從水資源變化趨勢(shì)探討中型水庫(kù)后汛期洪水資源化

潘自恒

(南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 南陽(yáng) 473000)

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從水資源變化趨勢(shì)探討中型水庫(kù)后汛期洪水資源化

潘自恒

(南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 南陽(yáng) 473000)

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加，伴隨工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，用水量與用水保證率需求的顯著提高與水資源緊缺矛盾愈來愈突出。例如，2013年河南省南陽(yáng)市部分縣城出現(xiàn)飲水困難，不得不利用趙灣水庫(kù)死庫(kù)容。如何提高現(xiàn)有水庫(kù)調(diào)蓄洪水的能力，以豐補(bǔ)枯，為最大限度地利用洪水資源，以南陽(yáng)市為例，從資源現(xiàn)狀、洪水管理、洪水利用、洪水資源化風(fēng)險(xiǎn)角度探討中型水庫(kù)后汛期洪水資源化是可行的，并提出洪水資源化的工程、管理、風(fēng)險(xiǎn)控制等措施。

關(guān)鍵詞：水資源;中型水庫(kù);后汛期;洪水資源化

根據(jù)水資源變化態(tài)勢(shì)，降雨、徑流呈減少趨勢(shì)，洪水量及峰值呈增加趨勢(shì)，可供利用的徑流總量呈減少趨勢(shì)，城鎮(zhèn)化水平的提高、人口的增加、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、工農(nóng)業(yè)用水呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)城市品位的提升，環(huán)境用水，生態(tài)用水量迅速增長(zhǎng)，加之河道的污染、水質(zhì)水量的萎縮，加速了水資源供、需矛盾。解決水資源緊缺問題，在做好水質(zhì)的保護(hù)、極大限度的節(jié)約用水、優(yōu)化配置、提高利用效率的基礎(chǔ)上，增加水資源的可供水量。在新建攔蓄水庫(kù)有限的情況下，通過對(duì)洪水的主動(dòng)管理，實(shí)施后汛期洪水資源化，提高現(xiàn)有水庫(kù)后汛期的蓄水量，是緩解這一矛盾的必不可少的途徑[1-2]。本文以河南省南陽(yáng)市為例，從資源現(xiàn)狀、洪水管理、洪水利用、洪水資源化的風(fēng)險(xiǎn)角度探討中型水庫(kù)后汛期洪水資源化的可行性。

1　南陽(yáng)市水資源的特點(diǎn)及水資源變化趨勢(shì)

1.1水資源特點(diǎn)[3-4]

1.1.1降水量

南陽(yáng)市多年平均降水量為826.4 mm，其中桐柏山區(qū)、伏牛山區(qū)西北部相對(duì)較多在1 100 mm左右，靠近中部的崗丘區(qū)降雨量較少在750 mm左右。

1.1.2降水特征

因受水汽補(bǔ)充條件和地理位置、地形的影響，降水在地區(qū)上和時(shí)程上具有以下特點(diǎn)：年際變化幅度大，全市平均降水量豐年年雨量為1 100 mm，是枯水年年雨量300 mm的3.7倍，東西兩崗地區(qū)變幅更大，達(dá)4.8倍；豐枯交替發(fā)生，亦可連續(xù)發(fā)生，連續(xù)時(shí)間常為2 a～3 a，最枯長(zhǎng)達(dá)5 a；降水年內(nèi)分配不均勻，汛期6月～9月降水量占全年的68%左右，豐水年可達(dá)75%以上，其中2000年市區(qū)最大3 a雨量占全年的30%；有明顯的地域分布規(guī)律，山前降水量大，在桐柏、南召一帶是暴雨中心，由此向山后及山前兩則遞減，如東大崗方城小史店降雨在900 mm以上，而距離較近的方城縣縣城則降到770 mm，呈現(xiàn)盆地邊緣多，中間崗丘區(qū)和平原區(qū)域較少。

1.1.3水質(zhì)[4-5]

(1)河流水質(zhì)：南陽(yáng)市淮河流域評(píng)價(jià)河段3個(gè)，評(píng)價(jià)河長(zhǎng)40 km，全年、汛期、非汛期Ⅰ類～Ⅲ類河長(zhǎng)均占70.0%，超標(biāo)河長(zhǎng)占30.0%，淮河流域水質(zhì)污染較輕。南陽(yáng)市長(zhǎng)江流域評(píng)價(jià)河段31個(gè)～35個(gè)，全年Ⅰ類～Ⅲ類河長(zhǎng)占83.0%，超標(biāo)河長(zhǎng)占17.0%，汛期、非汛期超標(biāo)河長(zhǎng)百分比分別為0.70%、23.6%，長(zhǎng)江流域水質(zhì)污染較輕，汛期水質(zhì)明顯好于非汛期。

