南京水利科学研究院

1. 中国历史大洪水调查研究 张建云 南京水利科学研究院 2010年11月2日

2. 汇报提纲 一、项目的研究背景 二、研究的关键技术 三、成果和技术创新 四、研究成果先进性 五、科技进步的贡献

3. 研 究 背 景 我国特殊的地理条件 • 特殊的地理位置 • 特有的地形条件 • 特殊的气候特点 （热带到寒温带） 太平洋水汽 印度洋水汽 西北干旱区 东部季风区 climb 青藏高原区 中国地形 中国气候带分布图 热带

4. 降水量地区分布不均 洪涝灾害突出 <50 50 ~ 100 100 ~ 200 200 ~ 400 400 ~ 600 600 ~ 800 800 ~ 1000 1000~1200 1200~1600 1600~2000 >2000 多年平均降水量/mm 研 究 背 景 中国多年平均降水量图 • 东部季风区： • 人口密集 • 经济发达 • 暴雨频繁 • 洪水量级大 • 洪涝灾害严重 • 中国多年平均降水648mm，降水量时空分布不均 • 我国东部季风区洪涝灾害突出

5. 洪涝灾害是中华民族心腹之患 地震 洪 水 其 它 暴风雨 研 究 背 景 世界灾害统计 20世纪90年代以来各国洪涝损失占GDP比例 （慕尼黑再保险公司统计 ） • 2000多年历史资料统计：中国平均每两年发生一次较大洪水 • 洪涝灾害对经济社会发展产生深远影响 • 洪涝灾害威胁着中华民族的生存和发展，为中华民族心腹之患

6. 研 究 背 景 我国洪涝灾害频发　灾害损失严重 1931年大水时的武汉关 换为《中国水旱灾害启示录》p284 生死牌洲湾 1998长江全流域特大洪水 • 干支流洪水遭遇恶劣，洪水位高，中下游及两湖水位多次突破历史最高；干流荆江超过54年最高水位0.55～1.25m • 洪峰接连出现，高水位持续时间长；干流宜昌8次洪峰，沙市至九江超警戒水位54～97天 • 死亡1562人，直接损失194亿元 “大船若蛙，半浮水面，小船如蚁，漂流四周”——《国闻周报》 武汉三镇，平地水深丈余，陆地行舟，瘟疫流行，受淹时间长达133天

7. 研 究 背 景 我国洪涝灾害频发　灾害损失严重 1931年长江大水： 长江中下游及淮河流域的湘、鄂、赣、浙、皖、苏、鲁、豫8省受灾严重，受灾县市672个(约占全国1/3），受灾农田1.46亿亩(耕地面积的28%)，死亡36.45万人，直接经济损失20.8亿银元 1954年长江洪水 受灾农田4755万亩，受灾人口 1888万人，因灾死亡3.3万人，损毁房屋 427.6万间。武昌、汉口被洪水围困百日之久，京广铁路一百天不能正常通车 ………… 1998长江全流域特大洪水 洪峰次数多、洪峰水位高、持续时间长，耕地成灾面积4002万亩，倒塌房屋81.2万间，死亡1562人，直接经济损失194亿 2003年淮河大水 淮河发生了新中国成立以来仅次于1954年和2007年的第三位流域性大洪水 ………… 二十世纪以来多次发生特大洪水

8. 研 究 背 景 我国洪涝灾害频发　灾害损失严重 6月21日傍晚，江西抚州唱凯堤发生决口，威胁下游5个乡镇14.5万人、京福高速公路、316国道以及12万亩粮田的安全！ 江西抚州：唱凯堤溃决 8月7日23时 ，甘肃舟曲40min暴雨97mm（年均436mm），8日凌晨，汹涌的泥石流倾泻而下，发生新中国成立以来最大的泥石流灾害，夺去1000多名同胞生命，150万m3岩石等杂物堆积在白龙江形成堰塞湖，舟曲县城被淹23天！ 甘肃舟曲：白龙江泥石流 7月28日，吉林永吉682个自然屯遭遇特大洪灾，几十座中小型水库严重损毁、多数桥梁、公路和铁路垮塌，县城防洪工程全部被毁，全县28.47万人、直接经济损失高达52.7亿元。 吉林永吉：特大洪灾

9. 研 究 背 景 我国洪涝灾害频发　灾害损失严重 海南琼海：最大日雨量702mm 破历史极值 海南文昌：9月30日～10月8日 暴雨1754mm 受持续暴雨影响，海南省多地受灾，部分水库大坝出现险情 逾700个村庄被淹，万宁10万人被困，部分市县严重内涝

