中国历史大洪水调查研究
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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. 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. 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. 降水量地区分布不均 洪涝灾害突出. <50 50 ~ 100 100 ~ 200

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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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/( 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)


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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


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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


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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


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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


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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)


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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)


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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研究成果的先进性

先进性

丰富坚实的原始调查资料

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  • 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


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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

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3

4


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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

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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


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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

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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


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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


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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


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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


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成果应用前景

1、流域综合规划

2、水利水电工程规划设计

3、水库工程安全复核(病险水库除险加固)

4、江河防洪

5、城市防洪规划

6、中小河流开发治理

7、铁路、交通、国防等工程建设

8、支撑相关科学研究

……


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对行业科技进步的推动

极大丰富了我国稀遇洪水资料,填补了无资料地区洪水资料的空白

解决了设计洪水频率计算外延的难题,提高了设计洪水的可靠性

提高了对我国洪水发生时空规律的认识,为区域水文规律、气候变化等方面研究奠定了坚实的基础

培养了一大批水文调查和分析计算等方面人才

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该成果:(1)是历史留给后人宝贵的科学文化遗产;(2)是水文科技工作者长期辛勤劳动的结果;(3)已经在工程规划和建设等方面发挥了重要作用,随着时间的推移其作用将越来越显著!


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谢 谢


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