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海河“23·7”流域性特大暴雨洪水水文測報成效、存在問題及對策

2023-11-28 14:03林祚頂李蘭濤
中國水利 2023年18期
關(guān)鍵詞:海河測報水文站

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,強降水主要集中于2~3次降水過程。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)成為新形勢下每年汛期全國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號臺風(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)大范圍長歷時強降雨過程,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。面對嚴(yán)峻的防汛形勢,水文系統(tǒng)科學(xué)應(yīng)對、主動作為,加密監(jiān)測頻次,強化應(yīng)急監(jiān)測,全面監(jiān)視雨水情發(fā)展,及時掌握和準(zhǔn)確預(yù)報海河“23·7”流域性特大洪水發(fā)展變化過程,為有效運用防洪工程措施和科學(xué)制定防汛對策提供了決策依據(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)。

一、海河“23·7”流域性特大洪水雨水情特點

受5號臺風(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)以下幾個特點。

①降水范圍廣、總量大。2023年7月28日至8月1日,流域過程降水總量494 億m3,形成洪水徑流總量約200億m3,均為海河流域“63·8”洪水以來最大。②暴雨時空集中、強度大。本次強降水過程主要集中在大清河水系拒馬河、子牙河系滹沱河滏陽河、永定河官廳山峽區(qū)間。京津冀地區(qū)平均累計面雨量175 mm,超過常年平均降水量(510.9 mm)的1/3。③洪水并發(fā)、量級大。永定河發(fā)生1924年以來最大洪水,大清河發(fā)生1963年以來最大洪水,海河發(fā)生流域性特大洪水,為60年來發(fā)生的最大場次洪水。④洪水漲勢猛、演進(jìn)快。

二、水文測報工作措施及成效

2023年,各級水文部門扎實開展汛前準(zhǔn)備,加強人員培訓(xùn),完善水文測報方案,嚴(yán)格執(zhí)行汛期會商機制,提前部署暴雨洪水防范應(yīng)對工作。

1.水文測驗

根據(jù)洪水漲落情況,干支流各水文站加密監(jiān)測頻次,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程,基本上都搶測到了最大洪峰流量、最高水位等關(guān)鍵洪水信息,并全過程記錄了多個河流洪水期的河道水沙變化。各站水位過程控制完整,流量過程控制良好,洪峰流量平均控制幅度在90%以上;含沙量過程控制良好,輸沙率測驗滿足輸沙量計算要求。截至8月20日,共施測流量3195站次,人工觀測水位33 526站次,測沙1472站次,搶測洪峰359場,采集報送雨水情監(jiān)測信息142萬余條,滾動預(yù)報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。

2.應(yīng)急監(jiān)測

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降水中心,流域源短流急,河道過流能力有限,流域多處測站設(shè)施設(shè)備被沖毀,造成部分測驗數(shù)據(jù)連續(xù)性不足,同時水庫泄洪、蓄滯洪區(qū)運用等工程調(diào)度亟需水文信息支撐。海河流域水文部門第一時間啟動流域水文應(yīng)急監(jiān)測聯(lián)動機制,及時派出應(yīng)急監(jiān)測隊伍,攜帶測流無人機、走航式ADCP、測流無人船、手持電波測速儀、三維激光掃描儀、雙頻回聲數(shù)字測深儀、衛(wèi)星電話等設(shè)備,全力做好應(yīng)急測報工作。共計組建應(yīng)急監(jiān)測隊70余支,累計出動1600 余人次,布設(shè)監(jiān)測斷面280 多個,監(jiān)測數(shù)據(jù)實時共享并報送水利部、水利部海河水利委員會(以下簡稱海委)及京津冀相關(guān)部門,確保水文信息不中斷。

