3.2 最高洪水位和洪水水面线分析研究

3.2.1 最高洪水位确定

最高洪水位是绘制洪水水面线和计算洪峰流量最基本的依据。如果调查的洪水位不准确，调查成果的质量就难以保证。因此，最高洪水位的调查考证在整个历史洪水调查研究中具有特殊的重要地位。最高洪水位一般可以通过以下四种途径获得。

（1）现场调查指认

河道内每发生一次大洪水，都会留下最高洪水位的泥印、水迹。通过现场调查，从当地居民的亲身经历或祖辈言传中可以了解到历次大洪水发生的时间（年份、日期）以及指认洪水淹及的最高位置，如“水淹窗台”、“水上庙前第几台阶”等等，由此确定洪水的最高水位。

图3-1　现场洪痕指认

图3-2　洪痕题刻、碑记

（2）洪水题刻、碑记

当历史上发生异常洪水时，当地居民常在永久性建筑物或江河水域附近岩石上留下最高洪水位的标志、题刻或碑文，内容多为“某年某月某日洪水至此”，这类题刻在江河湖泊水域附近数量很多，如长江干流自重庆至宜昌650km河段内，关于1870年特大洪水的题刻有71处之多。这类题刻为确定历史特大洪水最高洪水位提供了可靠的实物依据（见图3-1）。

（3）文献资料分析

我国历史文献资料非常丰富，而且记录年代久远，通过文献资料分析，可以进一步丰富历史大洪水信息。根据文献记载确定最高洪水位可分以下几种情况：①有具体水深、淹没高度记载，如“县治大堂水深盈尺”、“黄州馆地黄庙洗脚”、“刘表墓冲去一角”这类记载直接或间接反映了最高洪水位。若所指的实物尚在或位置基面尚未变动，则可根据记载直接测得洪水位高程。②根据古建筑物淹没冲毁情节，可判断最高洪水位可能达到的范围，如明隆庆五年（1571年）沅水特大洪水记载如下（见图3-2）。

表3-1　文献资料记载洪水信息

根据以上文字记载可以做出进一步分析。泸溪县“文庙泛”，表明文庙进了水，但未被冲毁，辰溪县“北门前水深数尺”，可见洪水尚未越过北门，因此可以北门门基高程和文庙地基高程作为该次洪水最高洪水位的上、下限，据此推算该场洪水洪峰流量的变化范围在30000m³/s～34000m³/s。③根据洪水涨幅记载推算最高洪水位。有的文献中有洪水涨幅或水深的具体数字，例如《水经注》（成书于公元527年）中记载，黄河支流伊河龙门镇在公元223年曾发生特大洪水，水涨高四丈五尺（魏尺，合今10.9m）。龙门镇为石质河床，断面变化不大，由此估算洪峰流量为20000m³/s（见表3-1）。

（4）洪水淤沙面分析(www.daowen.com)

多沙河流洪水期间含沙量大，洪水过后在建筑物上留有明显的黄色洪水痕迹，可以清楚显示出某次洪水的洪水位。当形成高浓度含沙水流时，在河流凸岸留下明显的洪水淤沙层。如1843年黄河特大洪水，在干流潼关至小浪底250km河段内发现几十处洪水淤沙层，经实测洪水检验，淤沙层顶部高程沿程变化与1956年实测水面线变化趋势极相吻合。根据实际观测，黄河干流淤沙层大致比洪水水面线低约0.5m。因此，多沙河流通过淤沙层的分析，可为确定历史洪水最高水位提供新的途径（见图3-3）。

图3-3　1843年黄河洪水淤沙面调查结果与1956年实测水面线

最高洪水位确定以后，需要对各洪痕点最高洪水位的可靠程度作出评定。可靠程度是指洪痕高程与实际水位的偏离程度，偏离越小越可靠。但实际水位无法获得，通常以指认或其他方法取得的水位可能变化范围的大小来评定。评定标准如表3-2。

表3-2　洪痕水位可靠程度评定标准

3.2.2 洪水水面线分析和绘制

洪水水面线是确定计算断面最高水位和水面比降的依据。通常高水比降的确定不外乎以下几种方法：有实测水文资料的河段，建立水位—比降相关关系，外延推求高水比降，或者直接借用某次实测大洪水的比降；在没有实测水文资料的河段，只能根据调查到的洪痕点参考枯水或河底平均坡降绘制水面线，然后估算水面比降。受客观条件的限制，调查地点不可能都选择在顺直河段上，洪痕所在位置的代表性、洪痕高程的指认误差等，都会给绘制水面线带来困难，同时随着水位的升高，水流的控制条件也会引起复杂的变化。在这种情况下，如果简单地根据中低水位的相关趋势外延或者参照河底比降定线，往往会导致很大的误差。因此，确定高水比降时需要注意以下问题。

（1）了解河段水流特性，分析水位比降的变化趋势

影响水面比降的因素比较多，如洪水涨落率、河道地形以及河床障碍物等等，然而影响最大的是河段平面形态。山区河流断面宽窄相间，随着水位升高河道平面形态、断面控制条件可能发生较大的改变，而这种变化必然会给比降带来影响。例如汉江安康水文站，测站位于安康小盆地的上端，河道顺直，中高水位时，水面宽约500m，测站以下1km左右，河道即进入安康盆地，水面展开，常水位时在盆地腹部水面宽可达1800m。测站以下13km，处于盆地末端，河道进入峡谷，最窄处（石梯）水面宽仅150m。因此，在测站以下13km河段内，断面沿程变化很大。中低水位时，水流畅通，比降约为5%，随着水位升高，受下游峡谷壅水作用，比降随着水位升高逐渐减少，当水深达到或超过13m，水面比降基本上稳定在1.6%左右。认识这种变化趋势，对合理确定历史洪水比降时很有帮助的。

（2）分析洪痕点据的代表性

可靠而且代表性好的洪痕点是定线的主要依据。因此在定线之前需要对每个洪痕点的可靠程度和代表性作出评价。所谓代表性，是指其水位能否代表该断面的平均水位。当河道顺直，紧靠河岸和水流畅通的地点，洪水位的代表性就比较好；若洪痕点位于弯道处，水流受离心力的影响，凹凸岸可以产生较大的水位差；洪痕位置处在死水回流区或受分流、漫溢的影响，其代表性就较差。调查河段的河道平面形态和洪痕点所在位置的代表性，在纵断面图中反映不出来，需要对照河段平面图作出分析比较（见图3-4）。由于每个洪痕点水位的可靠程度、代表性都不完全一致，在绘制水面线时，切忌通过点群中心定线，而应当以水位可靠、代表性好的点据为主要依据。当调查河段较长、洪痕点据距离较大、河段平面形态有显著变化时，水面线实际上是一条不连续的折线，必须多方面进行合理性检查，如果简单地连成一条直线，往往带来很大的误差。

（3）洪水水面线绘制

各洪痕点高程经审查以后，在河段纵断面图上连接各洪痕点高程，绘出同次洪水水面线，以确定洪水水面比降和计算断面处洪水位。在绘制水面线时，除考虑洪痕高程的可靠程度外，还要考虑洪痕点所在位置的代表性。同时还需将调查到的几次大洪水水面线连同实测大洪水水面线、河底比降线绘于同一图上，对照检查（见图3-5）。

图3-5　沅陵河段纵断面图和最大6次大洪水水面线和水面比降