基于HEC-RAS模型的漢江上游東漢時(shí)期古洪水事件研究*

王光朋，查小春，黃春長(zhǎng)，龐獎(jiǎng)勵(lì)，張國(guó)芳

（陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，陜西西安710119）

我國(guó)是一個(gè)洪水災(zāi)害頻繁發(fā)生的國(guó)家。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自公元前206年-1949年的2100多年間，較大的洪水災(zāi)害共發(fā)生1 092次，平均每?jī)赡臧l(fā)生一次[1]。近年來(lái)，全球氣候變化導(dǎo)致水資源的時(shí)空分布發(fā)生重大調(diào)整，頻繁發(fā)生的極端水文事件給人們的生命財(cái)產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了嚴(yán)重的損失[2]。因此，準(zhǔn)確的掌握洪水資料、認(rèn)識(shí)洪水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及減少洪水災(zāi)害損失，就成為流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需求。漢江上游作為我國(guó)南水北調(diào)中線工程的重要水源地，在河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)和防洪減災(zāi)中都急需超長(zhǎng)尺度的洪水資料。然而，由于我國(guó)水文觀測(cè)資料的局限性，現(xiàn)有較短尺度的洪水?dāng)?shù)據(jù)既也不能滿足河流綜合開(kāi)發(fā)治理的需要，也不能反映長(zhǎng)時(shí)間尺度的洪水規(guī)律。因此，為解決這一問(wèn)題，在漢江上游開(kāi)展了古洪水水文學(xué)研究。

古洪水是指發(fā)生在全新世以來(lái)，包括歷史時(shí)期，未被人們直接觀察和記錄的洪水事件[3]。古洪水研究的主要信息載體是古洪水滯流沉積物（slack-water deposits，簡(jiǎn)稱 SWD），根據(jù)古洪水SWD可以恢復(fù)古洪水的洪峰水位，進(jìn)而可采用水文學(xué)或水力學(xué)方法重建古洪水的洪峰流量，從而為流域的洪水設(shè)計(jì)和防洪減災(zāi)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。古洪水研究興起于歐美各國(guó)，美國(guó)、西班牙、法國(guó)等在古洪水研究方面已經(jīng)取得了卓著的成果[4-6]，我國(guó)學(xué)者在長(zhǎng)江、黃河、淮河等某些河段也開(kāi)展了古洪水的調(diào)查研究，并取得了一定的成果[7-11]。

近年來(lái)，黃春長(zhǎng)教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在漢江上游開(kāi)展了古洪水水文學(xué)研究，采用年代學(xué)、考古學(xué)、地貌學(xué)及第四紀(jì)地層學(xué)、古洪水水文學(xué)等方法，挖掘和重建了漢江上游沉積記錄中超長(zhǎng)尺度的古洪水事件，這為漢江上游建立更為合理的洪峰流量-頻率關(guān)系提供了可能[7-11]。其中，羅家灘（LJT）、新灘村（XTC-B）、李家咀（LJZ）、庹家洲（TJZ）、前坊村（QFC-B）、遼瓦店（LWD-A）6個(gè)沉積剖面均記錄有距今1900-1800年的東漢時(shí)期（公元25-220年）的古洪水事件。盧越[12]、姬霖等[13]通過(guò)地層沉積記錄分析、歷史文獻(xiàn)考證等研究認(rèn)為：6個(gè)沉積剖面記錄的古洪水事件可能為東漢建安二年（公元197年）9月的一次古洪水事件。本文旨在采用國(guó)外古洪水水文學(xué)研究廣泛應(yīng)用且具有良好物理成因基礎(chǔ)的HEC-RAS模型[14]，根據(jù)實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)和水文參數(shù)，選取鄖西-鄖縣段分布較為集中的4個(gè)沉積剖面（LJZ、TJZ、QFC-B、LWDA），從洪水水面線計(jì)算與洪水演進(jìn)模擬兩個(gè)角度對(duì)東漢時(shí)期古洪水事件進(jìn)行了研究：基于HECRAS模型的恒定流模塊計(jì)算了古洪水水面線；基于HEC-RAS模型的非恒定流模塊進(jìn)行了古洪水的演進(jìn)模擬研究。該研究對(duì)于充分認(rèn)識(shí)漢江上游的洪水演進(jìn)規(guī)律具有一定的科學(xué)意義；對(duì)于漢江流域的防洪減災(zāi)和洪水預(yù)報(bào)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