(2)地下水水質(zhì):在南陽(yáng)市平原區(qū)91 421×104m3地下水中，Ⅰ類水為12 937×104m3，占總量的14.6%；Ⅱ類水為29 293×104m3，占總量的32.0%；Ⅲ類水為24 833×104m3，占總量的27.2%；Ⅳ類水為12 483×104m3，占總量的13.7%；Ⅴ類水為11 825×104m3，占總量的12.9%。劣質(zhì)地下水為24 308×104m3，占到總量的26.6%。

1.2水資源變化態(tài)勢(shì)

1.2.1降水量有所減少，且年際變化變大

從1956年—1979年和1980年—2005年系列分析，南陽(yáng)、方城、內(nèi)鄉(xiāng)、唐河和桐柏5個(gè)水文站降水量均值1980年—2005年系列比1956年—1979年系列分別減少29 mm、38 mm、18 mm、49 mm和24 mm。從降雨等值線圖分析，1956年—1979年系列沒有降水量小于700 mm的區(qū)域，1980年—2005年系列出現(xiàn)一部分均值小于700 mm區(qū)域。連續(xù)枯水年份明顯多于連續(xù)豐水年分，年際變化大，南陽(yáng)、方城和桐柏5個(gè)水文站降水量變差系數(shù)Cv值由1956年—1979年系列的0.24、0.26、0.25增加到1980年—2005年系列的0.28、0.36、0.31。

1.2.2境內(nèi)地表水產(chǎn)流量呈減少趨勢(shì)

地面產(chǎn)流量就南陽(yáng)市而言，1956年—1979年系列平均徑流深250 mm左右，徑流變差系數(shù)為0.55，對(duì)比徑流深等值線，現(xiàn)在平均徑流深普遍減少，大部分區(qū)域不足200 mm，徑流變差系數(shù)0.6，說明產(chǎn)流量在減少，減少20%以上，變幅卻在增大。

1.2.3可供利用水資源呈減少趨勢(shì)

由于流城坑塘洼地萎縮，河流的渠道化，自然河道的非連續(xù)化，城鄉(xiāng)硬化面積增加，水土流失的加劇，造成同頻率下的單次降水洪峰流量大，洪水歷時(shí)短，洪水位抬高，加大了棄水。且隨著降水的減少和地下水開采量的增加，平原區(qū)地下水位下降，降水入滲系數(shù)變小，地面入滲補(bǔ)給更少，可供利用的資源更緊張。

2　南陽(yáng)市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及供水平衡[5-7]

根據(jù)近期水資源規(guī)劃，南陽(yáng)市水資源總量68.43×108m3，其中地表水量61.69×108m3，地下水量24.99×108m3，重復(fù)水量18.24×108m3?？衫玫乇硭?4×108m3，地下水量7.6×108m3。

水資源開發(fā)利用工程為現(xiàn)有的水庫(kù)、塘壩，提引水等工程，多年平均設(shè)計(jì)供水能力21.6×108m3，實(shí)際可供水量約為14.18×108m3。其中蓄水工程22 453處，設(shè)計(jì)供水能力17.4×108m3；引水工程8處，設(shè)計(jì)供水能力1.04×108m3；提水工程809處，設(shè)計(jì)供水能力達(dá)3.18×108m3；蓄、引、提供水能力分別占供水能力總量比例為91.45%，2.30%、6.25%?，F(xiàn)有20座中型水庫(kù)設(shè)計(jì)供水能力3.12×108m3。需水量預(yù)測(cè)：根據(jù)南陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃指標(biāo)和用水定額，南陽(yáng)市2020年和2030年的需水總量分別為400 870×104m3和471 415×104m3，2015年—2020年間的年均增長(zhǎng)率為2.11%，2020年—2030年間年均增長(zhǎng)率為1.64%，其中2020年和2030年南陽(yáng)市區(qū)占南陽(yáng)市需水總量的20.86%、21.82%，隨著南陽(yáng)市區(qū)城區(qū)的不斷擴(kuò)大，新區(qū)建設(shè)，南陽(yáng)市區(qū)的需水量比例也在增加，到2030年南陽(yáng)市中心城區(qū)總需水量為10×108m3左右，比現(xiàn)狀年用水量增加了4×108m3[8]。

根據(jù)南水北調(diào)中線工程的分水方案分給南陽(yáng)市用于生活用水的可用水量為4.91×108m3，在不增加水源工程的情況下，南陽(yáng)市2020年缺水達(dá)5.89×108m3，2030年缺水達(dá)12.8×108m3，因此必須強(qiáng)化節(jié)水，開辟新的水源，充分利用洪水，使洪水資源化。

