基于歷史大洪水探討沭河重溝水文站超標洪水測報方案

唐紀會，邱岳陽

（沂沭河水利管理局沭河水利管理局，山東 臨沭 276700）

1 流域概況

沭河發源于沂蒙山區的沂山南麓，全長300km，流域面積6410km2。多年平均徑流量10.69 億m3，最大年23.65 億m3（2005 年），最小年1.13 億m3（1989年）。沭河干支流上游修建了沙溝、青峰嶺、小仕陽、陡山等4 座大型水庫和4 座中型水庫，總庫容10.54億m3，控制流域面積1814km2，占沭河流域面積的28.3%。

重溝水文站位于臨沭縣鄭山街道華南社區沭河大橋下游940m 處，設立于2011 年，控制流域面積4511km2，下游18km 處為大官莊水利樞紐，系國家重要水文站、沭河干流控制站。監測項目有：水位、流量、降水、蒸發等，承擔著向水利部及蘇魯兩省防汛指揮部門報送實時雨水情的任務。

2 1974 年洪水情況簡介

2.1 暴雨成因分析

1974 年12 號臺 風于8 月11 日20 時自福建省惠安縣登陸北上，冷空氣侵入臺風，使其演變成溫帶氣旋后繼續北上，特大暴雨是由于氣旋北部強烈的氣旋輻合和從海上源源不斷的水汽輸送所造成的。20 時12 號臺風登陸時，中心氣壓為990hPa，與此臺風對應的上空，100hPa 圖上有一個1685 位勢什米的反氣旋中心，“抽氣機”的作用明顯，有助于臺風登陸后，繼續維持氣旋性環流。

暴雨中心地區的西部、西北部和南部為山區，東部為平原，構成三面環山。當輻合的偏東氣流西進時，遇到山地的阻擋被迫上升，造成強烈的抬升運動，形成暴雨中心。

2.2 洪水過程分析

受12 號臺風影響，8 月11—13 日，沂沭河地區南北向出現大片暴雨區，最大點雨量位于蒲旺達站435.6mm，12 日暴雨強度最大，13 日暴雨中心區移至沂沭河，李家莊一天降雨為295.3mm，14 日降雨逐漸停止。

暴雨造成沂河、沭河同時發生大水，且沭河洪水超過歷年。沭河大官莊站14 日出現洪峰，新沭河流量為4250m3/s，老沭河人民勝利堰流量為1150m3/s。老沭河新安站在上游及分沂入沭來水情況下，14 日出現洪峰流量為3320m3/s。沭河大官莊段還原后的洪峰流量為11100m3/s，相當于百年一遇。

2.3 暴雨洪水特點

（1）前期影響雨量大。從7 月下旬開始連續降雨，使流域土壤基本達到飽和，河內基流很大，沭河莒縣站起漲流量為87.9m3/s（一般洪水為10m3/s 左右）。

（2）洪水過程受暴雨走向影響明顯。沭河屬山溪性河流，河道坡道大，源短流急。此次暴雨顯示了暴漲暴落的特性，但受降雨的走向影響很明顯。

沭河水系水流自北向南，與暴雨走向相反，形成下游先漲水，上游后漲水，大官莊站起漲時間為13 日2 時，而位于上游的莒縣站起漲時間為13 日6時25 分，峰型系數較往年小，洪水過程淺峰型肥胖。

（3）水利工程在本次的洪水過程中起到了重要的攔洪調洪作用。沭河大官莊站洪峰流量4250m3/s，經還原計算最大洪峰流量11100m3/s，削減洪峰62%；莒縣青峰嶺水庫最大入庫流量3040m3/s，最大溢洪流量500m3/s，削減洪峰84%，錯峰15 小時；小仕陽水庫13 日16 時進庫流量1870m3/s，最大溢洪流量為392m3/s，削減79%；莒南陡山水庫13 日14 時進庫流量為2490m3/s，最大溢洪流量為559m3/s，削減78%，起到了巨大的攔洪調蓄作用。