漢江，又稱漢水，發(fā)源于陜西省寧強(qiáng)縣潘冢山，是長(zhǎng)江第一大支流。干流全長(zhǎng)1 577 km，流域面積15.9萬(wàn)km2，年均徑流量563億m3，含沙量為2.39 kg/m3[7]。丹江口以上為漢江上游，穿行于秦嶺和大巴山之間，河長(zhǎng)約925 km，集水面積為9.52萬(wàn)km2，約占漢江流域面積的60%。漢江上游屬于北亞熱帶邊緣季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，多年平均降水量在700～1 000 mm之間[7-8]，降水集中且經(jīng)常出現(xiàn)高強(qiáng)度局部暴雨，加上漢江上游山高谷小，支流眾多，因此歷來(lái)洪水災(zāi)害頻發(fā)。

本文研究河段主要為鄖西-鄖縣河段（圖1），其下伏基巖主要為古生代變質(zhì)巖系，巖石堅(jiān)硬，河谷切入基巖之中，形成了基巖峽谷。谷寬在400～600 m之間，水面寬300～500 m，研究河段內(nèi)較大支流主要有天河、堵河。研究河段上游的白河水文站，其上游河長(zhǎng)735 km，控制流域面積約59 000 km2，是南水北調(diào)中線工程丹江口水庫(kù)的入庫(kù)控制站。自1936年建站以來(lái)實(shí)測(cè)最大洪峰流量Q＝31 000 m3/s（1983年8月洪水）；歷史調(diào)查最大洪水發(fā)生在明萬(wàn)歷十一年（公元1583年），根據(jù)蜀河口石碑題刻記錄推測(cè)白河水文站洪峰流量為34 800 m3/s[15]。

2 漢江上游東漢時(shí)期古洪水事件的沉積記錄

古洪水水文學(xué)研究的主要信息載體是古洪水SWD，它是懸移質(zhì)泥沙在高水滯流狀態(tài)下沉積形成，是確定古洪水發(fā)生年代及進(jìn)行洪峰流量重建最為主要的依據(jù)。通過(guò)對(duì)近幾年課題組在漢江上游古洪水研究成果的整理，結(jié)合OSL技術(shù)測(cè)年、環(huán)境考古、地層年代框架對(duì)比和文化層斷代等，發(fā)現(xiàn)安康-鄖縣段 LJT、XTC-B、LJZ、TJZ、QFC-B、LWD-A 6個(gè)黃土-古土壤沉積剖面中頂部古洪水SWD均記錄了距今1 900～1 800 a東漢時(shí)期（公元25-220年）的古洪水事件[13]（圖2）。盧越等[12]根據(jù)漢江上游東漢時(shí)期古洪水SWD的沉積記錄和歷史文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)記錄，從氣候變化的角度討論了東漢時(shí)期確實(shí)是極端洪水事件的頻發(fā)期。姬霖等[13]從歷史文獻(xiàn)考證和洪痕沉積規(guī)律等方面的研究認(rèn)為，LJT、XTC-B、LJZ、TJZ、QFC-B、LWDA 6個(gè)黃土-古土壤沉積剖面中頂層古洪水SWD可能記錄了東漢建安二年（公元197年）9月的一次特大歷史洪水事件。然而，前人研究是基于單剖面、單地點(diǎn)的古洪水洪峰流量重建結(jié)果，卻沒(méi)有進(jìn)行整體河段的古洪水水面線計(jì)算，更沒(méi)有從水力學(xué)角度對(duì)東漢時(shí)期的古洪水進(jìn)行演進(jìn)模擬研究。因此，本文選取分布較為集中的4個(gè)沉積剖面（LJZ、TJZ、QFC-B和LWD-A），基于HEC-RAS模型對(duì)東漢時(shí)期古洪水進(jìn)行了洪水水面線計(jì)算和洪水演進(jìn)研究，以期為流域的防洪減災(zāi)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

