大汶河洪水資源化開發(fā)利用淺析

侯世文

(山東省泰安水文水資源勘測局,山東泰安 271000)

0 前言

我國北方水資源貧乏和黃河水資源短缺的嚴峻形勢制約經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展,水資源短缺對大汶河流域的洪水資源化開發(fā)和利用提出了要求。開源節(jié)流,綜合治理,是大汶河包括東平湖水庫在內(nèi)的全流域的任務(wù)。隨著黃河下游地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展,引用黃河水量越來越大,加之黃河流域近年來持續(xù)干旱,來水偏少,水資源匱乏的矛盾日益突出。摸清大汶河洪水資源狀況,在確保防洪保安全的情況下,科學開發(fā)利用洪水資源意義重大。

1 自然地理概況

大汶河是黃河在山東省境內(nèi)的唯一支流,位于山東省中部的泰山南麓,發(fā)源于號稱沂蒙七十二崮之首的旋崮山北麓,匯泰山山脈、蒙山支脈諸水,流經(jīng)新泰、萊蕪至泰安大汶口納柴汶河后稱大汶河,古稱汶水。流域北以泰山山脈與大沙河、玉符河、小清河流域分界,東以魯山與淮河流域的沂河分界,南以蒙山及其支脈與淮河流域的泗河、洸府河為界,西部為黃河。自東向西流經(jīng)萊蕪、新泰、泰山、岱岳、肥城、寧陽、汶上、東平等縣、市、區(qū),又經(jīng)東平湖注入黃河,全長 208 Km,流域面積8536.5 Km2,約占全省面積的 5.5%。大汶河孕育了大汶口文化,是中華文明的發(fā)祥地。

該流域上游多為山區(qū),下游為丘陵平原。山區(qū)約占總控制面積的 75%,丘陵平原約占 25%。山區(qū)主要以青石山和砂石山為主,主要巖石為花崗巖,花崗片麻巖和部分灰?guī)r、石灰?guī)r、砂礫石等。丘陵平原為第四紀沉積巖,同時也有變質(zhì)巖。土壤性質(zhì)多為砂土、亞砂土、砂壤土。上游山區(qū)的植被條件一般青石山區(qū)植樹造林較好,草皮生長較密,水土流失不嚴重,而砂石山區(qū)植樹造林較差,草皮生長不好,水土流失較重。

2 流域水文氣象特性

大汶河流域位于溫帶季風區(qū),屬典型的大陸性季風氣候。多年平均氣溫 12.6℃,無霜期在 200天以上,四季分明,冬季多偏北風,夏季多偏南風,總的旱澇特點是春旱夏澇、晚秋又旱、旱多澇少,流域多年平均降水 711.1 mm。大汶河屬季節(jié)性、山溪性河流,主要以大氣降水為補給來源。洪水陡漲陡落,一般洪水歷時為 12～48 h之間,漲水歷時在4～8 h之間。洪峰持續(xù)時間較短,洪峰流量年際變差大。大汶河洪水組成:一般性洪水 60%～70%多來源于大汶河北支,而 30%～40%則來源于大汶河南支。

3 大汶河水資源特點

3.1 降雨量

大汶河流域多年平均降水 711.1mm,降水隨時空變化較大,主要表現(xiàn)在:降水年際間變化較大,豐枯比達 2.92;降水年內(nèi)分配不均,主要集中于汛期的 6～9月份,約占全年降水量的 70%,而汛期降水又多集中于幾場暴雨之內(nèi),如 1957年全年降水 871.3 mm,僅 7月份降水就達 501.8 mm,占全年降水的 57.6%;降水在地域上分布不均,總的趨勢是降水山區(qū)多于平原,東部多于西部;降雨具有豐、枯交替出觀、周期變化和持續(xù)時間較長的規(guī)律,如 1961～1964年的豐水期,年平均降水為 930.5mm,比多年平均多30.9%,1986～1989年的枯水期,年均降水 502.0 mm,比多年平均少 29.4%。由于降水的時空變化較大,因此流域內(nèi)水旱災(zāi)害時常發(fā)生。

3.2 徑流地區(qū)分布特性

大汶河河川徑流主要由降水補給,年徑流在地區(qū)上的分布趨勢同年降水一致,由于徑流受下墊面的影響十分明顯,年徑流深地區(qū)分布總趨勢是:東部大西部小,從山區(qū)至平原逐步減少,上游山區(qū)多年平均徑流深 200多mm,而地處平原區(qū)的東平湖沿黃一帶的徑流深不足 100 mm。由東北向西南逐步遞減。