3.降水預(yù)報

7月23日研判臺風(fēng)“杜蘇芮”將深入內(nèi)陸北上影響海河流域,提前6 d預(yù)報本次海河流域暴雨洪水過程,25日預(yù)報此次海河流域暴雨洪水過程將可能達(dá)到海河流域“63·8”洪水量級。過程降水量預(yù)報總體準(zhǔn)確,從7月25日20時之后的9次人工降雨過程預(yù)報產(chǎn)品的100~250 mm量級準(zhǔn)確率平均評分達(dá)0.74,250~400 mm量級達(dá)0.52,400 mm以上量級達(dá)0.20;5號臺風(fēng)“杜蘇芮”移動路徑預(yù)報準(zhǔn)確,并在主流臺風(fēng)路徑預(yù)報模式的基礎(chǔ)上,延長路徑預(yù)報時效36 h,助力海河流域強降水過程預(yù)報。

4.洪水預(yù)報

依托多源空間信息融合洪水預(yù)報系統(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)見期延長了3~5 d。建立“預(yù)測、預(yù)警、預(yù)報”漸進(jìn)式工作模式,兼顧洪水防御對預(yù)見期和精度的要求,每日平均滾動制作洪水預(yù)報2~3 次,關(guān)鍵期每2 h滾動一次,累計制作發(fā)布150條河流278個站洪水預(yù)報2671站次,關(guān)鍵期預(yù)報精度提高15%。

三、經(jīng)驗與啟示

1.堅持“預(yù)”字當(dāng)先,超前部署

一是扎實開展汛前準(zhǔn)備。堅持早安排早部署,組織全國水文部門認(rèn)真開展水文測報汛前準(zhǔn)備工作,加強設(shè)施設(shè)備維修養(yǎng)護,細(xì)化完善測報方案預(yù)案,提前預(yù)置測報人員和技術(shù)裝備,做好應(yīng)對超標(biāo)準(zhǔn)洪水的各項準(zhǔn)備。二是堅持主汛期工作機制。啟動主汛期工作機制,印發(fā)加強主汛期水文測報工作的通知,召開全國水文測報工作視頻會,安排部署主汛期特別是防汛關(guān)鍵期雨水情監(jiān)測預(yù)報預(yù)警工作。三是提前部署臺風(fēng)防范應(yīng)對工作。及時跟蹤監(jiān)視臺風(fēng)北上動向,加強會商研判,加密雨水情監(jiān)測頻次,提前做好應(yīng)急監(jiān)測準(zhǔn)備,滾動、精細(xì)預(yù)報預(yù)警。

2.強化水文現(xiàn)代化基礎(chǔ)建設(shè)

一是完善水文監(jiān)測站網(wǎng)。圍繞提升水文監(jiān)測覆蓋率,新建改建一批水文測站,發(fā)揮了重要作用。二是強化洪水在線監(jiān)測能力。圍繞水文監(jiān)測全要素全量程全自動的發(fā)展目標(biāo),加快流量在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè),流量自動監(jiān)測率由“十四五”初期的30%提高到了目前的53%,有效提升了監(jiān)測效率。三是提升應(yīng)急監(jiān)測能力。結(jié)合海河流域應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)和需求,有針對性地增配應(yīng)急監(jiān)測和超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測設(shè)備,如海委購置測流無人機、相控陣ADCP、測流無人船、雙頻回聲數(shù)字測深儀、衛(wèi)星電話等先進(jìn)的應(yīng)急監(jiān)測設(shè)備,顯著增強了流域水文應(yīng)急測報能力。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)對過程中,超前研判海河流域強降雨過程,滾動開展雨水情預(yù)測預(yù)報,及時發(fā)布暴雨洪水預(yù)警,逐日推演蓄滯洪區(qū)洪水演進(jìn)動態(tài),有力支撐預(yù)案滾動制定和執(zhí)行,全力做好海河流域暴雨洪水防御“四預(yù)”工作。