圖1 漢江上游水系和研究剖面位置圖Fig.1 River system and the location of study sites in upper reaches of Hanjiang River

圖2 漢江上游安康-鄖縣段7個(gè)剖面地層年代對(duì)比Fig.2 Stratigraphic correlation of seven profiles in Ankang-Yunxian section of upper reaches of Hanjiang River

3 漢江上游暴雨洪水特性及HECRAS模型的構(gòu)建

3.1 漢江上游暴雨洪水特性分析

文獻(xiàn)[16-20]對(duì)漢江上游暴雨洪水特性的研究認(rèn)為，由于漢江上游地區(qū)受西南季風(fēng)和東南季風(fēng)的交互影響，多局地暴雨天氣，且暴雨中心主要位于安康以上地區(qū)，尤其是引起特大洪水的暴雨來(lái)源更是如此。例如明萬(wàn)歷十一年（公元1583年）漢江上游特大洪水，是漢江上游近900 a來(lái)最大的一次洪水[1]。據(jù) 《陜西通志》[21]記載 “萬(wàn)歷十一年癸未夏四月，興安州（今安康）猛雨數(shù)日，漢江溢溺……全城淹沒(méi)一空，溺死者五千余人”，且上游的 《石泉縣志》[22]也有 “四月漢水溢，居民溺死無(wú)算”的記載，可見(jiàn)1583年洪水給漢江流域人民帶來(lái)了嚴(yán)重?fù)p失。 《中國(guó)歷史大洪水》[1]對(duì)1583年洪水進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，經(jīng)查閱相關(guān)縣志資料，漢江上游的略陽(yáng)、漢中、以及商南、鄖西等州縣地方志中均未提及該年有雨水災(zāi)情，洪水記錄僅出現(xiàn)在安康、石泉等縣志中；因此推斷1583年洪水的暴雨中心位于漢江南岸大巴山區(qū)的牧馬河、任河、嵐河一帶（圖1），據(jù)此估計(jì)暴雨中心在安康上游的石泉、西鄉(xiāng)、嵐皋等區(qū)域。

再如漢江上游1983年8月特大洪水，安康、白河水文站實(shí)測(cè)洪峰流量均為31 000 m3/s，在實(shí)測(cè)洪水?dāng)?shù)據(jù)序列中排位第一，是建國(guó)以來(lái)漢江上游最為嚴(yán)重的一次洪水災(zāi)害。這次特大洪水災(zāi)害使得安康老城區(qū)遭受了 “滅頂之災(zāi)”，損失高達(dá) 4億[23]。據(jù)楊之麟[24]研究，1983年特大洪水的暴雨中心位于大巴山南側(cè)，其降水過(guò)程為：7月27日，漢中上游西部地區(qū)開(kāi)始降雨；28、29日漢中地區(qū)普降大雨和暴雨；30日安康西部的石泉、西鄉(xiāng)縣出現(xiàn)大雨或暴雨。從整個(gè)降雨過(guò)程來(lái)看，洪水主要來(lái)源于安康上游的暴雨，石泉以上流域洪量占了58%，石泉-安康區(qū)間占了42%[24]。此外，李慶寶[25]對(duì)漢江上游歷史調(diào)查洪水和實(shí)測(cè)大洪水的研究也表明，漢江上游致災(zāi)大洪水的暴雨主要來(lái)自于安康及其以上地區(qū)，且特大洪水的洪水過(guò)程線具有暴漲暴落、漲洪段與落洪段基本對(duì)稱的特點(diǎn)。由此，對(duì)漢江上游東漢時(shí)期古洪水事件的水面線計(jì)算和洪水演進(jìn)模擬研究時(shí)，假定其暴雨中心位于安康及其以上地區(qū)，且不考慮區(qū)間支流匯入的影響。