3 2020 年洪水情況簡介

3.1 暴雨成因分析

8 月13 日8 時，貝加爾湖地區產生強大副高，流域北部邊緣為588 線北界，副高在我國東北伸出高壓脊，阻擋冷渦東移緩慢。低層切變線位于華北南部呈東北—西南向，產生低空急流，將南海的水汽和能量輸送至山東半島和遼東半島附近。13 日20時，華北南部的切變線逐漸南壓，雨帶隨之進入沂沭河地區。14 日8 時切變線位于沂沭泗水系北部并保持穩定，沂沭河地區始終處于850hPa 切變線與急流軸之間，成為強降雨中心。

3.2 降雨過程分析

13 日，沂沭河中上游普降暴雨到大暴雨，局部地區特大暴雨，中心為沭河支流潯河陡山水庫站，日降雨量303mm；沭河大官莊以上平均降水量129.6mm；14 日，暴雨過程繼續，暴雨中心為沭河夏莊站，日降雨量270mm；沭河大官莊以上平均降水量88.4mm；13 至14 日，沭河大官莊以上100mm降雨量籠罩面積為0.36 萬km2，占該區間匯流面積79.5%，200mm 降雨量籠罩面積為0.5 萬km2，籠罩了大型水庫至大官莊區間的核心區域，區間降雨量286.6mm，超過歷史上歷次降水過程雨量。

3.3 洪水過程分析

受強降雨影響，沂河、沭河同時發生較大洪水。沭河莒縣站14 日7 時流量992m3/s，石拉淵站14 日14 時流量3550m3/s，相應水位78.23m。重溝站14 日19 時30 分洪峰流量5940m3/s，相應水位59.64m；15 日0 時36 分最高水位60.26m，相應流量5660m3/s。老沭河人民勝利堰閘14 日23 時最大泄量2800m3/s，為建閘以來最大，相應閘上最高水位56.51m。新安站15 日12 時45 分洪峰流量2090m3/s，為1974 年以來最大，相應水位29.04m。新沭河閘上14 日23 時最高水位56.44m，相應泄量6490m3/s，為建閘以來最大。大興鎮站15 日3 時25分最大流量6300m3/s。

4 兩次洪水比較分析

4.1 降雨分布分析

兩次洪水均發生在當年8 月中旬，當年8 月上旬開始流域降水充沛，土壤含水量均處于飽和狀態。

從1974 年最大三日降水量等值線圖看，整個沭河流域均在200mm 等降水量線以內，暴雨中心位于上游莒縣段，部分地區超過400mm。

從2020 年最大三日降水量等值線圖看，中游莒縣至石拉淵區間為200mm 等降水量以內，暴雨中心位于支流潯河上；上游青峰嶺至莒縣段莒縣降水量在100～200mm 之間；下游石拉淵以下降水梯度極大：石拉淵站降水320mm，直線距離32km 的重溝站降水為72mm，直線距離48km 的大官莊站降水僅有3mm。

4.2 洪水產流分析

沭河流域基本可以按縣區劃分為上中下游三個產流區域：莒縣段為上游產流區，莒南段為中游產流區，臨沭段為下游產流區。根據重溝站多年實測資料，歷次編號洪水均可分為上游型洪水、中游型洪水、下游型洪水以及其中兩型洪水的疊加型，如2012 年723 洪水為中下游疊加型洪水，2020 年第二號洪水為中游型洪水，而1974 年洪水屬于三型疊加洪水，且上游水量極大。這種三型疊加洪水是重溝站建站以來從未遇到過的洪水類型。

4.3 時段洪水量比較

由于時間跨度大，流域水利工程情況有很大不同，河底高程也有很大變化，兩次洪水的水位基本不具有一致性，故從時段洪水量的角度進行比較分析。選取1974 年洪水的主要過程，即8 月13 日0時至17 日0 時共96 小時，每兩小時為1 時段計算大官莊新沭河與老沭河的時段洪水量并進行合成作為沭河來水量（詳見圖1）；同時選取2020 年洪水的主要過程，即8 月14 日0 時至18 日0 時共96 小時計算重溝站的時段洪水量作為沭河來水量（詳見圖2）。

