历史洪枯水调查结果-水文分析计算与水资源评价

历史洪枯水调查分为现场调查、文献考证及水文考古等方法。由于历史枯水调查与历史洪水调查基本一致，因此，以下重点介绍历史洪水的调查方法。

2.2.1.1　现场调查

历史洪水调查，即为了确定某次大洪水的最高水位、洪峰流量、洪水总量、洪水过程线及其重现期而进行的现场调查和资料搜集工作。通常每发生一次洪水，所遗留的泥印、水痕或其他反映该场洪水的最高水位的标志、刻字等，都是确定最高洪水位的依据。

历史洪水的现场调查系调查人员深入现场，向当地熟悉洪水情况的老居民进行调查，通过他们的回忆掌握洪水发生的情况。对于百年以内出现的洪水，现场访问一般可取得良好的效果。进行历史洪水调查时，主要调查洪水发生的时间、洪水位、洪水过程、断面的冲淤变化及河道糙率有关的各项因素。同时要了解雨情、灾情、洪水来源、洪水主流方向，有无漫流、分流、死水以及流域自然条件有无变化等情况。

（1）调查河段的选定。调查河段的选择是关系到成果质量的重要一环。一个理想的调查河段要求考虑的条件较多，最基本的是具有一定的洪水痕迹和便于推算洪水流量这两个方面。一般情况下调查河段的选择要满足下列条件：①符合调查的目的，如为某工程服务，则应在工程坝址上下游河段展开；②河段较顺直，断面较规则，河床较稳定，控制条件较好，无壅水、回水、分流串沟、较大支流汇入；③避免有修堤、筑坝、建桥、滑坡、塌岸等；④避免行洪水流从缓流到急流，或从急流到缓流的流态变化影响，避免河段有急剧扩散现象；⑤应尽量选择基本站测验河段和有较多洪痕的居民点附近。

（2）历史洪水发生时间的调查。洪水发生的年份和日期，可通过以下几种途径获得：

1）从访问中了解洪水发生时间。沿河居住的一些老人，由于其生产生活与洪水密切相关，往往可以提供洪水发生的准确时间。当地居民一时说不清楚洪水发生的具体时间时，此时可结合历史上发生的较大事件或最易记忆的事情推算。

2）从传说、题刻、文献记载中了解洪水发生的时间。主要通过民谚、传说，岩石刻字、壁字，庙宇、建桥等碑文中了解。

3）从当地居民的账本、日记等了解。

4）从历史文献资料中考证。

5）分析邻近河流的历史洪水日期确定。

（3）洪水痕迹的确定。河道内每发生一次洪水，洪水痕迹是确定最高水位、绘制洪水水面线和计算洪峰流量最直接的依据。洪水痕迹的调查可从以下3个方面进行：

1）依靠了解情况的群众指认洪痕。

2）根据群众所提供的线索，同当地居民一道讨论、查找。

3）调查人员可以根据了解的情况到现场寻找和辨认。洪水痕迹的确定应符合以下规定：①当地居民指认后经现场核实、分析判断，洪水痕迹应明显、固定、可靠和具有代表性；②采用比降面积法推流时，不得少于2个洪痕点，采用水面曲线法推流时，至少有3个以上洪痕点；③遇有弯道，应在两岸调查洪痕点；④洪痕点确定后以红漆做临时标记，重要的洪痕点埋设永久标志物。

（4）洪水调查的测量。测量是洪水调查的基本工作，内容包括：①重要洪痕高程，按四等水准测量，其他洪痕采用五等水准测量；②被采用的洪痕点处，均应施测大断面；③调查河段应进行简易地形测量并注明各洪痕点位置；④绘制河底中泓纵剖面图，并注明洪痕水面线和测时水面线。

（5）洪峰流量的推算。洪峰流量的推算，可采用以下方法：

1）调查河段附近有国家基本水文站，区间无较大支流加入，而又有条件将调查洪痕移至基本站断面时，可用水位流量关系曲线高水延长法。

2）调查河段顺直、洪痕点较多、河床稳定时，可用比降-面积法推算。其计算可近似采用稳定均匀流计算公式，即

式中：Q为洪峰流量，m3／s；n为河道糙率；A为洪痕高程以下河道断面面积，m2；R为水力半径，m；I为水面比降。

3）调查河段较长，洪痕点分散，沿程河底坡度和横断面有变化，水面线较曲折时，可用水面曲线法推算。流量推算由下游断面起向上游断面逐段推算水面曲线，水位按式（2.2）计算：

式中：ZU、ZL为上、下断面水位，m；Q为洪峰流量，m3／s；VU、VL为上、下断面平均流速，m／s；α为断面扩散系数，若VU＜VL，α＝0；VU＞VL，α＝0.5；L为上、下断面间距，m；g为重力加速度，m／s2。

