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1、长江流域水文分析计算史略（2000 年）提 要本文为韩承荣主编的长江志水文篇的一部分，全文 经过多次集体讨论修改后完成，其主要内容是叙述流域内各省市对设计暴雨、设计洪水 产流汇流计算、径流、泥沙分析 计算及水资源评价等的工作进展过程和成果记录，其中 对 丹江口水库和三峡水 库的水文分析计算的史略较为详实。关键词：水文分析计算 水文手册 水文图集 设计洪水 三峡水利枢纽 丹江口水利枢纽水文分析计算是水利水电和有关工程建设中规划设计工作的重要组成部分，为工程项目的规划、设计、施工和管理提供水文数据和成果，是研究工程项目经济合理性、技术可行性的重要依据。水文分析计算工作的主要内容包括：基本资料的收集
2、和整理统计；设计洪水计算；设计暴雨及产、汇流计算；径流分析计算；泥沙分析计算；水资源评价及地下水、水情、水质等专项水文分析计算。早期长江流域水利工程建设只是主事者根据对水文现象、河道水流变化的简易观察和一些朴素认识与体验来进行，虽然也有成功的实例，如都江堰工程、运河工程等，但因缺乏水文资料，不可能进行水文分析计算，致失败者屡见（如南阳方城间运河），甚至造成严重危害。近代水文科学传入中国以后，长江流域水利工程建设开始作些简单的水文分析计算工作，如云南螳螂川水电站在民国初年进行过径流计算。其后扬子江水道讨论委员会、扬子江水利委员会、长江水利工程总局，曾将长江主要水文测站资料整理统计刊用。江苏白茆闸
3、、安徽华阳闸、湖北金水闸、四川綦江渠化工程都曾进行粗略的水文分析。三峡工程的勘测、规划及江汉整治计划中，曾应用汉口、宜昌及有关地区水文资料进行过粗略分析。1931 年、1935 年大洪水后曾对洪水形成原因、汉口与汉江碾盘山洪峰流量，运用数理统计频率分析，估算其重现期。当时的分析方法比较简单，加之战患频仍，政局动荡，工程建设维艰，即令有个别项目兴建，亦均赖外国人设计施工，水文分析计算工作难以开展。建国后，随着江河的开发治理和水利工程建设，长江流域水文分析计算工作迅速发展，成为水利水电工程及国民经济建设的一项重要基础工作。其技术发展约以 70 年代后期为界，大致可分为两个阶段：第一阶段，主要侧重于
4、流域开发治理中的规划、设计、施工和水利枢纽建设中的水文计算问题，并多以洪水分析计算为主，到 60 年代后期已形成了适合长江特点的、比较完整的一套分析计算方法，并在较多经验的基础上编制设计洪水规范、水文计算规范等技术文件，统一了标准；第二阶段，由于水资源开发、利用、管理和保护问题日益突出，对防洪调度系统的研究、河口及沿海开发地区的水文计算、城市水文及生态环境变化过程中水文规律的相应变化及其相互影响等新课题不断提出，近 20 多年来的水文计算围绕这些问题的研究，取得了新的进展。经过 40 多年来的实践和研究，长江流域的水文分析计算技术发展已具有自己的特色：（1）在设计洪水计算方面，由单纯对已发生大
5、洪水资料的直接使用，到根据数理统计理论，运用随机模拟方法，从气象方面分析暴雨洪水的成因，进而发展到统计、成因有机综合的水文气象途径；同时，从计算坝址设计洪水到研究入库设计洪水也有可喜的进展。（2）在水文资料应用方面，由仅仅应用短期少量实测水文资料，到充分利用我国历史文化悠久、文献典籍丰富的优势，查考历史雨情、水情记载，延展水文资料系列；尤以利用现代技术分析估算历史洪水的量级和重现期，具有开创性特色，其经验已得到国际水文界的重视。（3）在频率计算方面，在广泛分析各种经验频率公式的基础上，提出了多个特大洪水加入的经验频率计算公式。（4）在产、汇流方面，成功地研制出不同条件下的产流模型和实用的汇流曲
