汉江上游郧县段北宋时期古洪水事件研究
发布时间：2021-01-06 10:32
古洪水水文学研究是全球变化研究领域的前沿科学。通过对近年来古洪水成果的整理发现,汉江上游郧县段4个沉积剖面——晏家棚（YJP）、尚家河（SJH）、归仙河口（GXHK）和弥陀寺（MTS）均记录有北宋时期（960～1 127 CE）的古洪水事件。通过对4个沉积剖面所在河段的研究,根据实测的河槽断面数据、水文参数以及设计推求的古洪水流量过程,采用HEC-RAS模型模拟了北宋古洪水的演进过程及古洪水水面线。此外,采用2010年"7·18"洪水进行了模型的可靠性验证。结果表明:与调查的古洪水水位相比,4个沉积剖面处的模拟水位误差介于-0.31%～0.34%之间,说明这4个沉积剖面极有可能记录一次古洪水事件;洪峰在研究河段内演进历时约1.15 h且削减不足1%,这符合研究河段的洪水传播特性。该研究对于认识汉江上游特大洪水的演进规律具有重要的科学意义,为流域的洪水设计、洪水预测及防洪减灾提供一定的基础数据与科学支撑。
【文章来源】：干旱区地理. 2020,43(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
汉江上游北宋时期4个古洪水沉积剖面的地层年代对比
准确的掌握河道洪水的运动规律，对于流域内的洪水预报、防洪减灾以及洪灾风险评价具有重要的实践意义。在国外，古洪水水文学研究已广泛应用于洪灾风险评估和洪水设计[35-36]。洪灾风险评估是对未来可能发生的同等量级的洪水事件进行模拟并预报，以此作为制定洪灾对策和减少洪灾损失的重要依据。BENITO等[35-36]在欧洲委员会基金项目（SPHERE）的资助下研究了一套基于水力学模型并联合古洪水和历史洪水数据的洪灾风险评价方法，可视化的淹没范围及淹没水深为流域特大洪水的洪灾风险预警提供了基础数据。美国陆军工程兵团（USACE)[37]也指出在做出水文、水利决定时应适当应用古洪水信息，而且可以采用一维/二维水力模型（HEC-RAS、MIKE系列模型等）对古洪水进行水位/流量推算，或根据实测洪水过程线设计洪水过程，对古洪水进行演进模拟研究，以便将模拟结果应用于洪水预测和洪水风险评价中。ALHO等[28]采用二维水力模型对米苏拉（Missoula）特大洪水进行了演进模拟研究，并分析了在3种假设流量过程模式下的淹没水深及流速分布情景。这些研究都为古洪水的演进模拟研究提供了科学依据。图5 基于HEC-RAS模型模拟的4个剖面处的古洪水水位过程线与流量过程线
由于实测洪水记录中特大稀遇洪水事件在短期内发生的概率较小，因此，其洪水水面线的计算和洪水运动规律的研究也较少涉及。本文通过实地考察及地层对比研究，确定了4个沉积剖面中记录的北宋古洪水事件。根据实测的地形数据及水文参数，基于HEC-RAS模型的恒定流模块（Steady flow）反演了古洪水的水面线（图4），并可视化显示了古洪水的水深和流速（图5）。通过HEC-RAS模型的多次试算与误差校核，当模拟洪峰水位与实地调查的古洪水洪峰水位达到最佳吻合时，洪峰流量的模拟值为57 500 m3·s-1[33-34]；该值介于4个沉积剖面洪峰流量的重建值之间[10-13]。由表1和图4可知，4个沉积剖面处的模拟水位分别为：YJP剖面，178.10 m;SJH剖面，176.86 m;GXHK剖面，170.55m;MTS剖面，169.18 m。与实地调查的古洪水洪峰水位相对比，模拟误差介于-0.31%～0.34%之间。基于相同的地形数据及水文参数，采用白河水文站2010年“7·18”洪水的实测流量过程线对HEC-RAS模型进行了可靠性验证。由图4可知，2010年洪水的洪峰模拟水位与研究河段内实地调查的9处洪痕所指示的洪峰水位较好吻合，其模拟水位误差介于0.12～0.71 m之间，相对误差在-0.18%～0.32%之间。此外，2010年“7·18”洪水水面线除在研究河段下游MST剖面附近略有雍水现象之外，其水面线与北宋古洪水水面线基本平行。经实地考察得知，MTS剖面处的雍水现象主要受丹江口大坝的影响。丹江口大坝的修建及加高在一定程度上减弱了其上游河段（MTS剖面附近河段）的水动力环境，在抬高了河流水位的同时沉积了部分泥沙，以致研究河段下游出现雍水现象。经验证，本文基于HEC-RAS模型模拟的郧县段北宋古洪水水面线是科学合理的；所选取的河槽断面数据和水文参数较为可靠。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无定河下游全新世古洪水研究[J]. 李晓刚,黄春长,庞奖励. 干旱区地理. 2020(02)