3.2 HEC-RAS模型簡(jiǎn)介及水文參數(shù)的選取

3.2.1 HEC-RAS模型簡(jiǎn)介 HEC-RAS模型[14]（Hydrologic Engineering Center-River Analysis System）是由美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)（USACE）開(kāi)發(fā)，主要用于天然河道和人工渠道一維水流計(jì)算的水力學(xué)模型。主要包括4大模塊：恒定流水面線計(jì)算、非恒定流洪水演進(jìn)模擬（一維/二維）、泥沙運(yùn)移和水質(zhì)分析。本文主要運(yùn)用HEC-RAS模型的恒定流水面線計(jì)算模塊和非恒定流洪水演進(jìn)模擬模塊，其基本原理是基于能量方程（1）、連續(xù)方程（2）和動(dòng)量方程（3），表達(dá)式為

式中WS1、WS2為斷面水深（m）；Z為斷面河底高程（m）；v為斷面平均流速（m/s）；α為斷面的動(dòng)能修正系數(shù)；g為重力加速度（m/s2）；he為水頭損失（m）；ρ為流體密度（kg/m3）；t為時(shí)間（s）；u為斷面流速（m/s）；fi為質(zhì)量力（m/s2）；P為壓力（N/m2）；（為流體運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)（N·s/m2）；x為斷面之間的距離（m）；下標(biāo)1、2表示斷面1、2；下標(biāo)i、j表示斷面i、j。

3.2.2 地形數(shù)據(jù)和水文參數(shù)的選取 由圖1可知，漢江上游東漢時(shí)期LJZ、TJZ、QFC-B和LWD-A 4個(gè)黃土-古土壤沉積剖面較為集中的分布在鄖西-鄖縣近50 km的河段中，因此本文僅選取這4個(gè)沉積剖面所在河段作為古洪水研究河段，基于HECRAS模型，從洪水水面線計(jì)算和洪水演進(jìn)兩個(gè)角度對(duì)東漢時(shí)期古洪水事件進(jìn)行深入的研究。

1）河槽橫斷面的確定。

通過(guò)對(duì)漢江上游鄖西-鄖縣河段的實(shí)地調(diào)查，該河段谷寬在400～600 m之間，水面寬約為300～500 m，下伏基巖為古生代變質(zhì)巖，河槽為典型的基巖峽谷，且在全新世時(shí)期總體變化較小[26]，適合東漢時(shí)期古洪水事件的洪水水面線計(jì)算和演進(jìn)模擬研究。考察過(guò)程中使用美國(guó)生產(chǎn)的Contour-XLR1-LC5279型精密激光測(cè)距儀和高精度GPS，對(duì)研究河段內(nèi)河槽斷面形態(tài)和河床比降等進(jìn)行了精確的測(cè)量，實(shí)測(cè)了100個(gè)大斷面，并依據(jù)實(shí)測(cè)等高線地圖（1∶10 000）內(nèi)插了123個(gè)河槽橫斷面（圖3），以確保古洪水研究過(guò)程中地形數(shù)據(jù)的可靠性。此外，在ArcGIS軟件中結(jié)合多幅高分辨率、全要素實(shí)測(cè)地形圖（1∶10 000），對(duì)漢江上游鄖西-鄖縣河流水系進(jìn)行了矢量化，保留地圖原有的1980西安坐標(biāo)系，將投影系統(tǒng)設(shè)置為通用墨卡托6°分帶投影（Universal Transverse Mercator Projection，UTM），最終生成了TIN網(wǎng)格。然后在ArcGIS中的HEC-GeoRAS模塊下進(jìn)行地形數(shù)據(jù)的提取，包括模型運(yùn)行所需要的河網(wǎng)位置、中泓線、河岸線、以及必要的水工建筑物等。

圖3 漢江上游鄖西-鄖縣河段橫斷面分布圖Fig.3 Cross section distribution of Yunxi-Yunxian reach in upper reaches of the Hanjiang River

