shí)準(zhǔn)確掌握支流來(lái)水情況,影響洪水預(yù)報(bào)精度;已布設(shè)水文測(cè)站的部分河流還存在站點(diǎn)數(shù)量不足、部分支流匯入口及分洪口門沒(méi)有控制站點(diǎn)等問(wèn)題。三是蓄滯洪區(qū)監(jiān)測(cè)設(shè)施薄弱。蓄滯洪區(qū)、洼地圩區(qū)等缺乏水位、流量等監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備。
一是水文測(cè)站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低。海河流域水文站中有35%的主要測(cè)報(bào)設(shè)施設(shè)備10年以上未更新改造,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低,中小河流水文站防洪標(biāo)準(zhǔn)大多為30年一遇,測(cè)洪標(biāo)準(zhǔn)一般為20年一遇,遇大洪水極易出現(xiàn)洪水進(jìn)屋、院墻倒塌的問(wèn)題,無(wú)法快速高效開展水位、流量等施測(cè)任務(wù),自身安全也難以得到保障,如此次暴雨集中來(lái)源區(qū)的拒馬河都衙、張坊水文站,大石河漫水河水文站,永定河雁翅水文站均發(fā)生嚴(yán)重水毀。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),此次暴雨洪水造成海委、北京、河北、山西、河南等水文(位)站損毀408處,白溝河?xùn)|茨村水文站以上暴雨集中區(qū)70%以上的測(cè)報(bào)設(shè)施遭受水毀,此外還有大量的雨量、墑情、地下水等監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備遭受不同程度的毀壞,如北京、河北、河南等地有62個(gè)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站遭遇嚴(yán)重水毀。二是測(cè)驗(yàn)設(shè)施設(shè)計(jì)考慮不周。由于海河流域水資源緊缺,水文站在監(jiān)測(cè)水位和流量的過(guò)程中,既要考慮洪水又要考慮水資源監(jiān)測(cè)(小流量測(cè)驗(yàn)),有些測(cè)站的水位和流量監(jiān)測(cè)設(shè)備架設(shè)高度不足,設(shè)備在大洪水期間被淹沒(méi)。
一是基層應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備配備不足。基層水文勘測(cè)隊(duì)或監(jiān)測(cè)中心配備的走航式ADCP、手持式電波流速儀、水文多參數(shù)應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備、遙控船等常規(guī)應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)量不足,不能滿足發(fā)生流域性大洪水時(shí)多點(diǎn)同時(shí)開展水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)的需要。此次大洪水期間,北京、河北走航式ADCP全部投入應(yīng)急監(jiān)測(cè),期間多次出現(xiàn)因使用頻度過(guò)高、含沙量過(guò)大等導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障,影響應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作快速高效開展。二是水文巡測(cè)車嚴(yán)重缺乏。海委水文局承擔(dān)此次應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)的巡測(cè)車輛均為社會(huì)租賃車輛,河北水文基層勘測(cè)隊(duì)開展應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)使用農(nóng)用三輪車,難以保證在惡劣環(huán)境下正常開展應(yīng)急監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)的要求。
一是測(cè)報(bào)設(shè)備老化嚴(yán)重。中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行已10年以上,配置的自動(dòng)測(cè)報(bào)設(shè)備尤其電子設(shè)備進(jìn)入故障多發(fā)期。二是通信衛(wèi)星信道配備不足。部分水文測(cè)站未配備衛(wèi)星報(bào)汛信道、衛(wèi)星電話和增強(qiáng)衛(wèi)星電話信號(hào)的衛(wèi)星接收器,受通信公網(wǎng)中斷影響,雨水情監(jiān)測(cè)信息無(wú)法及時(shí)傳輸。三是應(yīng)急信息報(bào)送機(jī)制有待健全。一線水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)隊(duì)與水利部中央節(jié)點(diǎn)的信息報(bào)送機(jī)制與傳輸技術(shù)手段有待完善,前方信息難以快速入庫(kù),無(wú)法實(shí)時(shí)支撐防汛會(huì)商決策。