10. 研 究 背 景 我国洪涝灾害频发　灾害损失严重 板桥大型水库溃决 下游遂平县一片汪洋 七五·八淮河上游特大洪水 • 1975年8月淮河上游发生特大洪水 • 板桥、石漫滩两座大型水库溃决 • 29个县市1000多万人口受灾 • 1700多万亩耕地被淹 • 官方死亡人数达26000多人 • 京广铁路冲毁102公里，中断行车18天、影响行车48天！ 看！平原洪水位

11. /（ m³/s ） 1976年复建设计频率曲线 1973年复核频率曲线 研 究 背 景 75.8大水引起设计洪水问题的广泛反思 • 工程设计标准问题？ PMP/PMF • 设计洪水计算方法？ 实测系列短，缺历史大洪水 板桥水库洪峰流量频率曲线 千年一遇洪峰流量：4230 m³/s （1955年，未考虑历史洪水，设计用） 13680 m³/s （1973年，复核考虑历史洪水，未采用） 13950 m³/s （1976年，复建） 实际最大洪峰流量：13000 m³/s （1975年8月发生）

12. 历史洪水在设计洪水中作用 研 究 背 景 防洪标准 实测洪水 稀遇历史大洪水 设计洪水 工程规模和投资 稀遇历史大洪水的确定 是设计洪水计算的关键

13. 研 究 背 景 75.8大水引起设计洪水问题的广泛反思 1976、1978年水利电力部发文：在全国范围开展历史洪水调查研究 1976年9月（36号）：要求全国水利部门和流域机构，组织有关单位对已有历史洪水资料进行汇集、分析整编，尽快刊印成册 1982年（1号）： 函发《全国调查洪水资料编辑工作大纲》，明确由南京水文研究所负责技术指导和组织编辑工作 1978年8月（136号）： 进行各地洪水调查 和文献资料的整理、 审查和汇编工作， 全国调查洪水工作 正式启动

14. 主要参加单位 南京水利科学研究院（南京水文所） 水利部水文局 国家防汛抗旱总指挥部办公室 水利部水利水电规划设计总院 长江水利委员会水文局 黄河水利委员会勘测规划设计院 淮河水利委员会勘测设计院 珠江水利委员会 海河水利委员会 北京勘测设计研究院 天津勘测设计研究院 东北勘测设计研究院 华东勘测设计研究院 中南勘测设计研究院 西北勘测设计研究院 成都勘测设计研究院 昆明勘测设计研究院 29省（市、自治区）水文局（总站）、（勘测）设计院 历时30余年、先后900余人参加

15. 汇报提纲 一、项目的研究背景 二、研究的关键技术 三、成果和技术创新 四、研究成果先进性 五、科技进步的贡献

16. Z Q 关 键 技 术 历史调查洪水确定方法 1、水文学方法 （有实测资料） 2、水力学方法 （无实测资料） 推算调查洪水需要确定： 过水断面形状；水深（最高洪水位）（水文学、水力学） 断面湿周；洪水比降；糙率系数（水力学）

17. 关 键 技 术 主要关键技术和技术途径 调查研究成果 质量控制 体系 调查研究内容 关 键 技 术 • 洪水题刻考证 • 洪痕指认 • 文献分析 • 淤沙面分析 最高洪水位 分析 合理性 分析 最高洪水 位H 和 水面比降 J 水面线推算 过水断面面积(A)推算 • 河床平均淤积 • 速度分析 • 河床探孔 • 14C分析 洪水过水断面形状推算 洪峰流量Qm 合理性 分析 断面平均流速(v)推算 • H~n关系分析 • 糙率影响因素 • 分析 河道糙率 推算

18. 关 键 技 术 关键技术（1） 长江万县1870年洪水题刻 新安江建德1682年洪水题刻 洪水题刻 考证 最高洪水位分析 洪痕指认 文献分析 淤沙面分析 长江云阳1870年洪水题刻 共调查到全国洪水题刻3000 余处

19. 关 键 技 术 关键技术（1） 沅水沅陵河段 洪水题刻 考证 最高洪水位分析 洪痕指认 文献分析 一九三五年七月五日洪水涨至字下红记处，全城房屋均被倒塌人口淹死百余，为石门空前之大劫。 淤沙面分析 共调查到全国洪痕资料203000余条

20. 关 键 技 术 关键技术（1） 沅江辰溪历史洪水文献分析 洪水题刻 考证 最高洪水位分析 洪痕指认 文献分析 “文庙官廨尽泛” “北门前水深数尺” • 文庙进水但尚未冲走 • 洪水未越过北门 淤沙面分析 下限30000 m³/s 上限34000 m³/s 30000～34000m³/s 海量的历史文献分析佐证

