中国西北地区洪水调查研究_刘进琪牛最荣著.pdf

责任编辑：肖林霞装帧设计：王林强中国西北地区洪水调查研究刘进琪牛最荣著甘肃人民出版社出版发行（730030兰州市读者大道 568 号）兰州大众彩印包装有限公司印刷开本 710 毫米1020 毫米 1/16印张 21插页 2字数 333 千2012 年 9 月第 1 版2012 年 9 月第 1 次印刷印数：11 000ISBN 978-7-226-04329-5定价：48.00 元图书在版编目（C I P）数据中国西北地区洪水调查研究/刘进琪、牛最荣著.-兰州：甘肃人民出版社，2012.8ISBN 978-7-226-04329-5.中.刘 牛.洪水调查研究西北地区.P331.1中国版本图书馆 CIP 数据核字（2012）第 195893 号前言抵御洪水是人类社会与自然灾害抗争的永恒主题。相传在 4000 多年前的尧舜时代，黄河流域发生了大洪水。尧命崇地伯鲧领导治水。鲧用“障水法”，历时九年未能平息水患。舜即位后，命鲧子禹继续负责治水。禹总结了其父治水失败的教训，改以疏导为主，利用水向低处流的自然趋势，疏通了九河，平息了水患。“导河积石，至于龙门，南至于华阴，东至于底柱，又东至于孟津。东过洛汭，至于大伾，北过降水，至于大陆，又北播为九河，同为逆河，入于海。”（尚书禹贡）这段记载，就是夏禹治河活动。新中国成立后，我国开展了大规模的兴利除害的水利建设工作，在保民生、兴水利、防水害方面做出了历史性的伟大事业。经历了 1998 洪水之后，经过十多年的新一轮的防洪工程建设，使我国大江大河抵御洪水的能力进一步提高。然而，局部暴雨洪水造成的灾害却频繁发生，2010 年 8 月8 日甘肃舟曲发生了震惊世界的特大山洪泥石流灾害，给当地人民生命财产带来巨大损失。局部暴雨洪水已经成为当前我国乃至全世界社会发展中面临的主要问题之一，研究局部暴雨洪水，认识其发生发展规律，对于有效地开展防灾减灾、生态环境保护、涉水工程建设都具有实际的经济意义和深远的社会意义。在本书的研究编制过程中，新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等省区水文水资源部门提供了大量的资料。水利部兰州水电勘测设计研究院、铁道部第一勘测设计研究院、水利部西北水电勘测设计研究院、甘肃001省水利水电勘测设计研究院、甘肃省电力设计研究院、甘肃省水电工程局等多家工程设计研究单位均提供了相关的资料。中国科学院刘昌明院士给予了全面指导，并高度评价本书提出的面频率概念解决了洪水设计频率计算中的“红灯高挂”的世界难题。在此，对参与和提供帮助的以上单位和个人一并表示感谢。作者2011 年 12 月002第一章概!论0011.1 研究背!景0021.2 目的意!义0021.3 拟解决的关键技术问!题0031.4 国内外研究进!展004第二章研究方法与技术路!线0082.1 研究区基本概!况0082.2 技术路!线009第三章历史洪水调查研!究0113.1 基本资!料0113.2 最高洪水位和洪水水面线分析研!究0133.3 断面冲淤变化规律分析和历史洪水过水断面复!原0193.4 河道糙率分析研!究0213.5 洪峰流量合理性分析检!查023第四章定点洪水调查研!究0274.1 定点洪水河段确!定0274.2 定点洪水的调查计算方!法0284.3 洪痕（洪水水面线）合理确!定0294.4 河道糙率分析研!究0304.5 定点洪水调查河段洪峰流量频率分!析031目录CONTENTS0014.6 成果合理性分!析033第五章动点洪水调查研!究0375.1 动点暴雨洪水的一般特!点0375.2 暴雨中心位置调查与确!定0385.3 洪峰流量地区组!成0455.4 洪水灾害调查评!估0465.5 洪水重现期确!定047第六章最大洪峰流量地区分布研!究0486.1 调查最大洪峰流量量!级0486.2 最大洪峰流量地区分布研!究0486.3 洪水面频率概!念0516.4 历史调查洪水频率确!