2）糙率系數(shù)的選取。

通過(guò)對(duì)漢江上游鄖西-鄖縣段的實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)河流兩岸階地保存相對(duì)完整，兩岸均長(zhǎng)有雜草，高處長(zhǎng)有攀巖灌木和樹(shù)木。參照我國(guó)水利水電工程設(shè)計(jì)中天然河道曼寧糙率的取值標(biāo)準(zhǔn)[27]，確定主河槽曼寧糙率系數(shù)取n＝0.030，考慮到河岸緩坡較陡坡植被茂盛，故緩坡曼寧糙率系數(shù)取n＝0.055、陡坡曼寧糙率系數(shù)取n＝0.050，并根據(jù)考察記錄的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整幅度為[-0.005，＋0.005]。此外，根據(jù)河流斷面形態(tài)變化情況值表設(shè)置河流的收縮、擴(kuò)張系數(shù)分別為0.1、0.3[14]。

3）邊界條件和初始條件。

在運(yùn)用HEC-RAS模型的恒定流模塊計(jì)算東漢時(shí)期古洪水水面線時(shí)，上游輸入重建古洪水洪峰流量，下游選用實(shí)際調(diào)查的洪峰水位作為下游邊界條件；在運(yùn)用HEC-RAS模型的非恒定流模塊進(jìn)行東漢時(shí)期古洪水演進(jìn)模擬研究時(shí)，上游入流邊界輸入根據(jù)水文站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)推求的漢江上游東漢時(shí)期古洪水流量過(guò)程線（根據(jù)水文站1983年實(shí)測(cè)洪水過(guò)程線按峰值放大求得，圖6），下游出流邊界選用根據(jù)實(shí)測(cè)斷面數(shù)據(jù)計(jì)算的水位-流量關(guān)系曲線。此外，根據(jù)河段的實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的初始條件，以保證HEC-RAS模型的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)果分析與驗(yàn)證

4.1 漢江上游東漢時(shí)期特大洪水計(jì)算研究

漢江上游記錄東漢時(shí)期古洪水事件的4個(gè)沉積剖面，其洪峰水位的恢復(fù)均采用了 “古洪水SWD厚度與含沙量法[28]”計(jì)算求得。依據(jù)上文選取的地形數(shù)據(jù)和水文參數(shù)，基于HEC-RAS模型的恒定流模塊對(duì)4個(gè)沉積剖面進(jìn)行了洪水水面線計(jì)算，當(dāng)模擬水位與采用 “古洪水SWD厚度與含沙量法”所計(jì)算水位達(dá)到最佳吻合時(shí)，此時(shí)洪峰流量的模擬值為60 800 m3/s，介于各沉積剖面古洪水洪峰流量值的重建值之間[7，10，11，29]。由表 1和圖 4可知，東漢時(shí)期古洪水在4個(gè)沉積剖面處的模擬水位分別為：186.03 m（LJZ）、185.16 m（TJZ）、168.20 m（QFC-B）、159.92 m（LWD-A），與采用 “古洪水SWD厚度與含沙量法”計(jì)算的古洪水洪峰水位相對(duì)比，誤差在-0.18%～0.25%之間。模擬水位與實(shí)測(cè)水位較好吻合，這一方面說(shuō)明基于HECRAS模型計(jì)算的漢江上游東漢時(shí)期古洪水水面線是合理的，4個(gè)沉積剖面中頂層古洪水SWD可能記錄了東漢時(shí)期一次古洪水事件；另一方面也說(shuō)明東漢時(shí)期古洪水水面線計(jì)算過(guò)程中所選取的地形數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的。

表1 基于HEC-RAS模型的漢江上游東漢時(shí)期古洪水模擬水位與調(diào)查水位對(duì)比Table 1 Comparison of the simulated water and the investigated water level of palaeoflood in the upper reaches of the Hanjiang River in Eastern Han Dynasty based on HEC-RASmodel

圖4 漢江上游典型河槽斷面形態(tài)及古洪水洪峰水位Fig.4 Typical cross section and flood peak level of palaeoflood in upper reaches of Hanjiang River