21. 关 键 技 术 关键技术（1） 龙岩村1843年淤沙面 洪水题刻 考证 三门峡至小浪底河段1843年调查洪水水面线 最高洪水位分析 洪痕指认 高程 / m 文献分析 龙岩村 里程 / km 淤沙面分析 三门峡 小浪底

22. 关 键 技 术 关键技术（1） 洪水水面线 计算断面最高洪水位和水面比降 最高洪水位分析 单河段调查洪水位 调查洪水水面线 最高洪水位H 水面比降 J • 调查点可靠性、代表性检查 • 调查洪水水面线与实测洪水水面线比较 • 多次调查洪水水面线比较

23. 洪水过水断面形状推算 关 键 技 术 关键技术（2） 韩江南宋时期古桥墩遗址 根据一定历史时段内泥沙淤积厚度的资料，推算河床平均淤积速度，进而推算历史洪水过水断面 河床平均淤积速度分析 14C分析 河床探孔

24. 洪水过水断面形状推算 关 键 技 术 关键技术（2） 探孔技术： 利用钻探方法获得不同深度河床质, 根据河床质组成推断历史河床断面 河床平均淤积速度分析 细砂 淤泥 粗砂 沙加卵石 …… 利用探孔技术确定1930年复兴堡洪水断面 14C分析 河床探孔

25. 洪水过水断面形状推算 关 键 技 术 关键技术（2） 14C技术： 通过测定河床质中腐木、骨骼、贝壳等生物体残留物14C含量，确定其年代，进而推断河床断面历史淤积变化 河床平均淤积速度分析 1843年洪水淤沙层 取得树根样品高程132.5 m 14C分析 河床探孔 利用14C分析小浪底1843年洪水断面

26. 关 键 技 术 关键技术（3） 分析断面岸壁特征、河床质组成等对糙率的影响 1 河段糙率推算 林 木 灌 木 浅 草 不同的岸壁组成 粗河床质 中河床质 细河床质 不同的河床质组成

27. 关 键 技 术 关键技术（3） 分析河床几何特征对糙率的影响 2 河段糙率推算 皂市站H~n关系图 安仁站H~n关系图 水位 H 糙率 n

28. 关 键 技 术 关键技术（3） 根据全国1300多水文站实测资料，分析不同几何形状、不同河床质组成、不同岸壁特征对糙率的影响，综合编制全国不同类型天然河道糙率表 3 河段糙率推算

29. 关 键 技 术 质量控制体系 严格逐级审查制度 2 统一技术规范 1 技术组审查 单河段审查 整编 单河段审查 整编 单河段审查 整编 省级汇编单位合理性检查 …

30. 3 关 键 技 术 质量控制体系 • 3.多种合理性分析检查方法 • 定性合理性分析：定点检查 • 定量合理性分析 十一年夏四月，兴安州猛雨数日，汉江溢。有一龙横塞黄洋河口，水雍高城丈余，全城渰没，公署民舍一空。溺死者五千余人，阖家全溺无稽者不计数…… 万历十一年，水至此，高三尺。四月二十三起。 汉江1583年洪水题刻 安康1583年洪水文献

31. 3 关 键 技 术 质量控制体系 • 3.多种合理性分析检查方法 • 定性合理性分析：流域性检查 • 定量合理性分析 《莒县志》“六月十九日大雨倾注七昼夜无一、二时止息，二十五日冲毁城垣，北关仅存房屋七间，淹死五、六千人”。 临沂洪峰流量30000m3/s，达到世界同面积最大流量记录。 1730年沂沭河特大洪水

32. 3 关 键 技 术 质量控制体系 • 3.多种合理性分析检查方法 • 定性合理性分析：序位检查 • 定量合理性分析 （广西红水河东兰）

33. 3 关 键 技 术 质量控制体系 • 3.多种合理性分析检查方法 • 定性合理性分析 • 定量合理性分析：洪峰流量模系数与雨情对照检查

34. 3 关 键 技 术 质量控制体系 • 3.多种合理性分析检查方法 • 定性合理性分析 • 定量合理性分析：流域上下游、干支流洪峰流量对照检查

35. 3 关 键 技 术 质量控制体系 • 3.多种合理性分析检查方法 • 定性合理性分析 • 定量合理性分析：区域洪水流量~面积关系合理性检查 嘉陵江水系洪水流量~面积关系

