基于HEC-RAS模型的丹江流域史前大洪水水文学重建研究

Only a few decades of measured flood data and the historical flood data of hundreds of years have greatly restricted the accuracy of design flood in the construction of water conservancy and hydropower projects and the construction of traffic engineering. The Danjiang basin is the water source of the Middle Route South-North Water Transfer Project. The reasonable scheduling and transformation of the resources and energy of flood is gradually increasing. Sedimentary records of the pre-historical great floods events and their peak stages will be identified based on field observation, measurement, sediment sampling and laboratory analysis. These flood events will be dated by using OSL dating and historical dating methods. The peak stages and discharges of these pre-historical great floods will be reconstructed by using p HEC-RAS hydraulic models. The flood data series will be extended to a 10,000-year time-scale in the Danjiang River. The relations of flood discharge-occurrence frequency within a timescale of 10,000 years will be established by using the composed data series of the pre-historical great floods, historical floods and modern floods recorded in hydrological gauge stations. In the design flood, the extension will be changed into interpolation. These results are very useful in utilizing water resources and water energy and mitigating of flood disasters along the Danjiang River. They are of great importance in revealing the relations between extraordinary flood events and monsoonal climatic change, and in understanding the responses of hydrological system to global change in the Danjiang River.

仅仅数十年的实测洪水数据和史料记载的仅数百年的历史洪水数据，极大地限制了水利水电工程建设与交通工程建设中 “设计洪水” 的精度。丹江流域是南水北调中线水源地，对洪水资源化、能源化的合理调度和转化的要求逐渐升高。通过野外考察观测、采样和室内实验分析，获得史前大洪水事件及其洪峰水位的沉积学证据，结合光释光测年技术，确定这些洪水事件的发生年代。采用古洪水水文学方法和HEC-RAS模型恢复其洪峰水位和洪峰流量，将丹江流域洪水水文数据延长到万年尺度。结合实测洪水和历史洪水建立万年尺度洪水流量与频率关系，在“千年一遇”、“万年一遇”的设计洪水中由外延转变为内插，从而提高设计精度。同时将以丹江现代实测大洪水水位和流量为基础数据，来对史前大洪水水文恢复的精度进行验证和误差分析。这对于丹江流域水资源及水能源开发和防洪减灾等具有现实意义。对大洪水事件发生的气候背景及全球变化的响应具有重要的科学意义。

在全球气候变化背景下，极端气象水文事件发生频率和强度悄然增加。丹江是南水北调中线水源地，也是丹江口水库重要的支流，然而数十年的实测洪水数据极大地限制了水利水电工程建设与交通工程建设中“设计洪水”精度。通过对丹江流域广泛细致地野外考察，在丹凤棣花（DH）、商南楼子滩（LZT）和商南西湾（XW）三个地点都发现史前大洪水滞流沉积物（SWD）夹在全新世黄土古土壤剖面中。史前大洪水SWD是全新世期间丹江大洪水悬移质泥沙溢出主河槽沉积形成。通过OSL测年和地层对比发现这些丹江特大洪水事件发生在距今9000-8500年之间和4200-3800年之间。在商南LZT地点运用古洪水SWD厚度含沙量法（Slackwater flow depth）恢复古洪水洪峰水位介于404.4-412.5m之间；运用HEC-RAS模型重建古洪水洪峰流量介于8570-23350m3/s之间。通过对丹江商南LZT河段2010年大洪水洪痕调查，恢复重建洪峰流量为2110m3/s，与实测值（2060m3/s）相比，误差仅为2.91%。说明在丹江流域使用该方法对古洪水洪峰流量进行恢复重建切实可行，重建结果合理可靠。该研究将丹江流域洪水水文数据延长到万年尺度，为“千年一遇”、“万年一遇”设计洪水的精确计算提供基础数据。对于丹江流域水资源、水能源开发以及防洪减灾具有一定的现实意义。对大洪水事件发生的气候背景及全球变化的区域响应具有重要的科学意义。. 在完成好丹江流域史前大洪水调查与研究的基础上，在无定河下游、淮河上游和南洛河下游都开展了全新世古洪水研究。综合对比研究发现，全新世大洪水事件发生气候转折阶段，因为在全球气候波动与突变过程中，大气环流异常造成暴雨洪水频繁发生，即古洪水事件是对全球气候变化的区域响应过程。另外基于该项目在丹江流域还开展了洪水灾害危险性评价研究和山洪灾害损失评估及防御措施研究两项工作，为丹江流域防洪减灾政策制定与决策部署提供科学参考。