為了進(jìn)一步驗(yàn)證河槽斷面數(shù)據(jù)和水文參數(shù)選取的合理性，在古洪水野外調(diào)查過(guò)程中，對(duì)沉積剖面附近的部分河段展開(kāi)了近年來(lái)特大洪水事件的洪痕調(diào)查。通過(guò)對(duì)研究河段的實(shí)地走訪調(diào)查以及群眾的現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)，共發(fā)現(xiàn)1983年8月特大洪水洪痕12處。根據(jù)水文站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用HEC-RAS模型計(jì)算了1983年8月特大洪水的水面線，并與實(shí)地調(diào)查的12處洪痕所指示的洪水位進(jìn)行了對(duì)比分析（圖5）。經(jīng)計(jì)算，模擬水位與實(shí)地調(diào)查的洪痕水位最大誤差為0.64 m，相對(duì)誤差介于-0.37% ～0.26%之間，且計(jì)算得到模擬水位序列與實(shí)地調(diào)查水位序列的確定性系數(shù)（R2）大于0.95，根據(jù)我國(guó) 《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》[30]的相關(guān)規(guī)定，模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確。此外，由圖5可知，基于HEC-RAS模型計(jì)算的東漢時(shí)期古洪水水面線與1983年特大洪水水面線基本平行，這也能說(shuō)明基于HEC-RAS模型模擬的東漢時(shí)期古洪水水面線是比較合理的。

圖5 基于HEC-RAS模型建立的漢江上游東漢時(shí)期鄖西-鄖縣古洪水水面線Fig.5 Calculated water surface profiles of palaeoflood in Eastern Han Dynasty by using HEC-RAS model in Yunxi-Yunxian section of upper reaches Hanjiang River

4.2 漢江上游東漢時(shí)期古洪水演進(jìn)模擬研究

河道洪水演進(jìn)模擬是流域洪水預(yù)報(bào)與匯流計(jì)算的主要內(nèi)容和關(guān)鍵[31]。本文根據(jù)漢江上游的暴雨洪水特性，采用 《工程水文學(xué)》[32]中水利水電工程洪水設(shè)計(jì)的方法，選用白河水文站1983年8月實(shí)測(cè)洪水過(guò)程線作為典型洪水過(guò)程線，結(jié)合水文頻率計(jì)算，采用同倍比放大法（按峰值放大）設(shè)計(jì)求得了東漢時(shí)期古洪水事件的流量過(guò)程線，并根據(jù)水文站實(shí)測(cè)洪水過(guò)程線的特征對(duì)古洪水流量過(guò)程線進(jìn)行了修勻處理，然后采用HEC-RAS模型的非恒定流模塊對(duì)東漢時(shí)期古洪水事件進(jìn)行了演進(jìn)模擬研究。模擬了古洪水在鄖西-鄖縣河段的傳播過(guò)程，并可視化展示了古洪水在4個(gè)沉積剖面處的流量過(guò)程線和水位過(guò)程線。

由圖6可知，漢江上游東漢時(shí)期古洪水從研究河段上游的LJZ剖面演進(jìn)到下游河段LWD-A剖面，其洪峰傳播時(shí)間約為3 h。以漢江上游2010年 “7·18”洪水（Q＝21 400 m3/s）的洪峰傳播為例，洪峰從白河縣傳播到丹江口水庫(kù)歷時(shí)約12 h[33-34]，由此估計(jì)研究河段內(nèi)（鄖西-鄖縣段LJZ剖面至LWD-A剖面河段）洪峰傳播時(shí)間為4.5 h左右；經(jīng)走訪調(diào)查研究河段內(nèi)的村民得知，1983年8月特大洪水在研究河段內(nèi)的洪峰傳播時(shí)間約為4 h，據(jù)此判斷，東漢時(shí)期古洪水事件的演進(jìn)模擬研究是合理的。