3.加強水文應(yīng)急監(jiān)測

一是健全聯(lián)動機制。強化流域管理,加強流域應(yīng)急監(jiān)測力量,健全完善了海河流域水文應(yīng)急監(jiān)測聯(lián)動機制。二是補充監(jiān)測空白。在太行山、燕山山前河流設(shè)置應(yīng)急巡測斷面83處,在雄安新區(qū)周邊布設(shè)應(yīng)急巡測斷面16 處,建立27 支145 人的應(yīng)急監(jiān)測隊伍,補充監(jiān)測空白。三是補強重要站監(jiān)測。在雁翅、張坊、東茨村等重要水文站遭遇水毀、報汛困難的情況下,及時派出應(yīng)急監(jiān)測隊支援一線,確保水文信息不中斷。四是緊跟洪水演進(jìn)。組織加強對永定河、大清河以及蓄滯洪區(qū)等洪水演進(jìn)的跟蹤監(jiān)測,強化“以測補報”,充分利用無人機等技術(shù)手段,動態(tài)監(jiān)測水情走勢,跟蹤監(jiān)測洪峰位置,相關(guān)成果及時推送水利部、海委及京津冀相關(guān)部門。五是強化協(xié)同馳援。協(xié)調(diào)河南、水利部黃河水利委員會的水文部門千里馳援南水北調(diào)中線交叉河道、永定河、大清河等重點斷面開展水文應(yīng)急監(jiān)測,為防汛搶險提供有力支撐。

四、暴露出的問題

1.水文站網(wǎng)密度不足

一是測雨雷達(dá)監(jiān)測覆蓋不足。海河流域僅河北雄安新區(qū)附近部署有1組水利測雨雷達(dá)并開展了試點應(yīng)用,遠(yuǎn)不能覆蓋流域暴雨洪水集中來源區(qū)、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)以及大型水庫工程、重大引調(diào)水工程防洪影響區(qū)。二是暴雨中心雨量站點密度不足。現(xiàn)有的雨量監(jiān)測站點不能準(zhǔn)確掌握降雨分布情況和捕捉暴雨中心降雨極值,無法及時獲取區(qū)間降雨數(shù)據(jù),對洪水預(yù)報結(jié)果更新的及時性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。部分河流(如永定河官廳山峽區(qū)間部分中小河流)缺乏水文(位)站,不能及時準(zhǔn)確掌握支流來水情況,影響洪水預(yù)報精度;已布設(shè)水文測站的部分河流還存在站點數(shù)量不足、部分支流匯入口及分洪口門沒有控制站點等問題。三是蓄滯洪區(qū)監(jiān)測設(shè)施薄弱。蓄滯洪區(qū)、洼地圩區(qū)等缺乏水位、流量等監(jiān)測設(shè)施設(shè)備。

2.水文站防洪測洪標(biāo)準(zhǔn)偏低

一是水文測站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低。海河流域水文站中有35%的主要測報設(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、院墻倒塌的問題,無法快速高效開展水位、流量等施測任務(wù),自身安全也難以得到保障,如此次暴雨集中來源區(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,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%以上的測報設(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個地下水自動監(jiān)測站遭遇嚴(yán)重水毀。二是測驗設(shè)施設(shè)計考慮不周。由于海河流域水資源緊缺,水文站在監(jiān)測水位和流量的過程中,既要考慮洪水又要考慮水資源監(jiān)測(小流量測驗),有些測站的水位和流量監(jiān)測設(shè)備架設(shè)高度不足,設(shè)備在大洪水期間被淹沒。

3.水文監(jiān)測能力有待提升

一是基層應(yīng)急監(jiān)測設(shè)備配備不足?;鶎铀目睖y隊或監(jiān)測中心配備的走航式ADCP、手持式電波流速儀、水文多參數(shù)應(yīng)急監(jiān)測裝備、遙控船等常規(guī)應(yīng)急監(jiān)測設(shè)備數(shù)量不足,不能滿足發(fā)生流域性大洪水時多點同時開展水文應(yīng)急監(jiān)測的需要。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,期間多次出現(xiàn)因使用頻度過高、含沙量過大等導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障,影響應(yīng)急監(jiān)測工作快速高效開展。二是水文巡測車嚴(yán)重缺乏。海委水文局承擔(dān)此次應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)的巡測車輛均為社會租賃車輛,河北水文基層勘測隊開展應(yīng)急監(jiān)測任務(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)測和安全生產(chǎn)的要求。

