張 燕

(新疆昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100)

1 呼圖壁河流域概況

1.1 自然地理

呼圖壁河流域西南與瑪納斯河交界源峰為最高峰，海拔5 292 m；北部平原沙漠最低處僅360 m，南北高差近5 000 m。從河源至下游，大致可以分為山地—丘陵—沖積扇—沖洪積平原4個(gè)地貌單元。按地形變化可以概括為南部山區(qū)、中部平原區(qū)、北部沙漠區(qū)。呼圖壁河上游山區(qū)支流呈樹(shù)枝狀分布上游河道坡降較大，主河道在中山區(qū)形成后，經(jīng)過(guò)中山區(qū)、戈壁平原區(qū)，在沖積扇緣，泉水溢出帶的芨芨壩處再分為2條河(東河和西河)。東河上建有小海子攔河水庫(kù)，西河上建有大海子攔河水庫(kù)。

1.2 流域水系

呼圖壁河發(fā)源于天山北坡的喀拉烏成山及天格爾山，經(jīng)高、中、低山區(qū)流入平原，源頭高程3 700 m，出山口高程在1 000 m以下，河流全長(zhǎng)約258 km。沿程有東、中、西呼圖壁河源頭支流和紅閘、白楊河、哈熊溝、石梯子溝、大洪溝等支流匯入，經(jīng)過(guò)青年渠首和平原各類蓄、調(diào)、輸、引水工程，為呼圖壁河流域及各生產(chǎn)單位引用，最后消失于沙漠之中。呼圖壁河補(bǔ)給源于高山區(qū)的消冰融雪、中山區(qū)的降水和地下水的補(bǔ)給。

2 流域水文氣候特征

2.1 降水蒸發(fā)

呼圖壁河位于大陸腹地，地處歐亞大陸中心，遠(yuǎn)離海洋，且四面有高山環(huán)抱，地形封閉，地形南高北低，南北狹長(zhǎng)，東西狹窄，造成南北方向氣候差異較大。從南至北，可分為高中山寒溫帶和中部平原與北部沙漠中溫帶。夏季酷熱，冬季寒冷，冬夏兩季漫長(zhǎng)，春、秋季短暫，并有春季升溫快，秋季降溫迅速、降水量較少、蒸發(fā)量較大、氣候干燥等特點(diǎn)，屬典型的溫帶大陸性干旱氣候。極端最高氣39.0℃，極端最低氣溫-31.1℃。

多年平均降水量406.5 mm,夏季降水量明顯多于冬季，最大年降水量545.4 mm(1988年)，最小年降水量215.6 mm(1977年)。降水量年際間變差校大，年內(nèi)分配不均勻，5-8月四個(gè)月降水量約占年降水量的61.3%；多年平均水面蒸發(fā)量1 725.6 mm，最大年蒸發(fā)量1 794.8 mm(1997年)，最小年蒸發(fā)量1 187.8 mm(1998年)，其中5-8月約占75.3%。

2.2 徑流

呼圖壁河徑流年內(nèi)分配不均勻，一般是夏豐、秋平、冬少，洪水和枯水相差比較大，多年平均徑流量為4.808億 m3，主要集中在6-9月，約占全年的79.0%，尤其是7月份來(lái)水最大，站年徑流量27.2%，而9-12月份僅占4.4%，石門站歷年最大徑流量為6.336億 m3(1999年)，最小為3.630億 m3(1986年)，極值比為1.7。

呼圖壁河屬山溪性河流，河長(zhǎng)短，匯流時(shí)間較短，在暴雨洪水季節(jié)極易發(fā)生陡漲陡落型洪水，洪峰持續(xù)時(shí)間較短。洪水最早出現(xiàn)在6月份，其峰量較小，8月份受降水影響，也有洪水發(fā)生，但量級(jí)較大的洪水一般出現(xiàn)在6-7月；一般年份多呈單峰出現(xiàn)，豐水年份洪水一般為多峰型，歷時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，石門站實(shí)測(cè)最大洪峰流量371 m3/s(1996年)。

2.3 泥沙

呼圖壁河懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配不均勻，夏季氣候干燥，加上地表巖石物理風(fēng)化強(qiáng)烈，大量冰雪融水和局部暴雨洪水?dāng)y帶大量泥沙，使得夏季輸沙量高度集中。連續(xù)最大四個(gè)月輸沙量出現(xiàn)在5-8月，其輸沙量占到年輸沙量的46.3%以上，最高達(dá)86.8%。根據(jù)石門水文站1981-2020年39 a的資料統(tǒng)計(jì)，多年平均含沙量為0.804 kg/m3，最大年輸沙量為86.8×104t(1996年)，多年平均輸沙量為47.3×104t。

