一古洪水水位和河床断面的确定

1古洪水洪峰水位计算

洪峰流量最基本的依据就是洪水水位，如果洪水位确定得不准确，就难以保证计算成果的准确性．因此在洪峰流量推算过程中首先应确定洪峰水位．古洪水洪峰水位的确定依赖于古洪水滞留沉积层．国外一些学者通常直接采用SWD顶面高层作为全新世古洪水的洪峰水位，计算出洪峰流量的最小值．由于其忽略了SWD沉积水深，所以所得结果会严重偏小．后来杨达源等提出洪峰水位应采用SWD向着坡上方的尖灭点的高程，其精度相对更高．大量的室内模型实验、野外观测和取样调查的结果都证明古洪水平流沉积尖灭点高程指示洪水位精度高于滞留沉积层顶面高层．但是在全新世古洪水的采样过程中，洪水SWD沉积往往不存在尖灭点，所以就无法应用此方法．李晓刚等通过大量实验和研究，创设了“古洪水SWD厚度与含沙量关系法”，通过恢复SWD的沉积水深，确定古洪水洪峰水位，推求出的洪峰流量更加接近于实际情况．

2古洪水行洪断面的确定运用古洪水平流沉积物野外及室内分析特征及指标体系确定古洪水平流沉积，并由恢复古洪水水位推求流量，必须解决古洪水当时的行洪断面问题．

1)基岩峡谷型河床流量的推算精度取决于断面地貌的稳定性．对于基岩型河床，由于其河槽比较规整，岩石的强度较强，断面抗蚀能力强，冲刷和淤积能力较弱，故河道变化量小，水流状态稳定．而且，峡谷河段易于大洪水沉积物的保存，在古洪水流量计算时选择基岩峡谷段河床，有利于减小误差．

2)冲淤变化型河床对于冲淤变化型河床，由于其岩性较弱，在地质过程中，河流下切、泥沙淤积等影响较强，所以现今所观察到的河床断面与古河床的断面差别很大．在冲淤变化型河床确定行洪断面要从多个角度来考虑．谢悦波等认为古洪水当时行洪断面面积与现在实际断面面积之间的差值由两部分组成:一是年际断面冲淤变化量;二是一次洪水过程中的断面冲淤变化量．由于冲淤变化型河床行洪断面的确定还有难度，所以应避免在此类河段中展开古洪水流量的计算．

二古洪水洪峰流量的计算方法

确定古洪水洪峰水位和行洪断面之后，要根据实际情况采用合适的计算方法，来恢复古洪水的洪峰流量．

1水位流量关系

在应用水位—流量关系法时，应选择在附近有水文站的河段．因其是在实测资料作为基础上进行计算，所以该水文站应具有大水年水位—流量关系资料．由于没有考虑区间的入流，所以在采用此方法时应选择在与水文站相近的断面;此外，水文站的水位—流量关系曲线一般是建立在实测资料的基础上的，在水文站没有监测到洪水的较高水位的情形下，这就需要延长水位—流量关系曲线．经常使用的高水延长法有曼宁公式法和史蒂斯法．

2比降面积法比降面积法

是利用比降和断面面积，采用水力学公式计算河段流量的方法．这种方法在计算古洪水流量时具有方便、适用性较强的特点，如果可以用水位一流量关系法计算的，也可以用比降法进行计算．由于洪水在行洪的过程中，经常能出现一个最高水位，此时洪水水位在短时间里可以看作是不变的，可近似视为恒定流计算．此方法在近几年的全新世古洪水洪峰流量计算中应用也较多．且多用在基岩峡谷断面，由于河床自全新世以来变化不大，且能容易计算糙率系数．水面比降可用河床比降代替．通过野外红外测距仪实地测量的结果结合地形图中的水面高程点进行校正，获得比降．