6、线。（5）在可能最大降水计算方面，长委会在国内最先将气象与水文结合，进行可能最大降水计算研究，提出了大面积长历时可能最大降水计算的一系列方法，并对水汽净输送量、对流模式等方法进行改进和创新。长江流域水文分析计算的主要经验可概括为：重视基本资料；深入系统调查研究历史洪水和古洪水；加强综合分析，做好合理性检查；不断改进分析计算方法，提高成果精度和可靠性。流域内开展水文分析计算的单位除水利系统的水文和设计部门外，还有能源、交通、铁道、农业、林业等部门的勘测设计机构和科研机构，以及河海大学、成都科技大学、武汉水利电力大学等高等院校，也结合教学生产，开展了这些工作。本章主要记述设计洪水计算；设计暴雨计算
7、；区域水文计算；水资源评价与分析和典型工程水文计算等。关于径流分析计算，因其分析计算方法基本上与设计洪水相同，有的工作内容已在有关章节中述及，而水利规划和某些专项工作所需设计径流的分析计算将在本志其他篇章中记述。第一节 设计洪水计算设计洪水是根据流域洪水形成的客观规律，结合工程任务、规模和要求而拟定的某一设计标准的洪水。设计洪水计算的内容主要包括：推求设计洪峰流量、不同时段的设计洪水总量、设计洪水过程线，有时还需要提出设计洪水的地区组成和分期设计洪水等。根据工程性质和水文资料条件的不同，往往采用不同的计算方法。本节主要记述用流量资料推求设计洪水。一、基本资料的整理分析根据设计洪水计算的需要，应
8、搜集和整理流域自然地理概况、流域和河道特征、流域的暴雨和洪水特性、现有水利设施和水土保持措施等资料。对设计洪水所依据的暴雨洪水资料和河道特征资料要重点进行复核。资料复核是在资料整编的基础上，侧重大水年、观测质量较差的年份进行复查，研究解决水文观测、整编遗留的重大技术问题。在 50 年代，水位资料复核着重资料的连续性和合理性。60 年代，积累以前的经验，侧重测站基面采用是否统一，检查引测水准点的高程是否可靠，核定水尺零点高程的变化等方面。对于流量资料，建国以前及建国初期的测站多用浮标测流，复核此时期的资料，多采用水量平衡原理检查，特别注意浮标系数、借用断面是否适当等方面的问题；以后随着流速仪法普
9、遍应用，资料复核侧重简测法、水面一点法是否有足够的精测比测分析。70 年代以后，随着国民经济的发展，人类活动对水文影响日益突出，流域内水利水电工程增多，洪水系列的下垫面基础不一致。这一时期的流量资料应还原到同一基础，还原的方法一般为水量平衡法和建库前后峰量相关法等。如实测洪水系列较短或实测期内有缺测年份，为使洪水系列增长和连续，增加统计资料的精度，需要进行插补延长。插补延长的方法有：上下游或邻近流域相关法；洪峰和洪量相关法和暴雨洪水相关法等。插补延长方法长期以来变化甚少，建国初期由于测站稀少，允许应用辗转相关法；随着测站增多，此法已基本上不再使用。对暴雨资料的插补延长，50 年代曾应用站年法；
10、随着测站增加，多直接移用邻站资料和应用暴雨等值线插补，有时也应用暴雨洪水关系插补面平均暴雨资料。设计洪水分析计算要求具有较长系列的水文资料作基础。用短期资料计算设计洪水，成果代表性较差，但是当充分考虑历史洪水资料以后，计算成果的代表性可以得到显著改善。据早期所建一些大型水库统计，在使用了历史洪水资料以后的设计洪水数据经多次复核计算，始终比较稳定，本流域丹江口水利枢纽就是一个典型的例子。在设计洪水计算中充分运用调查的历史洪水或历史暴雨资料，提高计算精度，是长江水利水电工程建设实践中开创的一条重要经验。（一）“35.7”暴雨调查资料的整理与分析1935 年 7 月上旬，长江流域发生了一次特大暴雨（
11、简称“35.7”暴雨）。这次暴雨是中国有雨量观测资料以来的最大暴雨之一，为长江流域有记录以来强度最大的一次暴雨。分布面积广、强度大、持续时间长，造成澧水、清江、汉江、三峡区间下段及中下游严重的洪水灾害。建国前水文工作非常薄弱，站点很少，仪器设备差，观测精度不高，有的甚至是伪造的，不能反映暴雨的真实情况。位于清江下游隔河岩水利枢纽水文分析，急需弄清这次暴雨的成因。乃以上海徐家汇气象台和南京北极阁气象台绘制的东亚地面天气图为依据，分析暴雨发生前后的大气环流背景及该年 7 月 27 日暴雨天气过程，掌握了这次暴雨强度特大、持续时间长、暴雨期间雨区位置稳定少变、暴雨带长轴走向（不是常见的东西向，而是南