通過(guò)對(duì)比古洪水在4個(gè)沉積剖面處的流量過(guò)程線與水位過(guò)程線可知，漢江上游鄖西-鄖縣段河道的調(diào)蓄對(duì)特大洪水的削峰作用不明顯。經(jīng)計(jì)算，洪水從研究河段上游的LJZ剖面演進(jìn)到下游LWD-A剖面，其洪峰流量?jī)H削減1.43%。由該河段典型河槽斷面形態(tài)可知（圖4），河槽斷面形態(tài)多為“V”型或 “U”型基巖峽谷，河段下伏基巖堅(jiān)硬且透水能力較差，故東漢時(shí)期古洪水在河段內(nèi)向下游演進(jìn)過(guò)程中損失較小，基本上很少發(fā)生滲漏和漫溢現(xiàn)象；再加上河道蜿蜒曲折極易導(dǎo)致洪水下泄不暢，水位雍高。這也是漢江上游特大洪水頻發(fā)的重要原因之一。綜上所述，基于HEC-RAS模型在鄖西-鄖縣段對(duì)東漢時(shí)期古洪水的演進(jìn)模擬研究是科學(xué)合理的。這對(duì)于漢江上游的洪水預(yù)報(bào)、認(rèn)識(shí)洪水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及防洪減災(zāi)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖6 漢江上游東漢時(shí)期4個(gè)剖面處古洪水水位過(guò)程線與流量過(guò)程線Fig.6 Palaeoflood stages hydrograph and discharge hydrograph of four profiles in the upper reaches of Hanjiang River in Eastern Han Dynasty

5 結(jié) 論

1）通過(guò)對(duì)漢江上游古洪水水文學(xué)研究成果的整理，并結(jié)合地層對(duì)比和光釋光測(cè)年，漢江上游安康-鄖縣段 LJT、XTC-B、LJZ、TJZ、QFC-B、LWD-A 6個(gè)黃土-古土壤沉積剖面中均記錄有距今1 900～1 800 a東漢時(shí)期（公元25-220年）的古洪水事件。

2）選取鄖縣-鄖西段分布較為集中的LJZ、TJZ、QFC-B、LWD-A 4個(gè)沉積剖面，根據(jù)適當(dāng)?shù)牡匦螖?shù)據(jù)和水文參數(shù)，基于HEC-RAS模型的恒定流模塊計(jì)算了東漢時(shí)期古洪水水面線，其模擬水位分別 為：186.03 m（LJZ）、185.16 m（TJZ）、168.20 m（QFC-B）、159.92 m（LWD-A）。與采用 “古洪水SWD厚度與含沙量法”恢復(fù)的古洪水水位相對(duì)比，誤差介于-0.18%～0.25%之間。此外，采用1983年特大洪水進(jìn)行了HEC-RAS模型的可靠性驗(yàn)證；經(jīng)計(jì)算，1983年特大洪水的模擬水位誤差介于-0.37%～0.26%之間。這說(shuō)明基于HEC-RAS模型計(jì)算的東漢時(shí)期古洪水水面線是可靠的，所選取的地形數(shù)據(jù)和水文參數(shù)合理的；同時(shí)也說(shuō)明4個(gè)沉積剖面頂層古洪水SWD可能記錄東漢時(shí)期一次古洪水事件。

3）在相同的研究河段，根據(jù)相同的地形數(shù)據(jù)和水文參數(shù)，基于HEC-RAS模型的非恒定流模塊對(duì)東漢時(shí)期古洪水事件進(jìn)行了演進(jìn)模擬研究。經(jīng)計(jì)算，東漢時(shí)期古洪水從河段上游的LJZ剖面演進(jìn)到下游的LWD-A剖面歷時(shí)約3 h，在洪水演進(jìn)過(guò)程中洪峰流量?jī)H削減1.43%。結(jié)合漢江上游2010年“7·18”洪水的演進(jìn)過(guò)程分析可知，這是因?yàn)樵摱螡h江為基巖峽谷河槽，對(duì)洪水的調(diào)蓄能力較弱，這符合漢江上游的洪水傳播特性。該研究對(duì)于充分認(rèn)識(shí)該河段的洪水運(yùn)動(dòng)規(guī)律和防洪減災(zāi)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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