第1章 绪论
1.1 研究背景
洪水灾害是突发性强、发生频率高、破坏力大的气象灾害之一。在全球造成损失的各种自然灾害中，洪涝占40%，热带气旋占20%，干旱和地震灾害各占15%，其余的自然灾害仅占10%[1]。近年来，在全球气候变暖的大背景下，极端降水事件呈增加趋势，洪水灾害发生的频率和强度日益加剧。同时，随着现代人类经济的高速发展以及城市化的快速推进，人口向沿河、沿海等发达地区集中，洪水灾害造成的损失呈逐年上升趋势[2]。国际紧急灾难数据库( EM-DAT)自然灾害统计资料显示[3]，1949～2013年，世界范围内不同规模、不同频次的洪水灾害发生了2600余次，造成约2800亿人口受灾，经济损失高达3572.65亿美元，约170个国家和地区受到洪水灾害的威胁。尤其是20世纪80年代以来，全球范围内洪水灾害频次不断增加，灾害引起的人员伤亡和经济损失剧增。以美国为例，洪水灾害造成的经济损失由20世纪初的13.6亿美元增加到了20世纪末的55.6亿美元，增长了3倍。而且，联合国政府间气候变化专门委员会( IPCC)第五次评估报告和近年来对极端降水变化趋势预估成果[4，5]，均指出全球气候变化引发的极端降水事件增加，必将导致未来洪水灾害发生的频率增加。
我国处于欧亚大陆东部，经纬度跨度广，季风气候区面积大而且分布广，也是世界气候异常的脆弱区域[6]。由于受欧亚大陆与太平洋、印度洋水体热力性质差异和副热带高压带及西风带季节性迁移等因素的影响，在时间上，降水主要集中在夏秋季节，年际变率大，且空间分配极不均匀；在空间上，呈东多西少、南多北少以及从东南沿海向西北内陆递减的规律。同时，我国地形起伏大，复杂多样，地势西高东低，呈三级阶梯状分布。我国特殊的地形地势决定了主要江河水系河网密布、支流多呈树枝状分布、自西向东入海的总体走势[6]。而且，我国人口众多，主要集中分布在几大江河的冲积平原以及河谷川地与盆地地带，这些地区社会经济发达，受洪水灾害威胁*大[7]。在大范围的强降雨天气背景下，河流上中游的径流迅速由支流汇入干流，向下游汇集，下游河流比降较小，多为人口和财富集中分布的平原地区，排泄不畅，极易引发洪水灾害。
我国古代典籍中对历史时期的洪水灾害多有记载，如早在2500年前的先秦时代，《管子度地》就有“五害之属，水*为大”记载[8]。4000年以前的鲧禹治水故事，说明上古时期我国存在一段洪水灾害多发期[9]。除此之外，考古学家也发现了如芍陂、都江堰、郑国渠等一系列历史时期防洪减灾的水利设施，佐证了我国历史时期洪水灾害多发[10]。而且，据不完全统计[11]，自公元前206年（秦汉时期）到公元1949年的2155年间，我国共计发生可考查的洪水灾害1100次左右，平均每两年发生1次。1950～2000年，几乎每年都有不同规模的洪水灾害发生，在此期间，洪水灾害累计受灾面积达47800万 km2，房屋倒塌1亿余间，死亡人数达26.3万人[12]。
当前，随着我国经济的高速发展，我国境内因洪水灾害导致的经济损失有逐年攀升的趋势。20世纪90年代以来，全国年均洪水灾害损失约达1100亿元，相当于同期国内生产总值的1%～2%[13]。特别是1998年，发生在长江、松花江、嫩江的大洪水，全国34个省级行政区中有29个受到了洪水灾害的侵袭，受灾人口2.23亿人，死亡4150人，直接经济损失达2460亿元[14，15]。进入21世纪以来，我国洪水灾害频发，对我国造成的社会经济损失呈增长趋势(图1-1)，尤其2010年的洪水灾害对我国造成的直接经济损失高达3505亿元，一些严重的洪水灾害甚至导致了大规模的受灾人口需要转移和安置[16-21]。而且，陈活泼[5]等对21世纪末中国极端降水事件的变化进行研究发现，逐渐增强的东亚夏季风环流，增大了输送到我国的水汽，使得我国年降水量将显著增加，这表明在全球气候变化的大背景之下，未来我国仍将面临洪水灾害的严重威胁，防洪减灾任务艰巨。