4.信息采集傳輸保障手段有待增強

一是測報設(shè)備老化嚴(yán)重。中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)運行已10年以上,配置的自動測報設(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。部分水文測站未配備衛(wèi)星報汛信道、衛(wèi)星電話和增強衛(wèi)星電話信號的衛(wèi)星接收器,受通信公網(wǎng)中斷影響,雨水情監(jiān)測信息無法及時傳輸。三是應(yīng)急信息報送機制有待健全。一線水文應(yīng)急監(jiān)測隊與水利部中央節(jié)點的信息報送機制與傳輸技術(shù)手段有待完善,前方信息難以快速入庫,無法實時支撐防汛會商決策。

5.“四預(yù)”能力有待提升

一是局地降雨預(yù)報精度不高。由于針對某條具體河流的暴雨預(yù)報落區(qū)還存在左右擺動或南北移動等不確定性情況,洪水預(yù)報往往隨之出現(xiàn)頻繁變動。二是洪水預(yù)報覆蓋面不足。根據(jù)已布設(shè)水文測站構(gòu)建的洪水預(yù)報方案,僅能判別所代表河段的洪水態(tài)勢,無法滿足無測站地區(qū)洪水預(yù)報要求,無資料或缺資料地區(qū)洪水預(yù)報尚無有效手段。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。水文部門與閘壩、水庫、蓄滯洪區(qū)等水利工程管理部門運行調(diào)度信息共享不充分不及時,特別是缺少中小型水利工程運行狀態(tài)和調(diào)度信息。

五、下一步工作措施

一是加快推進(jìn)海河流域雨水情監(jiān)測預(yù)報“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)測和預(yù)報預(yù)警體系,組織編制海河流域雨水情監(jiān)測預(yù)報“三道防線”建設(shè)專項方案,在暴雨洪水集中來源區(qū)、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)以及大型水庫工程、重大引調(diào)水工程防洪影響區(qū)等布設(shè)測雨雷達(dá)站,加密雨量站、水文站、水位站,強化“四預(yù)”措施,完善監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)平臺建設(shè)。

二是持續(xù)提升水文測報能力。提檔升級測報設(shè)施設(shè)備,提高設(shè)施設(shè)備防洪測洪標(biāo)準(zhǔn),加快推進(jìn)固定式ADCP、定點式電波、側(cè)掃電波、影像等流量在線監(jiān)測設(shè)備,光電測沙儀、量子點光譜測沙儀等泥沙在線監(jiān)測設(shè)備的配備力度和應(yīng)用,強化北斗衛(wèi)星通信備份,不斷提升水文測站的測報能力。配齊配強基層水文勘測隊或監(jiān)測中心走航式ADCP、手持電波測速儀、水文多參數(shù)應(yīng)急監(jiān)測裝備、測流無人船等常規(guī)應(yīng)急監(jiān)測設(shè)備,滿足發(fā)生流域性大洪水時多點同時開展水文應(yīng)急監(jiān)測的需要,保障應(yīng)急監(jiān)測工作快速高效開展。

三是加強水利測雨雷達(dá)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。加強適應(yīng)不同運行環(huán)境、固定或移動、自主可控的系列水利測雨雷達(dá)裝備研發(fā),加快建設(shè)水利測雨雷達(dá)管理與應(yīng)用系統(tǒng),開展基于水利測雨雷達(dá)的高分辨率致洪暴雨監(jiān)測預(yù)警、中小河流超精細(xì)化暴雨洪水預(yù)報預(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)測預(yù)報“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)部門加強溝通協(xié)作,針對“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,強化“四預(yù)”支撐,有效提高洪水預(yù)報預(yù)見期和精準(zhǔn)度。

五是推動涉水工程信息及時共享。推進(jìn)水文部門加強與水庫、蓄滯洪區(qū)、閘壩等管理部門雨水情和調(diào)度信息的及時共享,建立健全信息共享機制,加大共享力度,實現(xiàn)堰閘開啟、泵站排澇、搶險分洪等信息的互聯(lián)互通。

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