张正洪1 郭存文2
云南省水文水资源局文山分局 云南 文山 663000
摘 要：随着气候变化，极端天气频繁发生，局部地区强降雨呈现频发的趋势，堰塞湖地质灾害也时常发生，为更好的处置堰塞湖，对堰塞湖的入库来水预报、过流预报、洪水预警信号等作出预测预警和评估，需对堰塞湖的库容进行准确的了解，以往的技术手段难以获取准确的堰塞湖水位库容曲线数据。本文通过对富宁县阿用堰塞湖应急抢险实践中的水文应急监测工作进行总结，分析了堰塞湖抢险中存在的主要技术难点并提出了解决方法，利用GoodyGIS及ZDM工具可以快速获得堰塞湖最大库容及拟定库容曲线，为水文应急监测和预报工作提供重要的技术支撑。
关键词：水文应急监测; 堰塞湖; 库容曲线; GoodyGIS；ZDM；洪水预报
1 概述
堰塞湖多由山体滑坡、泥石流等堵截河谷、河床后贮水而形成库泊［1］。堰塞湖的危害主要表现为: ①随着堰塞湖水量增加上游淹没范围扩大，库区上游人民的生命财产面临被淹的威胁; ②当堰塞体受到水量的侵蚀、溶解等作用时，堰体随时可能发生毁灭性的溃坝危害，严重威胁下游人民群众的生命财产安全。
富宁县阿用堰塞湖于2018年8月6日00:30左右，受强降雨影响，文山州富宁县阿用乡—那来村公路小桥（地名）路段山体滑坡阻断道路和发同河（珠江水系西洋江支流）形成堰塞湖，堰塞体地理位置：东经105°35′33″，北纬23°57′24″，形成约20.0万m3的堰塞体，库容约40万m3堰塞湖。
为了解堰塞湖的水文情势，做好堰塞湖的处置，需要对堰塞湖进行水文应急监测，主要工作内容包括：①入库水量监测和分析计算；②库区水位实时监测监控；③出库水量的监测和分析计算；④库区库容曲线推求等［4］。
2 水位～库容关系曲线分析计算
应急监测工作需要快速获取较为准确的地理空间信息。本文以阿用堰塞湖为例，首先利用谷地（GoodyGIS）空间数据分析模块提取数字高程，并绘制数字等高线，再运用水工设计专业软件ZDM分析计算堰塞湖水位～库容关系曲线。
谷地Goody GIS是一款基于谷歌地球免费资源开发的系统软件，旨在扩展谷歌地球的应用，提高工作效率。可快速获取高程、DEM等数据，并快速生成等高线，快速简便、直观、高效。
ZDM是在CAD平台上开发出来的辅助设计软件，内容包括水利水电设计的各个专业工具，使用它可较大地提高工作效率和计算精度
2.1 用GoodyGIS获取基础数据
堰塞湖形成后，应急监测人员第一时间到达现场，获得该区域的经纬度坐标；内业人员可根据地形利用谷地生成该区域较大范围内的数字等高线；在生成等高线时，需确定所需的坐标系统及高程系统，为后期的报讯作为高程依据；需根据堰塞湖形成区域的大小确定适当的等高距，在阿用堰塞湖处置过程中，选取了国家2000平面坐标及高程系统，采用了1米等高距；等高线生成后存储为dxf文件格式。通过谷地生成的堰塞湖区域数字等高线（如图1所示）
图1阿用堰塞湖区域地形
2.2 堰塞体位置及临时水准点高程的确定
在堰塞湖形成后，由于道路中断，还可能面临小规模的滑坡、落石等危险，所以很难准确获取堰塞体具体坐标。但堰塞体位置的确定对后期计算水位～库容关系曲线至关重要，有可能影响堰塞湖库容大小，进而影响后期的溃坝洪水分析计算，应尽可能获取准确的经纬度。在阿用堰塞湖处置过程中，应急监测人员采用RTK测量技术在堰塞体左岸获取了较为准确的经纬度坐标，并在稳定的岩石上做好标记，作为临时水准点。由于阿用堰塞湖的滑坡体从右岸山体滑下，到达现场时还有零星落石，所以本次只定位了滑坡体左岸端，右岸端通过内业绘制一条垂直于等高线方向的直线延伸至最高点，并作为本次堰塞湖的坝轴线位置，即计算堰塞湖水位～库容关系曲线的起算点。
