山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)中歷史洪水調(diào)查方法

羅倩++王佳妮

摘 要：歷史洪水調(diào)查是收集水文資料的重要方法之一，山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)研究對(duì)象多為無實(shí)測(cè)水文資料的地區(qū)，工作中的計(jì)算分析評(píng)價(jià)對(duì)象的設(shè)計(jì)洪水，建立水位流量關(guān)系、水位人口關(guān)系，對(duì)防洪現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)都必須以歷史洪水調(diào)查為基礎(chǔ)。本文闡述了山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)中歷史洪水調(diào)查的內(nèi)容和方法、歷史洪水洪峰流量計(jì)算、重現(xiàn)期估算、成果合理性檢查的過程。山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)工作中歷史洪水調(diào)查應(yīng)就準(zhǔn)不就高，一般以調(diào)查與現(xiàn)狀流域、河道、斷面特性相近的近年較大洪水為宜。

關(guān)鍵詞：山洪災(zāi)害；歷史洪水調(diào)查；分析評(píng)價(jià)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.195

歷史洪水調(diào)查是收集水文資料的方法之一，洪水調(diào)查的目的是通過先調(diào)查后分析，加深對(duì)河流洪水規(guī)律的認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)調(diào)查點(diǎn)或區(qū)域水文資料的不足。

山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)研究對(duì)象多為無實(shí)測(cè)水文資料的地區(qū)，在進(jìn)行山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)時(shí)，需要計(jì)算分析評(píng)價(jià)對(duì)象的設(shè)計(jì)洪水，建立水位流量關(guān)系、水位人口關(guān)系，對(duì)防洪現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，這些工作都必須以歷史洪水調(diào)查為基礎(chǔ)。另一方面，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算時(shí)一般要采取多種方法計(jì)算，相互比較，但山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)時(shí)無論采用推理公式法、瞬時(shí)單位線法、標(biāo)準(zhǔn)單位線法（地貌單位線法）或其他計(jì)算方法，分析采用的雨量資料多采用地區(qū)等值線或鄰近站實(shí)測(cè)雨量資料。計(jì)算時(shí)采用不同頻率雨量值、雨量點(diǎn)面關(guān)系、雨量分配均有很大的經(jīng)驗(yàn)性，且研究流域的面積、河長(zhǎng)、比降等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度的影響因素很多，各種計(jì)算方法均有很大的經(jīng)驗(yàn)性和地區(qū)綜合性，計(jì)算出的成果存在一定誤差。此外，山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)中水位流量關(guān)系計(jì)算、現(xiàn)狀防洪能力評(píng)價(jià)等都需要收集較大洪水資料率定相關(guān)參數(shù)和復(fù)核評(píng)價(jià)結(jié)論。因此，歷史洪水調(diào)查是山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)工作的重要組成部分。

1 歷史洪水調(diào)查內(nèi)容

山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)中歷史洪水調(diào)查一般以行政區(qū)劃縣（區(qū)）或沿河村落為單位進(jìn)行典型歷史洪水調(diào)查，主要目的是了解調(diào)查區(qū)域內(nèi)歷史山洪災(zāi)害狀況，為分析評(píng)價(jià)收集高水資料，為水位流量關(guān)系確定、洪水計(jì)算成果復(fù)核等提供參考依據(jù)。

歷史洪水調(diào)查包括典型場(chǎng)次歷史洪水調(diào)查和沿河村落洪水痕跡（洪痕）調(diào)查兩部分，其中典型場(chǎng)次歷史洪水調(diào)查一般以縣（區(qū)）級(jí)行政區(qū)域?yàn)檎{(diào)查對(duì)象，沿河村落洪痕調(diào)查一般以村落附近具體河溝為調(diào)查對(duì)象，兩種調(diào)查方式相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充，但側(cè)重點(diǎn)不同。其中典型場(chǎng)次歷史洪水調(diào)查主要是反映調(diào)查行政區(qū)域的山洪災(zāi)害總體情況、洪水特征、區(qū)域內(nèi)洪水及災(zāi)害分布、損失情況等；沿河村落洪痕調(diào)查主要是取得村落附近大洪水的高洪沿程水面線資料，用于分析率定水位流量關(guān)系、復(fù)核現(xiàn)狀防洪能力等方面，沿河村落洪痕調(diào)查的成果也作為典型場(chǎng)次歷史洪水調(diào)查的基礎(chǔ)資料。危險(xiǎn)區(qū)沿河村落河溝一般都要進(jìn)行洪痕調(diào)查，與河溝斷面測(cè)量同步進(jìn)行。