圖1 沭河1974 年洪水時段洪水量圖

圖2 沭河2020 年洪水時段洪水量圖

經調查，1974 年洪水時決口水量約為0.45 億m3，選取時段內來水量加上決口水量共計約8.71 億m3；2020 年洪水選取時段內的水量約6.56 億m3。1974 年洪水比2020 年洪水水量多接近1/3。從圖1、圖2 可以看出2020 年有三個時段的洪水量大于0.4 億m3，而1974 年最大時段洪水量為0.38 億m3；2020 年洪水有14 個時段的洪水量在0.2 億以上，1974 年則有17 個；大于0.1 億的時段，2020 年有20 個，1974年有27 個。受洪水波坦化變形及降水分布的不同影響，2020 年洪水上漲速度大于1974 年，高洪歷時小于1974 年，總水量也小于1974 年。

如果發生1974 年量級和分布情況的暴雨，在現今的水利工程及河道條件下，按照比例放大，重溝站測驗斷面洪峰流量將達到7800～8000m3/s，最高水位將超過61.40m。

5 對超標洪水測報預案的改進建議

5.1 超標洪水測報中可能遇到的困難

重溝站在測報2020 年洪水中遇到的主要困難有：

（1）河道內有大量雜物影響測驗：水面以下有水草雜物纏繞流速儀旋槳，導致流速儀無法使用；水面有網箱、樹木等大型雜物，經常與ADCP 測船發生碰撞；同時網箱會附著在纜道中塔上，向下綿延幾十米，導致測船無法通航。

（2）大流速下纜道牽引測船負荷較大：重溝站水文纜道設計使用流速儀進行測驗，但特大洪水時流速儀無法使用只能使用ADCP 測船。測船無動力，由纜道牽引運行，在大流速下對纜道拉力較大，長時間運行后纜道會出現空轉打滑的情況。

（3）夜間及惡劣天氣下視線不佳：重溝站高水時斷面寬度在500m 以上，纜道測流時操作者距離測驗儀器較遠，很難實時觀察儀器運行情況。在夜間和狂風暴雨的惡劣天氣下尤甚。

在達到甚至超過1974 年量級的洪水時，還可能遇到更多困難，例如：

（1）測站院內地面高程為61.54m，變壓器安裝高程為62.10m，如果水位繼續上升，院內、氣象觀測場、辦公樓甚至變壓器將會進水，存在巨大安全隱患。

（2）高水時纜道很有可能受拉扯、漂浮物等影響出現機械故障，無法使用；大洪水時往往伴隨雷電狂風暴雨等惡劣天氣，此時使用纜道危險性極大。

（3）高水及惡劣天氣下很有可能遇到電力、通訊中斷的情況，導致無法進行測驗或無法報送測驗數據。

5.2 超標洪水預案的改進建議

淮河水利委員會水文局于2021 年5 月印發的《淮河水利委員會沭河重溝水文站超標洪水測報預案》充分考慮了測站現有設施及可能遇到的各種問題，制定了常規測驗方案及多套應急測驗方案，并組織演練驗證了方案的可行性。在測站硬件配置及測報預案等方面可以從以下幾點進行改進以提升應對超標洪水的能力：

（1）豐富測驗方法。現有的流量測驗方法，無論是流速儀、走航式ADCP 還是二線能坡法在線測量，均為接觸式測流，受河道內雜物及流速影響較大；需要豐富諸如雷達波測流等非接觸式測驗方法。

（2）改造測站電路。為防止辦公樓進水，測站電路需進行改造，一樓供電必須可以完全切斷，二樓操作室必須保證優先獨立供電，變壓器、發電機等重要設施需提高安裝高度。

（3）配備衛星通信設施，保證通訊暢通。

（4）確定撤離標準，建立應急測驗點。重溝站位于堤防內側，院內高程低于保證水位，當水位接近院內地面而且預見還會大幅上漲時，應及時進行撤離，否則測站將成為洪水中的“孤島”完全中斷與外界的聯系。此時應當將所有可用的流量測驗儀器及通信設施轉移至附近地勢較高、適合開展多種測驗方法的地點，建立應急監測點。重溝站下游2.6km 處的嵐菏高速沭河大橋防洪標準高，交通便利，且橋上無路燈桿等遮擋物，可以在橋上開展ADCP、電波流速儀等多種測驗方案，是最理想的應急選擇之一，需要與多個防指成員單位溝通協調，制定相關預案■