定052第七章主要成果及创新!点0597.1 主要成!果0597.2 主要创新!点077第八章主要技术指标先进性和推广应!用0798.1 主要技术指!标0798.2 成果的应用和经济效!益0808.3 推广应用前!景0818.4 对行业科技进步的贡!献081附表 1定点洪水调查河段洪峰特征参数统计!表085附表 2动点洪水调查河段洪峰特征参数统计!表112002第一章概论我国西北干旱区是局部暴雨洪水多发区，局部暴雨洪水成为威胁人民生命财产安全的严重自然灾害。据调查，我国西北干旱区，每年都发生数百次的局部暴雨洪水灾害，造成的死亡人数多达数千人，人民财产损失巨大，有的地方农村居民因发生局部暴雨洪水灾害而瞬间倾家荡产、流离失所。局部暴雨洪水也造成了水土流失和多种生态环境问题，其对生态环境的破坏程度非常严重。1976 年开始，原甘肃省水文总站就开始了定点洪水和动点（局部暴雨）洪水调查研究工作，在全省范围内设立定点洪水调查河段 202 处，调查历史洪水和每年的最大洪水。与此同时，对当年发生的超纪录暴雨洪水，及时组织人员进行面上的动点暴雨洪水调查。这种捕获洪水的技术方法，在西北各省区逐步被采纳，得到广泛的推广应用，并且应用至今，获得了很大的成功。本书通过对分存于各省（区）各部门洪水调查资料的挖掘、整理、分析、研究，归纳提出我国西北干旱地区的洪水捕获技术方法，洪水分布规律；建立不同自然地理条件下的洪水计算模型。研究成果对于各类建设项目提供了很好的洪水设计方法，特别是对于无资料地区开展工程水文设计提供了很好的科学依据。第一章绪论001中国西北地区洪水调查研究1.1 研究背景2010 年 8 月 8 日凌晨，距离舟曲县城几公里外的山区突降暴雨，由暴雨直接诱发的特大泥石流滚滚而下，冲进了沉睡中的舟曲县城。这场特大山洪泥石流灾害共造成 1501 人遇难，264 人失踪。局部暴雨洪水在给人民生命财产造成严重危害和损失的同时，也造成了水土流失等多种生态环境问题。我国北方特别是西北干旱地区为了解决干旱缺水问题，多年来在主要江河上兴修了众多的引水、蓄水和提水工程，加之梯级中小型水力发电站的兴建，大量河水被截引，对大面积的暴雨洪水产生了充分的调蓄和多级控制，已经很难形成有实质性的洪水灾害。但是，局部小面积暴雨洪水往往缺乏控制性工程，也没有水文监测站点，很难得到有效控制和预防，已经成为我国西北干旱区最主要的洪水灾害形式。开展局部暴雨洪水灾害的研究与防治，是一项非常紧迫且十分重要的工作。1.2 目的意义洪水调查是指对尚无水文观测资料时期和地区发生的大洪水，通过野外实地调查、考证的途径获得洪水资料信息，包括洪水发生的时间、洪水痕迹标志等，从而推算最高水位和过水断面，并运用水文学和水力学的原理方法估算出洪峰流量。我国有悠久的历史文化，开展历史洪水调查、局部暴雨洪水调查研究具有得天独厚的有利条件，在江河湖泊水域附近还可以发现众多的历史洪水题刻、碑文。多数河流可以调查到近几百年或更远历史时期的大洪水。我国水文观测资料年限不长，一般只有 40 年左右的观测资料，特别是西北地区绝大多数河流上没有设立水文监测站，无法获取水文资料，在工程设计中缺乏水文依据。因此，原甘肃省水文总站于 20 世纪 70 年代期，创造性地开展了覆盖全省多数河流的大规模定点洪水调查工作，积累了一定系列长度的洪水调查资料和经验。大量实践表明，在工程设计洪水分析计算中，历史洪水、定点调查洪水和动点洪水调查对提高设计成果质量起着关键作用。002在我国水利水电工程设计洪水计算规范中，明确规定“进行水利水电工程规划设计时，不论采用何种方法计算设计洪水，都必须进行历史洪水的调查和考证”。历史调查洪水、定点调查洪水、动点洪水调查已经成为科学认识洪水发生的自然规律、正确进行水利水电工程设计、有效治理江河和其他建设不可缺少的基本资料。历史洪水、定点洪水、动点洪水的调查研究不仅是工程设计规划建设的需要，而且对于抢救、挖掘历史资料具有十分迫切的需求和重大的意义。