3ArcGIS耦合HEC－RAS模型法HEC－RAS模型是由美国陆军工程师团所开发的一款模型，在天然河道和人造河网的一维水力学计算中用途广泛．HEC模型的理论基础即能量守恒采用该模型时首先要对所研究区域下垫面概化，利用ArcGIS强大的地理数据分析功能对所研究河段地形图、遥感资料进行数字化，生成所研究河段的不规则三角网．然后在ArcGIS下耦合HEC－GeoRAS模块，绘制河流中心线、断面线、主槽线等，同时在提取河道断面等数据，生成(RASGIS)数据，再将数据其导入HEC－RAS开始模拟．并根据实测结果对断面数据进行修正，确定河槽两岸糙率系数、扩张以及收缩系数，给定边界条件，确定起始断面．最后模拟不同洪峰流量的古洪水，可得到相应的古洪水水面线，其中与古洪水滞流沉积物指示水位高程最吻合的水面线，其所对应的洪峰流量，即为古洪水洪峰流量．

三古洪水洪峰流量的验证

1利用实测数据反演法古洪水水文恢复计算需要对其结果的可靠性验证．尤其是利用比降面积法获得的洪峰流量，可通过对采样点进行仔细观察，找到最近几次洪水的明显洪痕，以确定洪水水位高程，并利用之前观测到的河槽数据，比降和糙率．利用公式计算出洪峰流量，已验证此方法是否可靠．

2利用世界各地流域面积与大洪水洪峰流量关系美国学者Baker通过对全世界各大洲及地区的古洪水研究资料系统的进行分析，结果表明古洪水的洪峰流量与其流域面积存在相关性．如果以流域面积为横坐标，洪峰流量为纵坐标建立坐标系，流域内发生的大洪水的洪峰流量(Q)应介于Q=760D0.4和Q=21D0.73之间．我国一些学者在进行古洪水洪峰流量的验证时也采用了这种方法，结果计算出的洪峰流量与Baker的研究成果相符，也间接证明了这种方法是可以验证洪峰流量的计算中．

四主要问题与展望

1存在的问题

(1)对古洪水沉积物剖面的识别还存在困难．对于古洪水平流沉积物的野外识别和试验判别己经有了依据，但是能准确指示洪水水位的平流沉积物的尖灭点在野外并不容易找到．由于人类活动的加剧，对大自然的改造愈发严重，以及水文条件复杂，河道变化较大等原因，河流沿岸的典型平流沉积物很少有完好保存，这种情况下如何准确计算洪水洪峰水位和流量需要进一步研究．

(2)研究区域还不够广泛．在中国，开展古洪水研究的流域还不多．现在古洪水的研究多集中在长江流域和黄河流域部分地区．在其它大部分地区研究成果相对较少．

(3)古洪水洪峰水位的恢复误差较大．用古洪水滞流沉积物顶面高程作为古洪水洪峰水位，求的洪峰流量不够精确．采用古洪水滞留沉积尖灭点作为洪峰水位，接近真实水位，但是尖灭点在形成后很难保存下来，尤其是在适合古洪水水文学研究的基岩峡谷河段．古洪水SWD厚度含沙量关系法解决了上述问题，已有学者通过这种方法恢复古洪水的洪峰水位．

(4)古河道的恢复精度不高．随着时间的不断推移，在地球内营力和外营力的共同作用下，包括河流裁弯取直、侧蚀以及人类活动对大自然的影响越来越严重，现代河道断面以及河床与古河床必然会有很大不同．要更准确地计算古洪水的流量，就必须弄清河床断面随时间衍化所发生的变化，包括地貌、岩性及其环境的变化．

2研究展望

(1)古洪水水文学研究是全球变化研究的一个重要方向，应加强多学科的合作，采取多学科集成的方法研究古洪水，提高研究的分辨率，进而提高古洪水研究的可信度．

(2)应在全国各流域开展古洪水水文学的研究工作，建立相同时间尺度下的不同区域的对比关系．恢复古洪水洪峰流量，延长洪水水文数据序列，建立万年尺度洪水流量－频率关系，对于揭示全球变化的响应规律具有重要的科学意义，对于防洪减灾和水资源水能源工程建设也具有重要的现实意义．

(3)应加强古洪水洪峰水位及行洪断面的研究，进一步提高洪峰流量恢复的精度．

作者：王超张红梅申洪源单位：山东师范大学临沂大学资源环境学院