山洪災害調(diào)查與分析評價中歷史洪水調(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，山洪災害調(diào)查與分析評價研究對象多為無實測水文資料的地區(qū)，工作中的計算分析評價對象的設計洪水，建立水位流量關系、水位人口關系，對防洪現(xiàn)狀進行評價都必須以歷史洪水調(diào)查為基礎。本文闡述了山洪災害調(diào)查與分析評價中歷史洪水調(diào)查的內(nèi)容和方法、歷史洪水洪峰流量計算、重現(xiàn)期估算、成果合理性檢查的過程。山洪災害調(diào)查與分析評價工作中歷史洪水調(diào)查應就準不就高，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。

關鍵詞：山洪災害；歷史洪水調(diào)查；分析評價

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，加深對河流洪水規(guī)律的認識，彌補調(diào)查點或區(qū)域水文資料的不足。

山洪災害調(diào)查與分析評價研究對象多為無實測水文資料的地區(qū)，在進行山洪災害調(diào)查與分析評價時，需要計算分析評價對象的設計洪水，建立水位流量關系、水位人口關系，對防洪現(xiàn)狀進行評價，這些工作都必須以歷史洪水調(diào)查為基礎。另一方面，設計洪水計算時一般要采取多種方法計算，相互比較，但山洪災害分析評價時無論采用推理公式法、瞬時單位線法、標準單位線法（地貌單位線法）或其他計算方法，分析采用的雨量資料多采用地區(qū)等值線或鄰近站實測雨量資料。計算時采用不同頻率雨量值、雨量點面關系、雨量分配均有很大的經(jīng)驗性，且研究流域的面積、河長、比降等基礎數(shù)據(jù)精度的影響因素很多，各種計算方法均有很大的經(jīng)驗性和地區(qū)綜合性，計算出的成果存在一定誤差。此外，山洪災害分析評價中水位流量關系計算、現(xiàn)狀防洪能力評價等都需要收集較大洪水資料率定相關參數(shù)和復核評價結論。因此，歷史洪水調(diào)查是山洪災害調(diào)查與分析評價工作的重要組成部分。

1 歷史洪水調(diào)查內(nèi)容

山洪災害調(diào)查與分析評價中歷史洪水調(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)歷史山洪災害狀況，為分析評價收集高水資料，為水位流量關系確定、洪水計算成果復核等提供參考依據(jù)。

歷史洪水調(diào)查包括典型場次歷史洪水調(diào)查和沿河村落洪水痕跡（洪痕）調(diào)查兩部分，其中典型場次歷史洪水調(diào)查一般以縣（區(qū)）級行政區(qū)域為調(diào)查對象，沿河村落洪痕調(diào)查一般以村落附近具體河溝為調(diào)查對象，兩種調(diào)查方式相互聯(lián)系、相互補充，但側重點不同。其中典型場次歷史洪水調(diào)查主要是反映調(diào)查行政區(qū)域的山洪災害總體情況、洪水特征、區(qū)域內(nèi)洪水及災害分布、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系、復核現(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次歷史洪水調(diào)查的基礎資料。危險區(qū)沿河村落河溝一般都要進行洪痕調(diào)查，與河溝斷面測量同步進行。

典型場次歷史洪水調(diào)查分析應結合水文基本資料的收集處理，按照歷史洪水調(diào)查相關要求和規(guī)范進行現(xiàn)場調(diào)查，其主要內(nèi)容有：（1）流域基本情況調(diào)查；（2）歷史山洪災害情況調(diào)查；（3）歷史洪水痕跡（以下簡稱“洪痕”）調(diào)查及河道測量；（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）對調(diào)查成果進行可靠性評定，編寫調(diào)查報告。

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備、河段踏勘、調(diào)查訪問和核查四步。重點是河段踏勘和調(diào)查訪問，河段踏勘和調(diào)查訪問是對擬定的調(diào)查對象進行實地踏勘，了解流域基本情況、河流水系及演變情況、水文站點布置情況、人類活動情況、風土人情及古建筑情況、測量、個別訪問（或開調(diào)查會）等。

（1）調(diào)查河段的選擇：調(diào)查河段應具有一定數(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)生的時間，通過對沿河村落老人的走訪調(diào)查，還可結合歷史上發(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)查遠期洪水發(fā)生的時間；分析鄰近河流的歷史洪水確定。

（4）洪痕的調(diào)查與確定：一般通過對自然物的觀察或走訪指認確定。在一河段中，一般應調(diào)查同一場次洪水3個以上的洪痕，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)場訪問調(diào)查之后，應對其可靠性作出評價，分為三級，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，但實際調(diào)查中很難獲得，在這種情況下，應至少弄清楚該場洪水是單峰還是復峰、干支流洪水的主要來源、洪水持續(xù)時間、峰現(xiàn)時間等要素。

