山洪灾害调查与分析评价中历史洪水调查方法

罗倩++王佳妮

摘 要：历史洪水调查是收集水文资料的重要方法之一，山洪灾害调查与分析评价研究对象多为无实测水文资料的地区，工作中的计算分析评价对象的设计洪水，建立水位流量关系、水位人口关系，对防洪现状进行评价都必须以历史洪水调查为基础。本文阐述了山洪灾害调查与分析评价中历史洪水调查的内容和方法、历史洪水洪峰流量计算、重现期估算、成果合理性检查的过程。山洪灾害调查与分析评价工作中历史洪水调查应就准不就高，一般以调查与现状流域、河道、断面特性相近的近年较大洪水为宜。

关键词：山洪灾害；历史洪水调查；分析评价

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

历史洪水调查是收集水文资料的方法之一，洪水调查的目的是通过先调查后分析，加深对河流洪水规律的认识，弥补调查点或区域水文资料的不足。

山洪灾害调查与分析评价研究对象多为无实测水文资料的地区，在进行山洪灾害调查与分析评价时，需要计算分析评价对象的设计洪水，建立水位流量关系、水位人口关系，对防洪现状进行评价，这些工作都必须以历史洪水调查为基础。另一方面，设计洪水计算时一般要采取多种方法计算，相互比较，但山洪灾害分析评价时无论采用推理公式法、瞬时单位线法、标准单位线法（地貌单位线法）或其他计算方法，分析采用的雨量资料多采用地区等值线或邻近站实测雨量资料。计算时采用不同频率雨量值、雨量点面关系、雨量分配均有很大的经验性，且研究流域的面积、河长、比降等基础数据精度的影响因素很多，各种计算方法均有很大的经验性和地区综合性，计算出的成果存在一定误差。此外，山洪灾害分析评价中水位流量关系计算、现状防洪能力评价等都需要收集较大洪水资料率定相关参数和复核评价结论。因此，历史洪水调查是山洪灾害调查与分析评价工作的重要组成部分。

1 历史洪水调查内容

山洪灾害调查与分析评价中历史洪水调查一般以行政区划县（区）或沿河村落为单位进行典型历史洪水调查，主要目的是了解调查区域内历史山洪灾害状况，为分析评价收集高水资料，为水位流量关系确定、洪水计算成果复核等提供参考依据。

历史洪水调查包括典型场次历史洪水调查和沿河村落洪水痕迹（洪痕）调查两部分，其中典型场次历史洪水调查一般以县（区）级行政区域为调查对象，沿河村落洪痕调查一般以村落附近具体河沟为调查对象，两种调查方式相互联系、相互补充，但侧重点不同。其中典型场次历史洪水调查主要是反映调查行政区域的山洪灾害总体情况、洪水特征、区域内洪水及灾害分布、损失情况等；沿河村落洪痕调查主要是取得村落附近大洪水的高洪沿程水面线资料，用于分析率定水位流量关系、复核现状防洪能力等方面，沿河村落洪痕调查的成果也作为典型场次历史洪水调查的基础资料。危险区沿河村落河沟一般都要进行洪痕调查，与河沟断面测量同步进行。

典型场次历史洪水调查分析应结合水文基本资料的收集处理，按照历史洪水调查相关要求和规范进行现场调查，其主要内容有：（1）流域基本情况调查；（2）历史山洪灾害情况调查；（3）历史洪水痕迹（以下简称“洪痕”）调查及河道测量；（4）最高水位、洪水总量、洪峰流量估算和重现期估算等分析；（5）对调查成果进行可靠性评定，编写调查报告。

2 历史洪水调查方法

历史洪水调查的步骤一般包括组织准备、河段踏勘、调查访问和核查四步。重点是河段踏勘和调查访问，河段踏勘和调查访问是对拟定的调查对象进行实地踏勘，了解流域基本情况、河流水系及演变情况、水文站点布置情况、人类活动情况、风土人情及古建筑情况、测量、个别访问（或开调查会）等。