12、北向）等特点及其成因，据以对雨区内 13 个雨量站的观测资料进行对照分析，否定了其中 5 个站，调整了 3 个站，为暴雨等值线图绘制打好基础。暴雨等值线的绘制，主要依据实测雨量资料，参照现场调查定性定量分析估计成果，考虑地形影响及雨情水情地区分布情况、天气过程特点，并以调查洪水或实测洪水控制主要流域的时空分布，在水量平衡基础上进行调整。五峰、兴山两个大暴雨中心，根据实测数据及调查的洪水资料，经水量平衡，结合地形条件，反复分析计算，予以认定。在分析暴雨等值线梯度大小及轴向时，注意了山脉走向，山坡陡度对水汽输送抬升和屏障的作用。这样，绘制出 7 月 37 日的 5d 总雨量等值线和分日雨量等值线，
13、以及 7 月 110 日、35日、46 日的 10d 和 3d 总雨量等值线。以上成果充分运用了暴雨调查资料，进行了较细致的考证和合理性分析，提高了成果可靠性，为清江隔河岩和汉江丹江口水利枢纽设计洪水计算提供了依据，曾获水电部科学技术进步奖。（二）1870 年洪水过程线调查资料的整理分析对于 1870 年的洪水，有关省市及长办进行了多次反复的调查，收集渝宜间沿江洪水题刻 90 余处，指认洪痕 250 余处，以及历史文献档案数百篇。通过各河段调查到的最高水面线分析，便能较可靠的推算洪峰流量，但如何推算出洪水的进程分配则很困难。后来又通过调查资料及文献，发现清同治十三年（公元 1874 年）编写的
14、万县志采访事实记有 1870 年洪水上涨过程的描述，涪陵李渡镇居民的水账和忠县乌洋溪调查资料也有该年洪水涨落过程的参证资料；又从万县、巫山调查到紧接 1870 年主洪峰后的第二次峰的描述。于是乃以万县志采访事实为基础进行分析计算，按其描述过程，确定万县水位，并把涪陵、忠县、巫山的调查水位均演算到万县，这样得出一个完整的、具有前峰大、后峰小的双峰型万县洪水过程线如表 2-1-23。根据万县站的水位流量关系，由水位过程换算出流量，再将此流量过程以洪流演进方法演算到宜昌，其结果与宜昌当地调查的洪峰基本一致，从而为葛洲坝和三峡水利枢纽设计洪水提供了重要依据。这一成果载入洪水调查（水利电力出版社 197
15、8 年出版）一书，作为应用调查历史洪水资料进行洪水过程线分析的典型实例。表 2-1-23 万县站 1870 年洪水过程调查分析成果日 期农 历 公 历水 位（吴淞基面 m） 确 定 根 据六月十五日 7 月 13 日 120 万县志采访事实：“江水泛”六月十六日 7 月 14 日 127 万县志采访事实：“没河岸”六月十七日 7 月 15 日 134.5 万县志采访事实：“啮城根”六月十八日 7 月 16 日 141 万县志采访事实：“署照墙”六月二十日 7 月 18 日 156 万县志采访事实：“县署淹及平屋”六月二十二日 7 月 20 日 149 乌洋溪教书先生记录：“庙子退出来了”，中间
16、用历年大水退水线连接六月二十六日 7 月 24 日 133.5 巫山调查指认资料：“退到三间屋”七月四日 7 月 31 日 143 巫山调查指认资料：“复涨到府右街”，中间用历年大水退水线联接七月十六日 8 月 12 日 125 中间用历年大水退水线联接（三）古洪水资料调查整理河流发生大洪水时，往往漂流着由流域面上带来的孢子、花蕊、草木、碎叶、根茎等杂物，而当洪水趋于平稳转退水阶段，又沿程停留或沉积于河岸的滞流处，如洞穴、凹壁、回流区等，然后又为泥土或坡积物所掩埋，得以长久保存下来。如通过调查勘测在沉积物顶面中采取样品，进行检测分析，可得到多种信息：对古洪水平流沉积物顶面的高程和沉积环境加以测定，判析古洪水的最高水位；在实验室中测定所取样品中有机物的 14C 放谢性强度，按衰变原理可推算出古洪水发生的年代；同次洪水沉积物可在河段中多处发现，因而可定出洪水比降，据此可估算古洪水流量