图1-1 我国2000～2015年暴雨洪水灾害损失情况[16-21]
汉江是长江*大的支流，发源于秦岭南麓陕西省汉中市宁强县大安镇的嶓冢山，其干流自西向东流经陕西、湖北两省，在武汉汇入长江，全长1577km，流域面积1.59×105km2。其中湖北省丹江口以上流域为汉江上游，长925km，流域面积约为9.52×104km2[22]，是南水北调中线工程的重要水源地。汉江上游地形以河谷盆地与峡谷相间分布为主，河网密布，且支流多为山溪性河流，比降大，暴雨天气下极易形成产汇流，往往峰高量大，涨落急；本区属北亚热带边缘湿润季风气候区，雨量充沛，降雨量年内分配极不均匀，其中5～10月降水量占全年降水量的80%，且米仓山和大巴山是秦岭南部典型的暴雨中心区，7～9月经常会出现历时短、强度高的局部暴雨天气，极易引发洪水灾害。据统计[23]，汉江上游自公元前208～公元2010年，共发生洪水灾害336次，平均每6.6年发生1次，年平均洪灾损失达到4.452亿元。而位于汉江上游秦巴腹地的安康市，是关中-天水经济区、汉江经济区和成渝经济区的几何中心，人口密集，经济发达，其特殊的地理位置，使安康市洪水灾害频繁发生，经济损失惨重。例如，1983年7月31日安康洪灾是1949年以来安康市受损失*大的一次洪水事件，洪水使安康市老城区基本被淹，倒塌房屋30000余间，冲毁农田2000hm2，死亡约870人，直接经济损失达4.1亿元[22]；2010年7月18日安康洪灾，造成老城区和部分郊区被淹，直接经济损失约7.87亿元。
然而，曹丽娟等[24]研究未来气候变化对黄河和长江流域水文极端事件的影响时指出，未来汉江流域发生洪水的可能性增大。作为我国南水北调跨区域水资源调配工作中线工程起点的汉江上游，承担着我国北方地区绝大部分省份的水资源补给重任，从科学的角度认识汉江上游洪水灾害的发生演变规律，并制定行之有效的防洪救灾对策成为当务之急。
但是，我国现有实测洪水系列时间尺度仅为数十年，*长不到百年。在洪水风险评价中，依据短尺度实测资料来评价洪水风险必然会产生较大的误差[25]。虽然20世纪70年代我国水利工作者根据历史文献中的洪水资料，结合碑记、石刻等洪水标记，定量重建了一些河流的历史特大洪水水位、流量等[26，27]，以尽量取得较为久远和可靠的历史洪水资料，起到延长水文系列，提高设计洪水精度的重要作用。但是，这些重建的历史洪水时间尺度仅在百年内，对于时间久远，缺乏碑记、石刻等的长尺度历史特大洪水，即使历史文献中有大量记载生动翔实的洪水事件，但几乎都以定性描述为主，定量重建研究并不多见。
古洪水研究是当前全球气候变化研究的前沿课题，研究发生在历史时期及其以前未被人们观察或者记录的而被地表沉积物记录的特大洪水事件[28，29]，它是水文过程对极端性气候事件的瞬时响应。依据沉积记录的信息载体——古洪水滞流沉积物，利用第四纪地质学、年代学和水文学等多学科交叉方法，可以定量重建洪水的年代、水位、流量，获得河流超长时间尺度特大洪水序列信息，弥补现代水文观测资料的不足。目前，美国、法国、西班牙等学者已在这方面研究取得了显著成果[28-33]，我国学者也在长江、黄河、淮河等河流做了大量的研究工作[34-36]。我们的研究团队近年来在黄河干流、渭河流域开展了一定的古洪水水文学研究，并有一系列的研究成果在高层次的刊物发表[37-72]。
近年来，我们的研究团队在对汉江上游开展古洪水水文学研究时[73-110]，发现 T1阶地前沿黄土-古土壤沉积剖面中，距离地表20cm深度内含有东汉、北宋时期的特大洪水滞流沉积物，这就为我们考证研究历史特大洪水事件提供了材料。为此，本书首先总结和整理我们的研究团队近年来针对汉江上游的古洪水研究成果，然后收集和整理汉江上游及其周边的历史文献记载，对汉江上游沉积记录的东汉、北宋时期古洪水事件进行年代考证，并采用 HEC-RAS(hydrologic engineering center-river analysis system)模型进行洪水模拟计算，*后结合实测洪水序列和历史调查洪水数据，对汉江上游洪水灾害严重的安康段进行洪水风险评价。该研究结果不仅延长了汉江上游洪水序列，而且也为汉江上游水利工程建设、水资源管理和防洪减灾等提供了重要的水文资料。