（1）调查河段的选择：调查河段应具有一定数量的洪痕，便于推算洪峰流量。

（2）历史洪水成因的甄别：一般大致可以分成溪河暴雨洪水、壅高洪水、山体崩塌洪水、泄洪洪水、溃决洪水、综合洪水。

（3）历史洪水发生时间的调查：一般可以根据洪水资料考证；从访问中了解洪水发生的时间，通过对沿河村落老人的走访调查，还可结合历史上发生的较大事件或群众记忆深刻的事情推算；根据石刻、传说、文物记载、庙宇、建桥等碑文调查远期洪水发生的时间；分析邻近河流的历史洪水确定。

（4）洪痕的调查与确定：一般通过对自然物的观察或走访指认确定。在一河段中，一般应调查同一场次洪水3个以上的洪痕，连成洪水水面线，以便与该河段中低水位水面线和河床纵断面相比较，从而判断其合理性。洪痕经现场访问调查之后，应对其可靠性作出评价，分为三级，即“可靠”，“较可靠”、“供参考”。见表1。

（5）洪水过程调查：理想的状况是获得洪水全部过程，但实际调查中很难获得，在这种情况下，应至少弄清楚该场洪水是单峰还是复峰、干支流洪水的主要来源、洪水持续时间、峰现时间等要素。

（6）雨情与暴雨调查：山洪灾害调查区域一般雨量站稀少，已有的观测记录，不能完全反映暴雨的时空分布。近年来中小河流建设、山洪灾害预警建设，各区域布设了部分雨量观测站点，对暴雨的观测有了很大改善。山区暴雨受局部地形影响，区域差异大，现有观测站点对于短历时暴雨、局部性的暴雨仍不能完全控制，有的还可能存在观测误差。山洪灾害暴雨调查包括无观测站区域暴雨量的调查和观测资料的复核。

（7）河道与断面情况调查：包括影响过水面积、水面比降及河床糙率变化的各项因素。

3 历史洪水调查计算

3.1 洪水水面线调查

洪水水面线调查对研究致灾洪水有非常大的意义，也是历史洪水调查的重要内容。实际调查中，山洪灾害分析评价对象所在小流域一般由于洪水影响范围有限，即使发生了大洪水，由于时间久远，也很难获得较可靠的洪痕资料，或通过调查历史洪痕所得部分水面线明显不合理。有些小流域由于水库、堰、闸、水电站等人类活动影响，流域特性发生很大变化，或由于沿河两岸堤防、公路等的修建，断面变化非常大，历史洪水水面线已经不能反映现实情况下发生大洪水的水面线。山洪灾害历史洪水调查不能一味求高，应根据流域特性和人类活动影響情况，选择可靠程度较高、近年来发生的洪水水面线进行有针对性地调查，这样更符合大部分沿河村落山洪灾害调查的实际。

可靠且代表性好的洪痕点是确定水面线的主要依据，在确定水面线之前需对每个洪痕点的可靠程度和代表性作出评价。在内业绘制水面线时，切忌通过点群中心定线，而应以水位可靠、代表性好的点为主要依据。

3.2 洪峰流量计算

洪峰流量的计算方法主要有水位流量关系法、比降面积法、水面曲线法、水力学公式法和模型试验法等方法，计算时应根据洪痕调查结果及河段水力特性，合理选用。

（1）水位流量关系曲线法。当历史洪痕位于水文站断面附近，或离水文站虽有一定距离，但其间无较大支流加入且又有条件将调查洪痕搬移到水文站断面时，可根据情况延长实测的水位流量关系曲线，并用来推求洪峰流量。

（2）比降面积法。天然河道的水流可分为恒定流和非恒定流两种流态，山洪灾害所调查的河道洪水基本属于非恒定流，但山区河流水位流量关系呈单值关系或带幅较小的绳套曲线关系，出现洪峰时也出现最高水位，在洪峰流量出现时常保持一个短时间不涨不落的相对稳定状态，可近似认为是恒定流。恒定流又分为均匀流和非均匀流，天然河道的水流一般为非均匀流，但对较长的顺直河段，河道断面过水面积变化不大，各断面流速相近，能坡线与水面线近于平行，可以用水面线代替能坡线，按均匀流将水面比降带入曼宁公式进行流量计算。