3 石門水文站概況

3.1 測(cè)站位置及水文特性

石門水文站為呼圖壁河區(qū)域代表水文站，屬省級(jí)重要水文站，始建于 1977年4月，距昌吉市125 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)86°34′17.04″、北緯43°44′48.53″，水文站以上集水面積1 840 km2，河長(zhǎng)91 km，測(cè)站高程1 480 m。石門站距昌吉市125 km，測(cè)站位于深山之中，汽車行駛共約3 h才能夠到達(dá)。

測(cè)站徑流的年內(nèi)分配主要受補(bǔ)給源制約，以冰雪融水和雨水混合補(bǔ)給為主，徑流的年內(nèi)變化與氣溫及降水的季節(jié)變化關(guān)系十分密切，夏季高溫降水較大，徑流量大且集中，冬季降水少溫度較低，徑流量小而穩(wěn)定。本站屬于山溪性河流，河長(zhǎng)短，匯流時(shí)間較短，在暴雨洪水季節(jié)極易發(fā)生陡漲陡落型洪水，洪峰持續(xù)時(shí)間較短，最長(zhǎng)洪峰歷時(shí)大約8.5 d，最短洪峰歷時(shí)大約2.5 d。徑流、泥沙年內(nèi)集中程度高，集中出現(xiàn)在5-8月，水沙峰基本相應(yīng)。受斷面沖淤、洪水漲落和上游電站排沙影響歷年水位流量關(guān)系為多為臨時(shí)曲線。

3.2 測(cè)驗(yàn)河段及斷面情況

測(cè)驗(yàn)河段較順直，長(zhǎng)約200 m，河床切割較深，兩岸陡峭，中、高水位時(shí)主槽寬度大約23～27 m，無(wú)岔流、串溝、逆流、回水、死水等情況。河床為砂礫石組成，無(wú)水生植物生長(zhǎng)，沖淤變化較小?；緮嗝嫦掠?50 m處有急灣作為控制，水位流量關(guān)系較穩(wěn)定?；舅邤嗝孀蟀稙閹r石峭壁，右岸為巖石和沉積戈壁砂石混合而成，約為40°陡坡，坡上長(zhǎng)有灌木，對(duì)坡面沙石有固定作用?；緮嗝嫔嫌?50 m處有白楊溝支流自左岸匯入，由于來(lái)水量較小，對(duì)主流影響不大?；? 060 m處建有達(dá)拉拜水電站一座，為攔河壩，枯水期受電站閘門啟閉排沙的影響，測(cè)驗(yàn)斷面沙石淤積嚴(yán)重，造成水位流量關(guān)系不穩(wěn)定；冰期產(chǎn)生冰塞或冰壩，水位無(wú)代表性(見(jiàn)圖1和圖2)。

圖1 測(cè)驗(yàn)河段平面圖

圖2 石門水文站大斷面圖

4 石門水文站應(yīng)對(duì)超標(biāo)洪水現(xiàn)狀能力分析

石門站目前水位能觀讀到1 245.66 m，《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》要求每年水尺的布設(shè)不低于歷史最高洪水位以上1 m，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)洪水時(shí)根據(jù)水勢(shì)變化增加臨時(shí)水尺觀測(cè)；當(dāng)附近有穩(wěn)定的建筑物或粗壯的大樹(shù)、電線桿時(shí)，可在上面安裝水尺板進(jìn)行觀測(cè)；也可在高于水面的建筑物上找一個(gè)固定點(diǎn)向下測(cè)定水位，零點(diǎn)高程可待水位退下后進(jìn)行測(cè)量。目前水文站的纜道測(cè)洪能力為130 m3/s，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)洪水流量時(shí)、可采用電波流速儀、微波流速儀、浮標(biāo)及比降面積等方法進(jìn)行測(cè)流。石門站距昌吉市125 km，到達(dá)測(cè)站的道路基本為柏油路，測(cè)站位于深山之中，當(dāng)石門站出現(xiàn)超標(biāo)洪水時(shí)，超標(biāo)洪水測(cè)報(bào)應(yīng)急小組可根據(jù)雨水情和交通等情況，選擇最有效、最安全的路線及時(shí)對(duì)石門站進(jìn)行支援。主要通過(guò)兩條支援路線進(jìn)行支援處置，但所需時(shí)間均需3h左右，所需應(yīng)急時(shí)間較長(zhǎng)，所以應(yīng)該結(jié)合測(cè)站超標(biāo)洪水發(fā)生實(shí)際，基于現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行超標(biāo)洪水測(cè)報(bào)方案的設(shè)計(jì)尤為重要。