3.3 水資源變化特征

徑流量年際變化幅度大,豐、枯水年份交替出現(xiàn),并伴有連豐或連枯的情況發(fā)生。大汶河 1961～1964年為連續(xù)豐水年,這 4年平均年徑流量為 33.27億 m3,是 1952～2005年平均年徑流量的 3.06倍,最大實測年徑流量為 60.7億 m3;而1986～1989年 4年為連續(xù)枯水年,這 4年平均年徑流量為1.91億 m3,尤其 1989年大汶河干流戴村壩站出現(xiàn)全年斷流。徑流量在年內(nèi)分配上變化十分劇烈,汛期洪水暴漲暴落,容易形成水災(zāi),枯水期徑流量很小,甚至河川斷流。大汶河年徑流量 80%以上集中在 6～9月份。

4 大汶河水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù) 1956～2000年長系列資料分析,大汶河流域多年平均降水量 711.1mm,折合水量 60.7億 m3。多年平均天然河川徑流量為 16.68億 m3,多年平均地下水資源量為 14.34億 m3。流域內(nèi)多年平均淡水資源總量為 23.91億 m3,占全省總量的 7.9%。大汶河水資源總量成果見表 1。大汶河上游已建大、中型水庫 22座,小型水庫 117座,總庫容 14.9億 m3,興利庫容 9.6億 m3。根據(jù)流域內(nèi)現(xiàn)狀水利工程運用狀況,按 2000年流域內(nèi)實際供水量分析,現(xiàn)狀年地表水供水量為 4.22億 m3,地下水多年平均可供水量為 11.67億 m3,水資源總供水量為 15.89億m3,大汶河水資源實際開發(fā)利用程度見表 2。

表1 大汶河水資源總量成果表(1956～2000年)億m3

表2 大汶河現(xiàn)狀年實際水資源開發(fā)利用程度表億m3

由上表可知:地表水資源開發(fā)利用率為 25.3%,地下水資源開發(fā)利用率為 81.4%,流域內(nèi)水資源綜合開發(fā)利用率為66.5%。大汶河流域水資源尚具有一定的開發(fā)利用潛力,尤其是地表水資源利用程度較低,低于全省 32.1%的開發(fā)率,這主要表現(xiàn)在汛期洪水資源的開發(fā)利用程度不高,工程非工程措施不得力,造成寶貴的水資源白白流失。

5 大汶河流入東湖水量分析

大汶河歷年實際入東平湖水量分析計算,以戴村壩水文站為控制斷面,資料系列從 1952～2005年,統(tǒng)計歷年實測逐日平均流量,分析計算歷年斷面全年和 6～9月份的徑流量,以此分析大汶河歷年實際流入東平湖水量,大汶河控制站戴村壩水文站設(shè)計徑流成果見表 3。

表3 大汶河控制站戴村壩水文站設(shè)計徑流成果表(1952～2005年) 億 m3

經(jīng)分析計算,大汶河多年平均實際流入東平湖水量為10.83億 m3,汛期為 8.75億 m3,占全年的 80.8%。當 P=10%時,汛期占全年的 90.5%;當 P=20%時,汛期占全年的83.2%;當 P=50%時,汛期占全年的 64.9%;當 P=90%時,汛期占全年的 29.4%。由此可見,大汶河多年平均實際流入東平湖水量較大,且年際變化劇烈,年內(nèi) 80%集中在汛期。特枯水年份,流入東平湖水量很少,保證率 95%時僅為0.71億 m3,說明枯水年份洪水更為寶貴。

水庫密集分布在上游山區(qū)大汶河的南、北支流上,受前期蓄水量和降雨區(qū)域、降雨強度等影響,年際攔截水量不均衡,對中小洪水的影響較大,對大洪水影響不明顯,最大不超過 4億 m3。因此,進入東平湖老湖的水量在時間分布上也表現(xiàn)不均衡。

6 洪水資源化開發(fā)利用措施

按照科學發(fā)展觀的要求,開發(fā)利用大汶河洪水資源,促進洪水資源化應(yīng)采取下列措施:

6.1 對上游已有大、中型水庫進行除險加固工程建設(shè)