1.2 国内外研究进展
1．历史洪水灾害研究
国外专家学者在20世纪下半叶开始关注历史洪水在洪水发生频率分析中的重要地位。1968年，Benson和 Dalrymple[111]首次在洪水频率曲线拟合中用到历史洪水资料，认识到洪水发生频率分析中历史洪水起着很重要的作用。20世纪60年代末～80年代初，美国学者 Wolman和 Miller[112]、Mackin[113]、Tinkler[114]将历史洪水与实测洪水的误差纳入计算洪水频率，一定程度上提高了洪水频率计算的精度。
20世纪80年代之后，国外专家学者围绕历史资料对洪水频率分析的重要指示作用进行了研究，认为历史资料中的洪水信息，可以延长洪水序列，提高数据的可靠性和洪水重现的精确度。例如，英国学者 Sutcliffe[115]以英国的约克、诺丁汉和诺里奇等地区为例，根据桥梁修复痕迹、历史文献记录以及居民口述记录等信息来研究洪水的发生规律，延长研究区洪水序列，并指出增加洪水研究尺度的重要可靠来源为历史文献记录。 Sutcliffe[115]还在书中提到，中国拥有丰富悠久的历史文化资料，运用历史文献记录来研究洪水发生规律，不仅可以为区域防洪工程设计提供可靠的数据依据，也可以延长区域洪水序列。英国学者 Hosking和 Wallis[116]运用计算机模型评价了历史资料数据对洪水频率分析的重要性，他们认为洪水序列和历史特大洪水记录都来自其分布极值和分布分位数，许多模型都验证了分位数的评估是准确和可行的。波兰学者 Strupczewski等[117]运用计算机模型，验证了洪水频率研究中历史特大洪水记录的重要性，认为历史洪水记录可以提高洪水频次统计和洪水测年的准确度。可见，国外水文学学者也发现历史资料对洪水频率分析具有重要的指示作用，可以延长洪水序列，并能提高洪水重现的精确度和数据的可靠性。
我国文化深厚，史料丰富，有关水旱灾害的记载从未间断，这为我国从事历史时期洪水研究的学者提供了有价值的历史参考。我国学者在民国时期就开始了对于史书文献中历史洪灾灾害的研究。上海国立暨南大学史地系教授陈高佣[118]通过对中西做比照分析，运用编年体的记载方式，将我国历史时期两千多年间(自秦朝至清朝)的自然灾害记录划分为了水灾、旱灾、内乱、外患等六大部分，为我国学者研究历史时期的洪水灾害提供了更加清晰明确的数据指导。邓云特[119]通过整理历史文献资料，首次将我国历史时期(从远古至民国时期)的自然灾害记录做了统计整理分析，研究了其发生情况和发展演变规律，并分析了各类自然灾害产生的原因及联系等，*后从多方面对各类自然灾害做了影响分析和比较研究。
自1949年以后，我国历史洪水的研究迎来了朝气蓬勃的发展时代。袁林[120]将我国历史上西北地区的不同自然灾害进行了逐一统计分析，对研究西北地区不同历史时期洪灾的情况提供了有利的数据支撑。史辅成等[26]从宏观的角度描述了黄河流域的洪灾发生状况，并进一步分析了黄河流域洪灾特征以及发生频率，进而对历史洪水数据逐条进行分析统计，*后取得了洪水的定量分析的成果。王绍武和黄建斌[121]结合史料文献的记载，探究了气候变化与中华古文明兴衰的关系，尤其是洪水事件对古文明的影响。满志敏[122]对我国不同时期的历史文献记载的洪水灾害进行了等级分类和参数化分析，重建了我国东部不同地区的旱涝演变序列，并总结了我国历史时期洪水灾害的时空特征。葛全胜等[123]对我国历朝历代的气候干湿状况进行了对比研究，建立了千年尺度的旱涝序列，分析了气候变化与朝
展开