5 超標(biāo)洪水測(cè)報(bào)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)本站實(shí)際測(cè)洪能力和防洪標(biāo)準(zhǔn)，可以180～300 m3/s和300 m3/s以上兩個(gè)洪水量級(jí)，分別制定超標(biāo)洪水測(cè)報(bào)方案。

5.1 流量(180～300 m3/s)測(cè)報(bào)方案設(shè)計(jì)

5.1.1 水位觀測(cè)

在水位日常觀測(cè)中，當(dāng)水位觀測(cè)到歷史最高洪水位0.5m以上或超出觀讀范圍應(yīng)及時(shí)增設(shè)水尺。在基本斷面上，當(dāng)水位計(jì)觀測(cè)滿足規(guī)范要求時(shí)采用自動(dòng)雷達(dá)水位計(jì)采集，如果水位計(jì)不滿足規(guī)范要求或出現(xiàn)故障時(shí)，采用人工觀測(cè)。非汛期每日觀測(cè)不少于2次，汛期平水期每日觀測(cè)不少于3次，洪水期根據(jù)洪水漲落率大小隨時(shí)增加測(cè)次，洪水漲落急劇時(shí)，以6 min的倍數(shù)觀測(cè)水位。在比降斷面，當(dāng)流量達(dá)到36.1 m3/s時(shí)，在測(cè)流開(kāi)始、結(jié)束各觀測(cè)比降水位一次。

5.1.2 流量測(cè)驗(yàn)

(1)當(dāng)洪水漲落緩慢且漂浮物少時(shí)，采用流速儀法，方案安全可靠，測(cè)驗(yàn)精度符合規(guī)范要求。水位采用雷達(dá)水位計(jì)或視頻監(jiān)控人工直接觀讀；測(cè)深一般選用實(shí)測(cè)水深或借用大斷面測(cè)量成果；測(cè)速則采用流速儀0.6一點(diǎn)法或雷達(dá)波測(cè)速儀進(jìn)行水面測(cè)速。

(2)當(dāng)洪水漲落急劇且漂浮物較多時(shí)，則采用雷達(dá)波流速儀測(cè)流。水位觀測(cè)以雷達(dá)水位計(jì)采集為主，人工直接觀讀為輔，觀測(cè)到完整的水位變化過(guò)程；測(cè)深主要采用實(shí)測(cè)水深或借用臨近測(cè)次水深、實(shí)測(cè)大斷面成果；測(cè)速則采用中泓浮標(biāo)法測(cè)流，浮標(biāo)系數(shù)0.58，或雷達(dá)波測(cè)速儀。

5.1.3 泥沙觀測(cè)方案

1)觀測(cè)方案(一)：

(1)單沙：主流一線在0.6處一點(diǎn)法取樣，含沙量變化劇烈時(shí)，在沙峰的起漲、峰頂和落平等轉(zhuǎn)折處均應(yīng)分布測(cè)次，每次較大洪水，單沙取樣不少于3次，洪峰重疊、水沙峰不一致時(shí)應(yīng)增加測(cè)次。

(2)斷沙：實(shí)測(cè)年根據(jù)水面寬度，布設(shè)不少于5條垂線取樣，整個(gè)沙峰過(guò)程應(yīng)布設(shè)2～3次斷沙測(cè)驗(yàn)。含沙量變化較劇烈時(shí)，應(yīng)再增加測(cè)次。

2)觀測(cè)方案(二)

(1)單沙：當(dāng)洪水漲落急劇，含沙量變化大時(shí)，單沙在岸邊水流明顯處取樣。

(2)斷沙：當(dāng)洪水漲落急劇，含沙量變化大時(shí)，布設(shè)不少于5條垂線水面0.0取樣，采用全斷面混合法施測(cè)斷沙。

5.1.4 具體報(bào)訊方案

(1)應(yīng)根據(jù)實(shí)際，修訂過(guò)去的報(bào)汛曲線，嚴(yán)格執(zhí)行“四隨”制度，不得以任何理由貽誤水情。在一般情況下，當(dāng)流量在180～300 m3/s時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持每日2段次加報(bào)，即8 h、20 h共報(bào)2次。報(bào)訊的方式可采用固定電話、手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)向基層水文機(jī)構(gòu)水情科發(fā)報(bào)，由水情科通過(guò)移動(dòng)專線報(bào)上一級(jí)水文監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)水情處。對(duì)超標(biāo)洪水的預(yù)警預(yù)報(bào)，可采用平穩(wěn)時(shí)間序列分析法、非平穩(wěn)序列逐步回歸周期分析法進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為各級(jí)人民政府準(zhǔn)確決策提供科學(xué)依據(jù)。