大汶河流域水庫均分布在上游山區(qū),至今已建大中型水庫 22座,小型水庫 117座,除大型水庫和部分中型水庫溢洪道由閘門控泄且已完成了水庫除險加固工程外,其余水庫溢洪形式全為天然敞泄式,而且需要除險加固提高現(xiàn)有工程的蓄水能力,有條件的地方規(guī)劃新建中、小型水庫。通過水庫除險加固工程和大中型水庫優(yōu)化調(diào)度動態(tài)汛限水位等措施可增加利用洪水資源約 0.8億m3。

6.2 梯級開發(fā)建設(shè)攔河工程,增加中游攔蓄利用量

圍繞中下游堤岸做文章,盡最大可能地攔蓄天然降雨、徑流,按不同比降段修建攔河閘壩,以河建庫層層攔蓄,蓄泄并舉;結(jié)合水網(wǎng)建設(shè)總體規(guī)劃,按照不同支流水系,修建新的蓄水工程。大汶河綜合開發(fā)工程計劃六年建設(shè)完成,具體為大汶河干流埠陽莊大橋至戴村壩河段和大汶河支流柴汶河谷里大橋上游河段。包括新建、改建攔河壩 15座,新建攔河壩 9座,即:埠陽莊攔河壩、泉林湖工程 1號攔河壩、泉林湖工程 2號攔河壩、汶口 2號攔河壩、辛莊攔河壩、谷里攔河壩、東都攔河壩、小協(xié)攔河壩、羊流攔河壩。改建 6座,即:顏謝攔河壩、汶口 1號攔河壩、磚舍攔河壩、堽城攔河壩、琵琶山攔河壩、戴村壩。攔河蓄水工程全部建成后,總攔蓄水面長度可達 56.55公里,形成水面 5.8萬畝,總體攔蓄水量0.93億 m3。

6.3 退田還湖,還原東平湖的調(diào)蓄庫容

由于多年來降雨量偏低,黃河來水少,東平湖蓄滯黃河洪水機遇少,盡管大汶河每年都有大量來水入湖,基本上是來多少排多少,只起到了排水渠的作用。由于庫區(qū)死水位較小,致使湖區(qū)周邊大量土地出露,湖區(qū)群眾便逐漸圈圍種田,又不斷逐年進行加修,便形成了目前大大小小近 9處封閉圈,圈圍面積約 54.6平方公里,約占老湖區(qū)面積的四分之一,大大削減了老湖區(qū)的有效庫容。為還原水庫容量,擴大水域面積,搞活水產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)濟,提高蓄水供水能力,需征得各級政府的支持,深入發(fā)動群眾動,制定措施成立一個以政府為主導(dǎo),以當?shù)厝罕姙橹黧w積極參與的風險基金會,引導(dǎo)群眾加快退田還湖計劃的實施。

6.4 加高加固東平湖堤防,加大蓄水量提高防洪強度

無論從當前還是從今后的長遠發(fā)展需要,東平湖都應(yīng)該充分發(fā)揮其綜合運用功能。小浪底水庫的運用為東平湖水庫提供了新的運行良機,現(xiàn)已基本具備了發(fā)揮綜合運用功能的條件,若進行長期較高水位蓄水運用,還需進行加高、加固。分階段最終將老湖設(shè)計防洪水位從目前 44.5 m的運用水位,提高至 48.0 m,可凈增水資源量 7億 m3。通過加固工程的實施,實現(xiàn)加大汶河洪水資源蓄積量,進而提高水資源利用率。

4.5 開發(fā)利用豐富的地下水資源

湖西區(qū)地下水儲藏豐富,地下水埋深一般在 1～3 m,東平湖西地下水與黃河地表水及東平湖水有著密切的水力聯(lián)系。地表水有側(cè)向補給使地下水徑流條件好,富水性強,特別是在開采條件下,可獲得大量的激發(fā)補給。

6.6 強化洪水資源化的管理

實現(xiàn)洪水資源化,要求防洪調(diào)度更科學、更靈活,根據(jù)黃河、大汶河來水的具體情況,實施不同的調(diào)度方式。同時,洪水的資源化對預(yù)報提出了更高的要求,要把洪水資源化的風險降到最小,必需要有完善的預(yù)報系統(tǒng)與其相適應(yīng)。隨著水利工程項目帶水文政策的落實,大汶河流域大中型水庫正全面開展水文設(shè)施建設(shè),通過增設(shè)水文站點,建立完善防災(zāi)減災(zāi)信息系統(tǒng),開展全流域洪水風險分析和洪水風險圖編制,加強洪水預(yù)報和洪水調(diào)度,充分合理調(diào)蓄配置洪水資源實現(xiàn)洪水資源化。