4）调查河段下游有急滩、卡口、堰闸等良好控制断面时，可用相应的水力学公式推算。在急滩处，当河段底坡的转折处发生临界水流时，可用式（2.3）推算洪峰流量：

式中：AC为临界水流处的过水断面面积，m2；BC为临界水流处的水面宽，m；α为动能校正系数，渐变水流常数取1.05～1.10；SC为河床临界比降；S上、S下为断面以上或以下的河床比降；RC为临界水流处的水力半径，m。

在桥孔或河道断面束窄，形成河段上下游水位落差时，可用式（2.4）推算洪峰流量：

对于较窄的桥孔，所得流量应乘以侧收缩系数ε，一般取用0.85～0.95。ε的计算式为：

式中：h为计入行近流速的水头，m；B为桥（闸）孔宽，m；β为桥（闸）墩或边墩首部形状的影响系数。

5）当特大洪水的洪痕可靠，估算要求精度较高时，可设立临时测流断面测流，并据以分析历史洪峰流量，或采用模型试验的方法推算。

（6）洪水调查资料的整理。洪水调查资料的整理一般分为现场整理和调查成果的整编两步。现场整理就是现场调查过程中边访问、边整理、边分析。大量事实证明，这样有利于提高成果质量，避免返工。现场整理资料的内容及一般要求为：①访问记录要及时整理，对当地居民介绍的水情、雨情、灾情以及河道特性等方面的主要情节要落实；②所有的测量记录要做到随时观测，随时计算，并标明测量路线示意图及附加必要的文字说明；③从调查点的可靠性和代表性进行分析评定，对突出点要分析偏离的原因，如原因不清楚，应立即复查；④对调查资料和计算成果进行分析，如发生洪水的年份和日期是否可靠；降雨时间与洪水出现的时间是否相应；调查期内的大洪水年份有无遗漏；洪水的大小顺序关系是否合理；计算的洪峰流量、洪量是否偏大或偏小等，均需要进行现场整理。

现场调查工作结束以后，以一个调查河段为单元，将本次及历次的调查成果进行系统、统一的整编，方法是以图和表的形式把历次调查的资料综合在一起。其主要的图表包括：

1）调查、整编情况说明表。该表是一张综合说明表，用来说明现场调查情况、流量计算以及对调查成果的综合评价等内容；

2）洪枯水痕迹和洪枯水情况调查表。主要填写调查编号、所在位置、距调查断面距离、高程可靠程度、指认人、调查单位和时间以及指认所述情况；

3）流量计算成果表。填写经过整编后最终采用的流量数值、计算流量所采用的方法、有关参数采用情况及成果精度；

4）调查河段简易地形图或平面图；

5）调查河段的纵断面图；

6）调查河段的横断面图。

洪水痕迹可靠程度的评定，可参照表2.1进行。

表2.1　洪水痕迹可靠程度评定表

（7）成果合理性检查。洪水调查资料，受历史洪水条件的限制，不确定的因素较多，各项计算参数不可避免会包含或大或小的误差。对计算成果，需要通过多种途径进行合理性分析，若发现问题，再从水力因素、断面变化以及河道特征等方面分析原因，提高计算成果的精度，避免错误。合理性分析，包括对上下游、干支流河段洪峰流量、洪水年份、洪水序位之间进行对照分析，检查各河段之间的成果是否协调；根据历史文献雨情、水情记载，对照洪峰模数空间分布是否合理。这种检查和分析，只是作为发现问题的一种手段，不能作为改正数据的依据。

2.2.1.2　文献考证

百年以外的洪水，亲身经历的老人已经极少，现场访问受到限制。因此，远期的洪水调查，必须结合文献考证进行。

（1）历史文献、文物资料搜集。有关洪水的记事均散见于各种史籍之中，归纳起来可分为：地方志类，宫廷档案和实录类，河道水利专著、史书类，历史洪水气象记录、碑文刻记以及有关的文史档案资料，其他散落于民间的诗文、手稿、日记、账本以及歌谣等。由于上述各类文献，它本身所包括的内容是多方面的，其中涉及洪水的只占极少的一部分，因此，对搜集的资料应在一个河段或一个流域进行较为系统的摘录。摘录的内容包括雨情，洪水及灾情的记载，与洪水有关城池、古建筑的沿革和历史，河道、植被、地貌的变化。文献摘录出来的材料，一般是根据历史编年的顺序，为便于检查资料中可能存在的问题，分析比较洪水的大小，宜将不同地点所搜集到的材料，按年份加以汇总。

（2）历史资料的审查和考证。目前所能搜集到的文献资料，来源比较庞杂，记载体例不尽相同，措词用语也不严格，有些还掺杂一些神怪迷信，都影响到记载的真实性。地方志中的材料，有的采自民间传说，有的转录于其他史书，不完全是当时、当地实际情况的实录。因此，应进行审查考证，对历史文献资料进行甄别。检查可从以下几个方面进行：