36. 汇报提纲 一、项目的研究背景 二、研究的关键技术 三、成果和技术创新 四、研究成果先进性 五、科技进步的贡献

37. 成 果 创 新 主要研究成果 （1）全国调查洪水资料 • 多数河段历史洪水调查期长达200～300年，最远上溯至公元223年 • 全国调查河段多达11600余个 • 调查洪水多达40000余次 全国调查河段分布图 历史文献资料

38. 成 果 创 新 主要研究成果 （2）全国调查洪水资料整编成果 • 省、区、流域整编成果共80卷，资料珍贵、丰富 • 提出全国各省区糙率分析成果，资料系统、实用

39. 成 果 创 新 主要研究成果 （3）全国汇总成果 《中国历史大洪水调查资料汇编》，中国书店，2006年 涵盖全国5544个河段，共20000多次翔实、权威的大洪水资料 原全国政协副主席钱正英同志为本书作序

40. 成 果 创 新 主要研究成果 （4）中国历史大洪水调查研究技术成果

41. 成 果 创 新 主要技术创新 创新点一：建立了一整套科学、实用的洪水调查理论方法和质量控制体系 创新点 二：首次提出了近300年（最远上溯至公元223年）以来5544个河段20000多次历史大洪水调查成果，极大丰富了我国稀遇洪水信息，为我国设计洪水计算提供了坚实的资料基础 创新点 三：提出了洪水水面线推算、河道糙率推算、洪水过水断面形状推算等大洪水调查的关键技术，提高了洪水调查成果的可靠性

42. 汇报提纲 一、项目的研究背景 二、研究的关键技术 三、成果和技术创新 四、研究成果先进性 五、科技进步的贡献

43. 研究成果的先进性 先进性 丰富坚实的原始调查资料 1 • 大量珍贵的文献，第一手野外调查、勘测、实验资料 • 3000 余处全国洪水题刻 • 203000余条全国洪痕资料 • 2000多部州县地方志 • 1736～1911年间全国洪涝灾情奏报18000余条 • 1911～1949年全国八大报刊摘录洪灾报道130卷 • 1300多水文站糙率实测数据 • 海量的计算分析资料 • 全国调查洪水资料 • 覆盖全国的11600个调查河段，共40000多场次的调查洪水 我国深厚的历史文化底蕴保证了获取海量资料的可能

44. 研究成果的先进性 先进性 科学实用的洪水调查方法 • 三大关键技术 • 八方面调查计算方法 严谨有效的质量控制体系 • 统一技术标准 • 严格的逐级审核制度 • 科学的分析检查方法 系统完整的技术成果 • 原始调查资料 • 调查洪水分省汇编成果和全国汇编成果 • 中国历史大洪水调查研究成果 2 3 4

45. 与国外相关成果对比 先进性 1、研究对象：国外侧重古洪水考证，我国则采用普查的方式开展历史洪水调查研究 2、研究范围：国外主要结合工程建设和学术研究，开展局部性的历史洪水研究；我国除满足工程建设和学术研究外，还以抢救和挖掘历史资料为目的，开展全国范围的历史洪水调查研究 3、研究方法：国外主要以定性分析为主，我国则建立了一整套科学、实用的历史洪水调查理论方法 1 2 3 我国历史洪水调查研究的范围、数量、深度以及成果的精度和系统性等方面处于世界领先水平

46. 研究成果的先进性 先进性 “是历史留给后人的宝贵科学文化遗产，其资料之丰富、覆盖面之广在世界上堪称第一。” ——钱正英 “极大地丰富了稀遇洪水的资料信息，是国家重要的基础数据，已在工程建设中普遍应用，并具有重要的推广应用价值。”“整体达到国际领先水平。” ——鉴定委员会 是我国迄今为止最全面、最系统、最具权威性的历史洪水调查研究成果。 1 2 3

47. 汇报提纲 一、项目的研究背景 二、研究的关键技术 三、成果和技术创新 四、研究成果先进性 五、科技进步的贡献

48. 成果应用和效益 广泛应用于工程设计 1 总院…… 古贤、河口村、海渤湾大型水库设计， 天桥、卧虎山、山阳中型水库除险加固 黄河勘测设计有限公司 水利水电规划设计总院

49. 成果应用和效益 井冈山水库（栋背站）设计洪水频率曲线 1915年调查洪水 1922年调查洪水

50. 成果应用和效益 广泛应用于工程安全复核 2 • 全国病险水库37000余座，规划除险加固14625座（大型289座，中型2136座，小型12200座） • 2010年6月底前，已完成7567座水库除险加固，根据设计洪水计算规范要求，均考虑历史调查洪水 防洪管理、工程调度中的应用 3