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

（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因素。

3 歷史洪水調(diào)查計算

3.1 洪水水面線調(diào)查

洪水水面線調(diào)查對研究致災洪水有非常大的意義，也是歷史洪水調(diào)查的重要內(nèi)容。實際調(diào)查中，山洪災害分析評價對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，由于時間久遠，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)實情況下發(fā)生大洪水的水面線。山洪災害歷史洪水調(diào)查不能一味求高，應根據(jù)流域特性和人類活動影響情況，選擇可靠程度較高、近年來發(fā)生的洪水水面線進行有針對性地調(diào)查，這樣更符合大部分沿河村落山洪災害調(diào)查的實際。

可靠且代表性好的洪痕點是確定水面線的主要依據(jù)，在確定水面線之前需對每個洪痕點的可靠程度和代表性作出評價。在內(nèi)業(yè)繪制水面線時，切忌通過點群中心定線，而應以水位可靠、代表性好的點為主要依據(jù)。

3.2 洪峰流量計算

洪峰流量的計算方法主要有水位流量關系法、比降面積法、水面曲線法、水力學公式法和模型試驗法等方法，計算時應根據(jù)洪痕調(diào)查結果及河段水力特性，合理選用。

（1）水位流量關系曲線法。當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，可根據(jù)情況延長實測的水位流量關系曲線，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)河流水位流量關系呈單值關系或帶幅較小的繩套曲線關系，出現(xiàn)洪峰時也出現(xiàn)最高水位，在洪峰流量出現(xiàn)時常保持一個短時間不漲不落的相對穩(wěn)定狀態(tài)，可近似認為是恒定流。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，但對較長的順直河段，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行流量計算。

（3）水面曲線法。如果調(diào)查的河段較長，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，則在底坡的轉折點處將發(fā)生臨界水流，此時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，有一部分位能轉化為動能，這時可以根據(jù)束窄河段上下游水位差計算卡口的流速，從而求得流量。如在洪水調(diào)查河段有堰壩，或者估算兩側堤防決口洪峰流量時，可根據(jù)水力學公式估算。

3.3 重現(xiàn)期估算

對于中小流域，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)查時的年份數(shù)作為重現(xiàn)期。

（2）當歷史洪水發(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，此時應盡量通過調(diào)查、歷史文獻考證、與鄰近地區(qū)（流域）對比等方法，向前追溯。

（3）在N年調(diào)查考證期中，有一個近年發(fā)生的歷史洪水與其它（a-1）個歷史洪水在數(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。可以通過面上得出的概念來對一個局部地區(qū)的調(diào)查資料進行合理性評價，但同時要注意局部的自然因素和人類活動的影響，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)的相同因素對照比較、繪制Q～F關系圖檢查、采用洪峰模數(shù)檢查、利用相關關系檢查等幾種方法，應用時可視資料情況和要解決的問題性質(zhì)合理采用。

4 結語

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，山洪災害調(diào)查與分析評價工作中的歷史洪水調(diào)查不能片面追求歷史大洪水、發(fā)生時間久遠的洪水，應當包括近年及當年的洪水。歷史上的特大洪水，可以對設計洪水有很好的指導和校正意義，但一般年代越遠，洪痕點據(jù)越少，洪水水面比降及糙率值確定困難，且較遠歷史上發(fā)生大洪水時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)實意義。因此，山洪災害調(diào)查與分析評價工作中歷史洪水調(diào)查應就準不就高，準確是第一位的，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。

參考文獻：

[1]山洪災害調(diào)查技術要求（試行）[S].國家防汛抗旱總指揮部辦公室，2014.

[2]山洪災害分析評價技術要求（試行）[S].國家防汛抗旱總指揮部辦公室，2014.

[3]山洪災害分析評價方法指南[S].國家防汛抗旱總指揮部辦公室，2015.

[4]山洪災害預警指標檢驗復核技術要求（試行）[S].國家防汛抗旱總指揮部辦公室，2015.

[5]水利水電工程測量規(guī)范（SL197-2013）[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[6]水文調(diào)查規(guī)范（SL196-2015）[S].北京：中國水利水電出版社，

2015.

[7]胡余忠.山洪災害影響評價外業(yè)調(diào)查核心技術問答[J].山洪災害防治，2015（02）：26-33.

[8]駱承政.《中國歷史大洪水調(diào)查資料匯編》簡介[J].水利規(guī)劃與設計，2007（05）：26-29.

[9]李偉晶.洪峰流量頻率計算中歷史洪水調(diào)查的作用[J].農(nóng)業(yè)與技術，2011（01）：95-96.

[10]曹忠.淺析水文調(diào)查中的歷史洪水調(diào)查[J].科技信息，2011（31）：394-395.

作者簡介：羅倩，女，工程師，主要從事水文分析工作。