我国西北干旱区的甘肃、宁夏、青海、新疆、内蒙古、陕西等省（区），从 20 世纪 70 年代开始，开展历史洪水调查、定点洪水调查和动点洪水调查工作，积累了大量的洪水资料，这些资料和调查成果在国民经济建设中发挥了重要作用。然而，由于定点洪水调查与动点洪水调查成果始终没有纳入正式的水文资料刊印的范畴，这些成果资料均以原始记录的形式，被分别存放在各省区水文局的不同部门和各个基层局，不仅不能够充分发挥其社会作用，而且有随时被丢失和损坏的可能。因此，收集整编定点洪水调查与动点洪水调查资料，将历年的调查研究成果加工提炼出来，综合归纳在流域的空间层面上，充分发挥洪水调查研究成果的作用，为国民经济建设服务十分必要。同时，充分利用调查资料与成果，开展我国西北干旱区局部暴雨洪水的分析研究，归纳提炼出局部暴雨洪水的区域分布规律，建立不同地理条件下的洪水计算模型，分析研究暴雨洪水灾害防治措施，对于各类涉水工程建设，对于开展水土保持、生态环境保护等工作具有重要作用。将多年积累的宝贵调查成果，研制成具有广泛应用价值的科学成果，对于有效开展防灾减灾，构建人与自然和谐相处的社会，都具有重要的现实意义和深远的历史意义。1.3 拟解决的关键技术问题为了加强山洪预警预测技术研究，尽快收集整编定点洪水调查与动点洪水调查资料，研究制定统一的汇编格式并刊印成册，并充分利用这些珍贵稀缺的水文资料与调查成果，开展我国西北干旱区局部暴雨洪水分布规律研究，建立不同地理条件下的山洪预测模型，分析研究暴雨洪水灾害防第一章绪论003中国西北地区洪水调查研究治措施，需要努力解决以下几个关键科学问题。（1）收集干旱区各省区历年定点洪水调查、试验资料，分别对定点洪水调查和局部暴雨洪水调查原始记录进行分析研究和加工整理。制定统一的汇编格式，汇编和刊印定点洪水调查与局部暴雨洪水调查成果。（2）分析和率定相似河道洪水计算参数，确定不同河道调查洪水计算模型。（3）编制各定点洪水系列，分析计算洪水频率及其概率分布参数。（4）对研究区按照降水量进行等级划分，可分为三个级别区，分别为：特别干旱区（降水量在 0100mm 之间）；干旱区（降水量在 100300mm 之间）；半干旱区（降水量在 300500mm 之间）。（5）分析计算点暴雨分布概率，研究点暴雨在不同分区空间分布规划及区域面分布频率。（6）分析计算各分区的洪水分布及不同频率的洪水分布规律，分析研究点暴雨洪水与流域形态的关系，建立洪水要素与流域特性参数的模型。（7）分析研究洪水灾害种类、灾害程度及灾害预警、防治措施。1.4 国内外研究进展1.4.1 可能最大降水/可能最大洪水PMP/PMF 方法为美国于 1939 年正式提出，中国 1958 年在长江三峡工程开始引进，19721973 年在黄河三门峡至花园口地区结合中国实际应用取得成功，随即在全国推广。1975 年淮河大水后得到大发展。近 10 余年来，中国在这方面的研究取得了长足的进展，主要体现在 1999 年出版的专著 可能最大暴雨和洪水计算原理与方法。该书全面系统地总结了中国1958 年以来在 PMP/PMF 方面的生产实践经验和研究成果，同时详细介绍了作者一系列新的独特见解，反映出中国 PMP/PMF 的最新水平。2000 年，世界气象组织（WMO）决定由王国安主持修订其 PMP 估算手册（第 2版），2004 年，修订完成 PMP 估算手册（第 3 版），使中国的 PMP/PMF 理论和实践，能以最权威形式（WMO 技术性指导文件）全面系统地走向世界。0041.4.2 暴雨频率分析中国的暴雨频率分析方法与洪水频率分析方法相同，只是在绝大多数情况下，没有特大值的处理问题。2006 年出版的由王家祁、张建云主编的中国暴雨统计参数图集，汇集了迄今为止中国暴雨方面最全面、最系统的资料和研究成果，也是近半个世纪以来中国关于暴雨统计特征研究的最重要的总结性成果，具有广阔的应用前景。它利用现代编图技术和工具，分析了中国迄今为止 2 万多个测站 10min，60min，6h，24h 和 3d 共 5 种标准历时的暴雨统计参数，并分析