（3）水面曲线法。如果调查的河段较长，而洪痕不足，且由于各段河底坡降及横断面的变化，洪水水面线较为曲折，不能由调查的少数洪痕点连直线来确定水面比降，此种情况下需用水面曲线法推求洪峰流量。水面曲线法推求洪峰流量的基本原理与比降面积法一样，均基于伯努利能量方程式。

式中：-上、下斷面的水位（m）；-上、下断面的流量模数；

（4）其他方法。在洪水调查河段下游若有控制断面，如瀑布、石梁、急滩、陡坡等，使河道底坡在此断面以上小于临界底坡，在此断面以下大于临界底坡时，则在底坡的转折点处将发生临界水流，此时可用临界流公式推求流量。河道断面束窄形成卡口或在桥孔之处，由于流速增大使水面降低，有一部分位能转化为动能，这时可以根据束窄河段上下游水位差计算卡口的流速，从而求得流量。如在洪水调查河段有堰坝，或者估算两侧堤防决口洪峰流量时，可根据水力学公式估算。

3.3 重现期估算

对于中小流域，可以采用以下几种方法确定历史洪水重现期。

（1）调查到的历史洪水如果从发生年份至今为最大洪水，可将发生年份到调查时的年份数作为重现期。

（2）当历史洪水发生年份距现在较近，采用上述方法确定的重现期往往偏小，此时应尽量通过调查、历史文献考证、与邻近地区（流域）对比等方法，向前追溯。

（3）在N年调查考证期中，有一个近年发生的历史洪水与其它（a-1）个历史洪水在数值上不相上下，它在N年连续顺位的序位可在（1-a）的范围内，此时可采用平均序位，即：

其重现期 为：

例如，N=100年，调查到的某年洪水与其它三次（即a-1=3）洪水不相上下，则该年洪水重现期为：

3.4 成果合理性检查

根据洪水成因分析、地理因素的影响，洪水在地理上的变化是有一定规律的。可以通过面上得出的概念来对一个局部地区的调查资料进行合理性评价，但同时要注意局部的自然因素和人类活动的影响，可能使某些地区具有特殊性。特别是山区洪水研究对象多处于集水面积非常小的流域，其成果往往有特有的洪水成因条件，与面上成果有时有差异性。因此，合理性检查和综合分析，仅仅是发现问题的一种手段，而不能作为修改成果的依据，只有找出其错误的真正原因以后才可以修改。

成果的合理性检查及综合分析，一般有上下游、干支流、邻近地区的相同因素对照比较、绘制Q～F关系图检查、采用洪峰模数检查、利用相关关系检查等几种方法，应用时可视资料情况和要解决的问题性质合理采用。

4 结语

历史洪水调查是收集水文资料的重要方法之一，可以弥补流域面上水文资料不足，是其他水文手段不可替代的。

与其它用途的历史洪水调查不同，山洪灾害调查与分析评价工作中的历史洪水调查不能片面追求历史大洪水、发生时间久远的洪水，应当包括近年及当年的洪水。历史上的特大洪水，可以对设计洪水有很好的指导和校正意义，但一般年代越远，洪痕点据越少，洪水水面比降及糙率值确定困难，且较远历史上发生大洪水时的河道及断面特性与现状河道发生了很大的变化，而这种变化难以还现。近年来发生的较大洪水其洪水位、水面线都比较容易取得，可靠性较高，更能代表现状下的洪水特性，其糙率成果更具现实意义。因此，山洪灾害调查与分析评价工作中历史洪水调查应就准不就高，准确是第一位的，一般以调查与现状流域、河道、断面特性相近的近年较大洪水为宜。

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作者简介：罗倩，女，工程师，主要从事水文分析工作。