典型場(chǎng)次歷史洪水調(diào)查分析應(yīng)結(jié)合水文基本資料的收集處理，按照歷史洪水調(diào)查相關(guān)要求和規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，其主要內(nèi)容有：（1）流域基本情況調(diào)查；（2）歷史山洪災(zāi)害情況調(diào)查；（3）歷史洪水痕跡（以下簡(jiǎn)稱“洪痕”）調(diào)查及河道測(cè)量；（4）最高水位、洪水總量、洪峰流量估算和重現(xiàn)期估算等分析；（5）對(duì)調(diào)查成果進(jìn)行可靠性評(píng)定，編寫調(diào)查報(bào)告。

2 歷史洪水調(diào)查方法

歷史洪水調(diào)查的步驟一般包括組織準(zhǔn)備、河段踏勘、調(diào)查訪問和核查四步。重點(diǎn)是河段踏勘和調(diào)查訪問，河段踏勘和調(diào)查訪問是對(duì)擬定的調(diào)查對(duì)象進(jìn)行實(shí)地踏勘，了解流域基本情況、河流水系及演變情況、水文站點(diǎn)布置情況、人類活動(dòng)情況、風(fēng)土人情及古建筑情況、測(cè)量、個(gè)別訪問（或開調(diào)查會(huì)）等。

（1）調(diào)查河段的選擇：調(diào)查河段應(yīng)具有一定數(shù)量的洪痕，便于推算洪峰流量。

（2）歷史洪水成因的甄別：一般大致可以分成溪河暴雨洪水、壅高洪水、山體崩塌洪水、泄洪洪水、潰決洪水、綜合洪水。

（3）歷史洪水發(fā)生時(shí)間的調(diào)查：一般可以根據(jù)洪水資料考證；從訪問中了解洪水發(fā)生的時(shí)間，通過對(duì)沿河村落老人的走訪調(diào)查，還可結(jié)合歷史上發(fā)生的較大事件或群眾記憶深刻的事情推算；根據(jù)石刻、傳說、文物記載、廟宇、建橋等碑文調(diào)查遠(yuǎn)期洪水發(fā)生的時(shí)間；分析鄰近河流的歷史洪水確定。

（4）洪痕的調(diào)查與確定：一般通過對(duì)自然物的觀察或走訪指認(rèn)確定。在一河段中，一般應(yīng)調(diào)查同一場(chǎng)次洪水3個(gè)以上的洪痕，連成洪水水面線，以便與該河段中低水位水面線和河床縱斷面相比較，從而判斷其合理性。洪痕經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)訪問調(diào)查之后，應(yīng)對(duì)其可靠性作出評(píng)價(jià)，分為三級(jí)，即“可靠”，“較可靠”、“供參考”。見表1。

（5）洪水過程調(diào)查：理想的狀況是獲得洪水全部過程，但實(shí)際調(diào)查中很難獲得，在這種情況下，應(yīng)至少弄清楚該場(chǎng)洪水是單峰還是復(fù)峰、干支流洪水的主要來源、洪水持續(xù)時(shí)間、峰現(xiàn)時(shí)間等要素。

（6）雨情與暴雨調(diào)查：山洪災(zāi)害調(diào)查區(qū)域一般雨量站稀少，已有的觀測(cè)記錄，不能完全反映暴雨的時(shí)空分布。近年來中小河流建設(shè)、山洪災(zāi)害預(yù)警建設(shè)，各區(qū)域布設(shè)了部分雨量觀測(cè)站點(diǎn)，對(duì)暴雨的觀測(cè)有了很大改善。山區(qū)暴雨受局部地形影響，區(qū)域差異大，現(xiàn)有觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)于短歷時(shí)暴雨、局部性的暴雨仍不能完全控制，有的還可能存在觀測(cè)誤差。山洪災(zāi)害暴雨調(diào)查包括無觀測(cè)站區(qū)域暴雨量的調(diào)查和觀測(cè)資料的復(fù)核。