确定好临时水准点坐标后，根据确定的坐标输入到已生成等高线的地形图中，根据临时水准点所在的位置用直线内插法确定其高程（如图2所示）。
式中：Zx表示临时水准点高程
Z1，Z2分别表示等高线的高程
l表示Z1等高线至临时水准点Zx之间的距离，在图上用测距工具量取，L表示相邻两条等高线之间的距离。
图2直线内插
2.3 ZDM软件分析计算堰塞湖水位～库容关系曲线
用ZDM软件打开前面保存为“.dxf”格式的数字等高线，首先检查通过坝轴线的等高线是否有断开，若有断开，用CAD的PEDIT命令将断开的等高线连接起来，因为在计算库容时要求等高线必须是连续的多段线。然后把通过坝轴线的等高线将计算库容所需以外的部分用修剪命令修剪完善。检查等高线无问题之后运用ZDM软件中“工程计算”模块，“水库库容计算”功能计算水位～库容关系曲线。在计算过程中应注意以下两点，一是必须选中通过坝轴线的全部等高线，二是存在孤岛情况时需通过软件中的“孤岛计算”功能重新计算，然后与库容叠加，在叠加过程中应注意，如果存在多个孤岛，必须一个孤岛与总库容汇总，再将汇总后的库容与另一个孤岛汇总，以此类推，直至汇总完成。计算完成之后，通过“绘库容曲线”功能绘制水位～库容关系曲线。经过计算，阿用堰塞湖库容为52.9万m3，但未扣除滑坡体体量。与处置堰塞湖专家组给出的50万m3基本吻合。具体步骤如图3所示，计算结果如图4所示。
图3库容曲线绘制流程图 图4阿用堰塞湖计算结果
2.4 可行性分析
为了验证方法的可行性，本次选择位于云南省文山市薄竹镇摆依寨村摆衣寨水库和位于马关县仁和镇河边村河边水库作为分析对象，两座中型水库已基本建设完成，但均未蓄水。首先按照前述方法获取数字等高线，再通过ZDM软件进行分析计算。经计算摆衣寨水库水库库容为1253万m3，实际设计库容1271万m3，误差为-1.4%（图5）。河边水库计算库容2464万m3，实际设计库容2380万m3，误差为3.5%（图6）。
图4摆衣寨水库计算结果 图5河边水库计算结果
3 结语
本文通过对阿用堰塞湖水文应急监测工作进行分析与总结，提出了针对堰塞湖水文应急监测工作中快速获取无资料地区水位～库容关系曲线的方法，实践检验证明， 本文提出的技术方法能基本满足堰塞湖水文应急监测工作中计算水位库容关系曲线的要求。
由于不同地区堰塞湖的成因、地理环境、水文基础条件及影响程度都有差异，在实际应急监测工作中，还应视具体情况开展监测工作，本文提及的水文应急预报方法应结合当时当地的客观条件和实际情况进行适当调整，并不断补充和完善。在条件允许的情况下，还应对滑坡体体量进行分析计算，在计算水位库容时把其扣除，这样才能得到更接近实际值的库容，更有利于后续的溃坝洪水分析计算。
参考文献
［1］王俊．水文应急实用技术［M］．北京:中国水利水电出版社，2011．
［2］郑静，杨文发．唐家山堰塞湖水文气象预报应急保障实践［J］．人民长江，2008，39(22): 36－39．
［3］张建新，王俊，熊珊珊，等．地震诱发堰塞湖的应急水文分析方法与实践［J］．水文，2009，29(2):59 －61．
［4］王俊.长江水文监测体系的创新实践［J］.人民长江，2015，46（19）：26-29，34.
作者简介：张正洪（1984-），男，彝族，云南文山人，工程师，主要从事水文情报预报及应急监测工作，郭存文（1981-），男，汉族，云南楚雄人，工程师，主要从事水文情报预报工作。