[2]气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化[J]. 张国宏,张冬峰,赵永强,田国珍,安炜. 干旱区地理. 2020(02)
[3]近60 a来内蒙古极端降水时空变化及其影响[J]. 马爱华,岳大鹏,赵景波,胡倩. 干旱区研究. 2020(01)
[4]淮河上游卢庄段全新世古洪水水文恢复研究[J]. 王兆夺,黄春长,查小春,庞奖励,周亚利,李晓刚. 干旱区地理. 2018(02)
[5]汉江上游北宋时期洪水事件的沉积记录和文献记录对比[J]. 靳俊芳,殷淑燕,王学佳. 山地学报. 2016(03)
[6]Major elements in the Holocene loess-paleosol sequence in the upper reaches of the Weihe River valley,China[J]. WAN Honglian,HUANG Chunchang,PANG Jiangli. Journal of Arid Land. 2016(02)
[7]湖北弥陀寺汉江段北宋时期古洪水研究[J]. 郑树伟,庞奖励,黄春长,周亚利,查小春,卞鸿雁. 自然灾害学报. 2015(03)
[8]汉江上游晏家棚段全新世古洪水研究[J]. 吉琳,庞奖励,黄春长,查小春,周亚利,刘涛,王蕾彬. 地球科学进展. 2015(04)
[9]汉江上游郧西段归仙河口剖面全新世古洪水事件研究[J]. 毛沛妮,庞奖励,黄春长,周亚利,查小春,郑树伟,周亮. 水土保持学报. 2014(02)
[10]汉江上游郧县尚家河段全新世古洪水水文学研究[J]. 刘建芳,查小春,黄春长,庞奖励,周亚利,张玉柱,卢越. 水土保持学报. 2013(02)
硕士论文
[1]汉江上游北宋时期特大历史洪水考证研究[D]. 刘嘉慧.陕西师范大学 2017
本文编号：2960412
【文章来源】：干旱区地理. 2020,43(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
汉江上游北宋时期4个古洪水沉积剖面的地层年代对比
准确的掌握河道洪水的运动规律，对于流域内的洪水预报、防洪减灾以及洪灾风险评价具有重要的实践意义。在国外，古洪水水文学研究已广泛应用于洪灾风险评估和洪水设计[35-36]。洪灾风险评估是对未来可能发生的同等量级的洪水事件进行模拟并预报，以此作为制定洪灾对策和减少洪灾损失的重要依据。BENITO等[35-36]在欧洲委员会基金项目（SPHERE）的资助下研究了一套基于水力学模型并联合古洪水和历史洪水数据的洪灾风险评价方法，可视化的淹没范围及淹没水深为流域特大洪水的洪灾风险预警提供了基础数据。美国陆军工程兵团（USACE)[37]也指出在做出水文、水利决定时应适当应用古洪水信息，而且可以采用一维/二维水力模型（HEC-RAS、MIKE系列模型等）对古洪水进行水位/流量推算，或根据实测洪水过程线设计洪水过程，对古洪水进行演进模拟研究，以便将模拟结果应用于洪水预测和洪水风险评价中。ALHO等[28]采用二维水力模型对米苏拉（Missoula）特大洪水进行了演进模拟研究，并分析了在3种假设流量过程模式下的淹没水深及流速分布情景。这些研究都为古洪水的演进模拟研究提供了科学依据。图5 基于HEC-RAS模型模拟的4个剖面处的古洪水水位过程线与流量过程线