（7）河道與斷面情況調(diào)查：包括影響過水面積、水面比降及河床糙率變化的各項(xiàng)因素。

3 歷史洪水調(diào)查計(jì)算

3.1 洪水水面線調(diào)查

洪水水面線調(diào)查對(duì)研究致災(zāi)洪水有非常大的意義，也是歷史洪水調(diào)查的重要內(nèi)容。實(shí)際調(diào)查中，山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)對(duì)象所在小流域一般由于洪水影響范圍有限，即使發(fā)生了大洪水，由于時(shí)間久遠(yuǎn)，也很難獲得較可靠的洪痕資料，或通過調(diào)查歷史洪痕所得部分水面線明顯不合理。有些小流域由于水庫、堰、閘、水電站等人類活動(dòng)影響，流域特性發(fā)生很大變化，或由于沿河兩岸堤防、公路等的修建，斷面變化非常大，歷史洪水水面線已經(jīng)不能反映現(xiàn)實(shí)情況下發(fā)生大洪水的水面線。山洪災(zāi)害歷史洪水調(diào)查不能一味求高，應(yīng)根據(jù)流域特性和人類活動(dòng)影響情況，選擇可靠程度較高、近年來發(fā)生的洪水水面線進(jìn)行有針對(duì)性地調(diào)查，這樣更符合大部分沿河村落山洪災(zāi)害調(diào)查的實(shí)際。

可靠且代表性好的洪痕點(diǎn)是確定水面線的主要依據(jù)，在確定水面線之前需對(duì)每個(gè)洪痕點(diǎn)的可靠程度和代表性作出評(píng)價(jià)。在內(nèi)業(yè)繪制水面線時(shí)，切忌通過點(diǎn)群中心定線，而應(yīng)以水位可靠、代表性好的點(diǎn)為主要依據(jù)。

3.2 洪峰流量計(jì)算

洪峰流量的計(jì)算方法主要有水位流量關(guān)系法、比降面積法、水面曲線法、水力學(xué)公式法和模型試驗(yàn)法等方法，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)洪痕調(diào)查結(jié)果及河段水力特性，合理選用。

（1）水位流量關(guān)系曲線法。當(dāng)歷史洪痕位于水文站斷面附近，或離水文站雖有一定距離，但其間無較大支流加入且又有條件將調(diào)查洪痕搬移到水文站斷面時(shí)，可根據(jù)情況延長(zhǎng)實(shí)測(cè)的水位流量關(guān)系曲線，并用來推求洪峰流量。

（2）比降面積法。天然河道的水流可分為恒定流和非恒定流兩種流態(tài)，山洪災(zāi)害所調(diào)查的河道洪水基本屬于非恒定流，但山區(qū)河流水位流量關(guān)系呈單值關(guān)系或帶幅較小的繩套曲線關(guān)系，出現(xiàn)洪峰時(shí)也出現(xiàn)最高水位，在洪峰流量出現(xiàn)時(shí)常保持一個(gè)短時(shí)間不漲不落的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，可近似認(rèn)為是恒定流。恒定流又分為均勻流和非均勻流，天然河道的水流一般為非均勻流，但對(duì)較長(zhǎng)的順直河段，河道斷面過水面積變化不大，各斷面流速相近，能坡線與水面線近于平行，可以用水面線代替能坡線，按均勻流將水面比降帶入曼寧公式進(jìn)行流量計(jì)算。

（3）水面曲線法。如果調(diào)查的河段較長(zhǎng)，而洪痕不足，且由于各段河底坡降及橫斷面的變化，洪水水面線較為曲折，不能由調(diào)查的少數(shù)洪痕點(diǎn)連直線來確定水面比降，此種情況下需用水面曲線法推求洪峰流量。水面曲線法推求洪峰流量的基本原理與比降面積法一樣，均基于伯努利能量方程式。