(2)特殊情況下的測(cè)洪方案(夜間、潰口分流等)：主要是遇到夜晚電網(wǎng)供電中斷時(shí)，可啟用備用電源和便攜式照明設(shè)備，包括小型發(fā)電機(jī)和強(qiáng)光手電筒。當(dāng)下河道路受阻，比降水位無(wú)法觀測(cè)時(shí)，可以通過(guò)雷達(dá)水位記和監(jiān)控視頻只觀測(cè)基本水位，必要時(shí)可設(shè)立臨時(shí)水尺或設(shè)立臨時(shí)參照物，待洪水退時(shí)再進(jìn)行測(cè)量。所有測(cè)驗(yàn)人員均需配備手機(jī)等通訊設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信故障時(shí)，可采用對(duì)講機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)。水洪水威脅到測(cè)驗(yàn)設(shè)備及人員安全時(shí)，要第一時(shí)間組織人員將觀測(cè)房?jī)?nèi)的流量、泥沙測(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)移到站房?jī)?nèi)，同時(shí)將吊箱停放在相對(duì)安全位置，并將所有觀測(cè)斷面的測(cè)驗(yàn)人員轉(zhuǎn)移到安全地帶。

5.2 流量(300 m3/s以上)測(cè)報(bào)方案設(shè)計(jì)

5.2.1 水位觀測(cè)

當(dāng)流量達(dá)到300 m3/s以上時(shí)，要保證觀測(cè)水位變化全過(guò)程。在基本斷面觀測(cè)時(shí)，要以雷達(dá)水位計(jì)采集為主，人工通過(guò)監(jiān)控視頻看水位為輔，控制完整水位變化過(guò)程。在比降斷面，要保證測(cè)流開(kāi)始、結(jié)束各觀測(cè)比降水位一次。

5.2.2 流量測(cè)驗(yàn)

采用雷達(dá)波測(cè)速儀測(cè)流，當(dāng)雷達(dá)波出現(xiàn)故障或超出使用要求時(shí)，采用中泓浮標(biāo)法測(cè)流，浮標(biāo)系數(shù)0.58。水位主要以雷達(dá)水位計(jì)或視頻監(jiān)控人工直接觀讀；測(cè)深則借用大斷面測(cè)量成果。測(cè)速采用雷達(dá)波流速儀測(cè)速或中泓浮標(biāo)測(cè)流，中泓浮標(biāo)系數(shù)0.58。

5.2.3 泥沙方案

單沙：含沙量變化較大時(shí)，單沙在岸邊水流明顯處取樣，整個(gè)沙峰取樣不少于3～5次，水沙峰不重迭時(shí)增加測(cè)次。

斷沙：流量大于300 m3/s時(shí)，則對(duì)斷沙則要停測(cè)。

5.2.4 報(bào)訊方案

修訂當(dāng)年報(bào)汛曲線，嚴(yán)格執(zhí)行“四隨”制度，不得以任何理由貽誤水情。超過(guò)300 m3/s時(shí)，每日6段次加報(bào)，即每4 h報(bào)一次。具體的報(bào)訊方式、預(yù)警預(yù)報(bào)、特殊情況下的測(cè)洪及轉(zhuǎn)移方案與前述相同。

6 結(jié)語(yǔ)

呼圖壁河屬山溪性河流，河長(zhǎng)短，匯流時(shí)間較短，在暴雨洪水季節(jié)極易發(fā)生陡漲陡落型洪水，洪峰持續(xù)時(shí)間較短，大量冰雪融水和局部暴雨洪水?dāng)y帶大量泥沙，使得夏季輸沙量高度集中。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的超標(biāo)洪水測(cè)報(bào)方案可為保證沿岸人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)警?；鶎铀墓ぷ髡咴谶M(jìn)行測(cè)報(bào)工作中，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及超標(biāo)洪水測(cè)報(bào)方案的要求，防止違規(guī)觀測(cè)或操作，選擇大路或熟悉的道路進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)洪水時(shí)，必須在確保安全的前提下實(shí)施水文測(cè)報(bào)，同時(shí)要做好設(shè)施設(shè)備、資料和人員轉(zhuǎn)移工作，確保安全施測(cè)，測(cè)報(bào)過(guò)程嚴(yán)格按照“四隨”工作要求，超標(biāo)洪水過(guò)后要及時(shí)補(bǔ)充調(diào)查，加強(qiáng)合理性分析檢查，確保最終測(cè)報(bào)質(zhì)量。