一是局地降雨預(yù)報(bào)精度不高。由于針對(duì)某條具體河流的暴雨預(yù)報(bào)落區(qū)還存在左右擺動(dòng)或南北移動(dòng)等不確定性情況,洪水預(yù)報(bào)往往隨之出現(xiàn)頻繁變動(dòng)。二是洪水預(yù)報(bào)覆蓋面不足。根據(jù)已布設(shè)水文測(cè)站構(gòu)建的洪水預(yù)報(bào)方案,僅能判別所代表河段的洪水態(tài)勢(shì),無(wú)法滿足無(wú)測(cè)站地區(qū)洪水預(yù)報(bào)要求,無(wú)資料或缺資料地區(qū)洪水預(yù)報(bào)尚無(wú)有效手段。三是傳統(tǒng)模型方法靈活性不夠。目前海河流域洪水預(yù)報(bào)體系多采用傳統(tǒng)降雨產(chǎn)匯流和考慮河道下滲的洪水演進(jìn)模型,針對(duì)自然漫溢、扒口分洪、堤防局部潰口等工況條件,傳統(tǒng)水文模型方法適用性不高,下游站洪水預(yù)報(bào)難度較大。此外本次特大洪水下墊面沖淤變化或流域治理亦導(dǎo)致產(chǎn)匯流參數(shù)有所變化,需及時(shí)修訂調(diào)整,如北拒馬河三支分流比需重新分析。四是涉水工程信息共享不及時(shí)。水文部門與閘壩、水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)等水利工程管理部門運(yùn)行調(diào)度信息共享不充分不及時(shí),特別是缺少中小型水利工程運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)度信息。
一是加快推進(jìn)海河流域雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”建設(shè)。系統(tǒng)梳理、全面檢視海河流域“天空地”水文監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警體系,組織編制海河流域雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”建設(shè)專項(xiàng)方案,在暴雨洪水集中來(lái)源區(qū)、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)以及大型水庫(kù)工程、重大引調(diào)水工程防洪影響區(qū)等布設(shè)測(cè)雨雷達(dá)站,加密雨量站、水文站、水位站,強(qiáng)化“四預(yù)”措施,完善監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)。
二是持續(xù)提升水文測(cè)報(bào)能力。提檔升級(jí)測(cè)報(bào)設(shè)施設(shè)備,提高設(shè)施設(shè)備防洪測(cè)洪標(biāo)準(zhǔn),加快推進(jìn)固定式ADCP、定點(diǎn)式電波、側(cè)掃電波、影像等流量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備,光電測(cè)沙儀、量子點(diǎn)光譜測(cè)沙儀等泥沙在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的配備力度和應(yīng)用,強(qiáng)化北斗衛(wèi)星通信備份,不斷提升水文測(cè)站的測(cè)報(bào)能力。配齊配強(qiáng)基層水文勘測(cè)隊(duì)或監(jiān)測(cè)中心走航式ADCP、手持電波測(cè)速儀、水文多參數(shù)應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備、測(cè)流無(wú)人船等常規(guī)應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備,滿足發(fā)生流域性大洪水時(shí)多點(diǎn)同時(shí)開展水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)的需要,保障應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作快速高效開展。
三是加強(qiáng)水利測(cè)雨雷達(dá)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。加強(qiáng)適應(yīng)不同運(yùn)行環(huán)境、固定或移動(dòng)、自主可控的系列水利測(cè)雨雷達(dá)裝備研發(fā),加快建設(shè)水利測(cè)雨雷達(dá)管理與應(yīng)用系統(tǒng),開展基于水利測(cè)雨雷達(dá)的高分辨率致洪暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)警、中小河流超精細(xì)化暴雨洪水預(yù)報(bào)預(yù)警、山洪災(zāi)害網(wǎng)格化預(yù)警等一批關(guān)鍵技術(shù)研究和推廣應(yīng)用,為雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”建設(shè)先行先試工作提供有力技術(shù)支撐保障。
四是強(qiáng)化“四預(yù)”支撐。推進(jìn)水利科研單位與水文業(yè)務(wù)部門加強(qiáng)溝通協(xié)作,針對(duì)“降雨—產(chǎn)流—匯流—演進(jìn)”“流域—干流—支流—斷面”,深入研究海河流域產(chǎn)匯流水文規(guī)律,加快流域產(chǎn)匯流、泥沙等水利專業(yè)模型的研發(fā)應(yīng)用,強(qiáng)化“四預(yù)”支撐,有效提高洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期和精準(zhǔn)度。
五是推動(dòng)涉水工程信息及時(shí)共享。推進(jìn)水文部門加強(qiáng)與水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)、閘壩等管理部門雨水情和調(diào)度信息的及時(shí)共享,建立健全信息共享機(jī)制,加大共享力度,實(shí)現(xiàn)堰閘開啟、泵站排澇、搶險(xiǎn)分洪等信息的互聯(lián)互通。