式中：-上、下斷面的水位（m）；-上、下斷面的流量模數(shù)；

（4）其他方法。在洪水調(diào)查河段下游若有控制斷面，如瀑布、石梁、急灘、陡坡等，使河道底坡在此斷面以上小于臨界底坡，在此斷面以下大于臨界底坡時(shí)，則在底坡的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處將發(fā)生臨界水流，此時(shí)可用臨界流公式推求流量。河道斷面束窄形成卡口或在橋孔之處，由于流速增大使水面降低，有一部分位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這時(shí)可以根據(jù)束窄河段上下游水位差計(jì)算卡口的流速，從而求得流量。如在洪水調(diào)查河段有堰壩，或者估算兩側(cè)堤防決口洪峰流量時(shí)，可根據(jù)水力學(xué)公式估算。

3.3 重現(xiàn)期估算

對(duì)于中小流域，可以采用以下幾種方法確定歷史洪水重現(xiàn)期。

（1）調(diào)查到的歷史洪水如果從發(fā)生年份至今為最大洪水，可將發(fā)生年份到調(diào)查時(shí)的年份數(shù)作為重現(xiàn)期。

（2）當(dāng)歷史洪水發(fā)生年份距現(xiàn)在較近，采用上述方法確定的重現(xiàn)期往往偏小，此時(shí)應(yīng)盡量通過調(diào)查、歷史文獻(xiàn)考證、與鄰近地區(qū)（流域）對(duì)比等方法，向前追溯。

（3）在N年調(diào)查考證期中，有一個(gè)近年發(fā)生的歷史洪水與其它（a-1）個(gè)歷史洪水在數(shù)值上不相上下，它在N年連續(xù)順位的序位可在（1-a）的范圍內(nèi)，此時(shí)可采用平均序位，即：

其重現(xiàn)期 為：

例如，N=100年，調(diào)查到的某年洪水與其它三次（即a-1=3）洪水不相上下，則該年洪水重現(xiàn)期為：

3.4 成果合理性檢查

根據(jù)洪水成因分析、地理因素的影響，洪水在地理上的變化是有一定規(guī)律的?？梢酝ㄟ^面上得出的概念來對(duì)一個(gè)局部地區(qū)的調(diào)查資料進(jìn)行合理性評(píng)價(jià)，但同時(shí)要注意局部的自然因素和人類活動(dòng)的影響，可能使某些地區(qū)具有特殊性。特別是山區(qū)洪水研究對(duì)象多處于集水面積非常小的流域，其成果往往有特有的洪水成因條件，與面上成果有時(shí)有差異性。因此，合理性檢查和綜合分析，僅僅是發(fā)現(xiàn)問題的一種手段，而不能作為修改成果的依據(jù)，只有找出其錯(cuò)誤的真正原因以后才可以修改。

成果的合理性檢查及綜合分析，一般有上下游、干支流、鄰近地區(qū)的相同因素對(duì)照比較、繪制Q～F關(guān)系圖檢查、采用洪峰模數(shù)檢查、利用相關(guān)關(guān)系檢查等幾種方法，應(yīng)用時(shí)可視資料情況和要解決的問題性質(zhì)合理采用。

4 結(jié)語

歷史洪水調(diào)查是收集水文資料的重要方法之一，可以彌補(bǔ)流域面上水文資料不足，是其他水文手段不可替代的。

與其它用途的歷史洪水調(diào)查不同，山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)工作中的歷史洪水調(diào)查不能片面追求歷史大洪水、發(fā)生時(shí)間久遠(yuǎn)的洪水，應(yīng)當(dāng)包括近年及當(dāng)年的洪水。歷史上的特大洪水，可以對(duì)設(shè)計(jì)洪水有很好的指導(dǎo)和校正意義，但一般年代越遠(yuǎn)，洪痕點(diǎn)據(jù)越少，洪水水面比降及糙率值確定困難，且較遠(yuǎn)歷史上發(fā)生大洪水時(shí)的河道及斷面特性與現(xiàn)狀河道發(fā)生了很大的變化，而這種變化難以還現(xiàn)。近年來發(fā)生的較大洪水其洪水位、水面線都比較容易取得，可靠性較高，更能代表現(xiàn)狀下的洪水特性，其糙率成果更具現(xiàn)實(shí)意義。因此，山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)工作中歷史洪水調(diào)查應(yīng)就準(zhǔn)不就高，準(zhǔn)確是第一位的，一般以調(diào)查與現(xiàn)狀流域、河道、斷面特性相近的近年較大洪水為宜。

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作者簡(jiǎn)介：羅倩，女，工程師，主要從事水文分析工作。