由于实测洪水记录中特大稀遇洪水事件在短期内发生的概率较小，因此，其洪水水面线的计算和洪水运动规律的研究也较少涉及。本文通过实地考察及地层对比研究，确定了4个沉积剖面中记录的北宋古洪水事件。根据实测的地形数据及水文参数，基于HEC-RAS模型的恒定流模块（Steady flow）反演了古洪水的水面线（图4），并可视化显示了古洪水的水深和流速（图5）。通过HEC-RAS模型的多次试算与误差校核，当模拟洪峰水位与实地调查的古洪水洪峰水位达到最佳吻合时，洪峰流量的模拟值为57 500 m3·s-1[33-34]；该值介于4个沉积剖面洪峰流量的重建值之间[10-13]。由表1和图4可知，4个沉积剖面处的模拟水位分别为：YJP剖面，178.10 m;SJH剖面，176.86 m;GXHK剖面，170.55m;MTS剖面，169.18 m。与实地调查的古洪水洪峰水位相对比，模拟误差介于-0.31%～0.34%之间。基于相同的地形数据及水文参数，采用白河水文站2010年“7·18”洪水的实测流量过程线对HEC-RAS模型进行了可靠性验证。由图4可知，2010年洪水的洪峰模拟水位与研究河段内实地调查的9处洪痕所指示的洪峰水位较好吻合，其模拟水位误差介于0.12～0.71 m之间，相对误差在-0.18%～0.32%之间。此外，2010年“7·18”洪水水面线除在研究河段下游MST剖面附近略有雍水现象之外，其水面线与北宋古洪水水面线基本平行。经实地考察得知，MTS剖面处的雍水现象主要受丹江口大坝的影响。丹江口大坝的修建及加高在一定程度上减弱了其上游河段（MTS剖面附近河段）的水动力环境，在抬高了河流水位的同时沉积了部分泥沙，以致研究河段下游出现雍水现象。经验证，本文基于HEC-RAS模型模拟的郧县段北宋古洪水水面线是科学合理的；所选取的河槽断面数据和水文参数较为可靠。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无定河下游全新世古洪水研究[J]. 李晓刚,黄春长,庞奖励. 干旱区地理. 2020(02)
[2]气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化[J]. 张国宏,张冬峰,赵永强,田国珍,安炜. 干旱区地理. 2020(02)
[3]近60 a来内蒙古极端降水时空变化及其影响[J]. 马爱华,岳大鹏,赵景波,胡倩. 干旱区研究. 2020(01)
[4]淮河上游卢庄段全新世古洪水水文恢复研究[J]. 王兆夺,黄春长,查小春,庞奖励,周亚利,李晓刚. 干旱区地理. 2018(02)
[5]汉江上游北宋时期洪水事件的沉积记录和文献记录对比[J]. 靳俊芳,殷淑燕,王学佳. 山地学报. 2016(03)
[6]Major elements in the Holocene loess-paleosol sequence in the upper reaches of the Weihe River valley,China[J]. WAN Honglian,HUANG Chunchang,PANG Jiangli. Journal of Arid Land. 2016(02)
[7]湖北弥陀寺汉江段北宋时期古洪水研究[J]. 郑树伟,庞奖励,黄春长,周亚利,查小春,卞鸿雁. 自然灾害学报. 2015(03)
[8]汉江上游晏家棚段全新世古洪水研究[J]. 吉琳,庞奖励,黄春长,查小春,周亚利,刘涛,王蕾彬. 地球科学进展. 2015(04)
[9]汉江上游郧西段归仙河口剖面全新世古洪水事件研究[J]. 毛沛妮,庞奖励,黄春长,周亚利,查小春,郑树伟,周亮. 水土保持学报. 2014(02)
[10]汉江上游郧县尚家河段全新世古洪水水文学研究[J]. 刘建芳,查小春,黄春长,庞奖励,周亚利,张玉柱,卢越. 水土保持学报. 2013(02)
硕士论文
[1]汉江上游北宋时期特大历史洪水考证研究[D]. 刘嘉慧.陕西师范大学 2017
本文编号：2960412
本文链接：https://www.wllwen.com/shekelunwen/zgtslw/2960412.html