1）鉴别记载是否有误抄情节。可将同一年的记载，从面上进行比较，若行文措词大同小异，或者完全相同，很可能同出一源，就需查明源自何处。

2）来源不同的资料对比。对于来源不同的材料，行文、体例、内容都可能不尽相同，但可以从洪水情节、受灾轻重等进行对照比较。如果发现矛盾，应尽可能搞清楚其原因，然后决定取舍。

3）注意版本问题。在研究历史资料时，对于地方志的编撰年代，往往容易忽视，对材料的可信程度、记载是否中断，都应当同版本的编撰年代联系起来考虑，一般相距洪水最近的版本较为准确，后出的版本可信性就不如前期版本。

4）一般实物指标是根据洪水冲毁或浸淹古建筑物的记事来权衡水位的高低，因此要弄清楚该建筑物的变迁史，同时，还要弄清楚河道地貌的变化，订正古今地理名称。

（3）历史洪水的分析考证。为满足水利水电规划设计的要求，历史洪水分析、考证，主要着眼于“特大洪水”，分析的内容主要包括洪水的量级。历史资料中，如果有具体的水深、洪水淹没高程的记载，最高洪水位的确定则不是很困难；若缺乏明确、具体的水位记载，倘能利用建筑物的淹没、冲毁情节，判断最高洪水的可能范围，也很有价值。但大量文献记载属于定性描述，不可能作出定量分析，只能根据洪水的大小粗略地加以分级。一般洪水等级的划分通过以下几个方面比较：①从水情方面比较；②根据建筑物淹没破坏的程度比较；③根据受灾的范围来比较。通过以上分析，对每年洪水的大小，可以将历史洪水进行分级。洪水分级不宜太细，一般分为特大洪水、大洪水和一般洪水三级，若遇有个别罕见洪水，为区别数量稍多的特大洪水，可视情况再增加一级“非常洪水”。表2.2为某站历史洪水分级定量指标。

表2.2　某站历史洪水分级定量指标

文献论证中只能对历史洪水作粗略的定性分析，只有结合现场调查和实测洪水特性综合分析，方能对特大历史洪水进行定量分析，如确定量级、序位等。

2.2.1.3　水文考古

现场调查，一般只能获得一二百年的历史洪水资料，通过文献资料的查证，则可以了解近五六百年大洪水情况，要了解更为久远年代的历史，水文考古便是其中的方法之一。

水文考古是将历史文物、遗址、古迹与水文现象联系起来，主要从历史洪水的石刻题记，沿江与洪水有关的建筑物遗存如古城址、古庙、古塔的修建兴废历史，来研究洪水的大小及其重现期。从古代淤积物质、古墓葬的考察和挖掘来研究河道、江心洲的淤积和变迁史。水文考古研究的年代可以从数百年追溯到千年，甚至更远的年代。如在三峡工程规划设计中开展的重庆—宜昌河段的水文考古，从沿江大量的洪水石刻题记中初步查实了宋绍兴二十三年（1153年）以来洪水题记100多段，其中关于同治九年（1870年）特大洪水的题记就有83段，证明1870年大水为1153年迄今的最大洪水。

2.2.1.4　古洪水研究

近年来根据古代特大洪水平流沉积物的深入研究，发现洪水表面的漂流物在平流时因退水而停留或沉积于河流两岸的水流停滞处所（如洞穴、凹壁、支流回水末端等），这些沉积物若未经污染，则可通过测定所含样品中有机物的14C放射性强度，按衰变原理推算洪水事件的发生年代。

例如在三峡坝址古洪水研究中，通过在三峡坝址上下游60余km河段的两岸进行查勘，并根据沉积环境与堆积剖面特征，选定其中92个查勘点采取样品，并经14C测年大部分在距今8000～4000年左右，有27个样品的年龄值在距今3000年以内，且仅有6个样品为较可靠的古洪水沉积，其余的经综合分析为非冲积成因的其他类型堆积。经进一步分析，距今2500年至今为晚全新世，气候温凉偏干与现代相近，而距今2500年以前其气候条件与现代不一致，为满足统计样本一致性要求，选择3000年以内6个沉积性样品代表的古洪水沉积有较重要的实际意义。经测定6个样品所在高程得知，在晚全新世内的2500年中以1870年洪水最大，其余的古洪水均未超过1870年，但不能肯定在距今841～2500年间没有遗漏这样量级的古洪水，因此，这些洪水不宜直接在2500年内统一排队和计算参数，只是将首大的1870年历史洪水作特大值处理，其考证期由840年提高到2500年。

历史枯水调查与历史洪水方法基本一致，亦分为现场调查和文献考证两种方法。①由于特枯水出现的时间较短，因此只有当河流发生历年最低、次低水位、流量时，才能进行枯水调查工作；②历史枯水文献考证主要与通过洪水文献考证相同的史籍中关于旱灾的描述，用历史上发生的重大事件，群众中最易记忆的事件，与调查的枯水资料比较判断，分析枯水发生的时间、枯水最低水位或最小流量、河水断面情况等。