3　中型水庫(kù)后汛期洪水資源化的可行性

3.1容蓄能力

以南陽(yáng)20座中型水庫(kù)為例，中型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50 a～100 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)1 000 a～2 000 a一遇，且多為開敞式溢洪道，無閘控制，設(shè)計(jì)水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容和興利水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容相距甚大，全市20座中型水庫(kù)總庫(kù)容5.82×108m3，設(shè)計(jì)水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容4.02×108m3，興利庫(kù)容2.15×108m3，興利水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容2.95×108m3。興利水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容與設(shè)計(jì)水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容差值1.06×108m3，在不改變運(yùn)行工況情況下，相當(dāng)于10個(gè)中型水庫(kù)的興利庫(kù)容，為后汛期洪水利用提供了容蓄能力[9-10]。

3.2安全保障

水庫(kù)大壩安全是保證設(shè)計(jì)、校核標(biāo)準(zhǔn)下正常工況和非常工況下均滿足穩(wěn)定。正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位同屬于正常應(yīng)用工況，經(jīng)對(duì)20座水庫(kù)分析，正常應(yīng)用工況均以設(shè)計(jì)洪水位控制；對(duì)比設(shè)計(jì)和校核工況大壩壩頂高程的計(jì)算，壩頂高程也是設(shè)計(jì)工況控制，且目前已經(jīng)全部實(shí)施了除險(xiǎn)加固。后汛期蓄水位以設(shè)計(jì)水位控制，不改變水庫(kù)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，不改變水庫(kù)安全運(yùn)行工況，所以水庫(kù)安全標(biāo)準(zhǔn)為增加洪水?dāng)r蓄提供了安全保障。

3.3管理措施

信息處理、決策管理系統(tǒng)的健全和洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的日臻成熟，為洪水資源化提供了保證?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)的應(yīng)用，用各自的數(shù)學(xué)模型和信息交換技術(shù)使其耦合在一起，從而形成一個(gè)宏觀的決策支持系統(tǒng)。根據(jù)天氣形勢(shì)、可能降水概率、強(qiáng)度、面積、降水徑流預(yù)報(bào)、現(xiàn)狀情況下可能產(chǎn)生的洪水量級(jí)、對(duì)應(yīng)的可能洪水處理調(diào)度方案及評(píng)估、可能洪水量級(jí)和過程等，以信息采集技術(shù)的規(guī)范和進(jìn)步、先進(jìn)的儀器設(shè)備為依托，增強(qiáng)決策管理水平，適時(shí)攔蓄后汛期洪水。另外，工程管理的自動(dòng)化為洪水管理及水庫(kù)管理和后汛期的攔蓄、防洪、自動(dòng)控制提供了技術(shù)支撐，贏得泄洪、攔蓄時(shí)間。

4　中型水庫(kù)洪水資源化的措施

4.1工程技術(shù)措施

洪水資源化涉及到洪水管理的目標(biāo)、已建工程部分設(shè)計(jì)功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)的改變和調(diào)整、前汛期、后汛期等汛期時(shí)段劃分的研究和調(diào)整、汛限水位動(dòng)態(tài)管理、有關(guān)規(guī)范規(guī)程的修訂、洪水預(yù)報(bào)精度和預(yù)見期的滿足、調(diào)度技術(shù)的進(jìn)步、利益重新調(diào)整后的補(bǔ)償以及其他社會(huì)約束條件的調(diào)整等等。

為了保證洪水的最大限度利用，又不影響主汛期的防洪安全，必須保證主汛期的汛限水位不變，泄水建筑物的下泄過程和下泄流量不減小，在工程措施上需對(duì)現(xiàn)有開敞式改造，采用可調(diào)節(jié)閘壩，如自動(dòng)閘門、橡膠壩、液壓升降壩、合頁(yè)壩等運(yùn)用靈活的擋水建筑。閘壩寬度、閘壩底板頂高程以宣泄相應(yīng)校核標(biāo)準(zhǔn)洪水控制確定[11-12]。

4.2洪水管理措施

大洪水：發(fā)生頻率較小，但引起的損失較大，在水庫(kù)管理中敞泄為主，確保防洪安全，盡量減小災(zāi)害。

中常洪水：發(fā)生頻率較高，在保證防洪安全的同時(shí)，減淤減災(zāi)兼顧；對(duì)可能的水庫(kù)和河道淤積進(jìn)行分析，對(duì)可能引起的內(nèi)澇損失進(jìn)行評(píng)估，從而確定調(diào)度方案和調(diào)度過程。 小洪水和非汛期的平水：宜環(huán)境、供水、沖淤、生態(tài)兼顧，通過水庫(kù)調(diào)蓄，調(diào)控為可利用的水資源、城市環(huán)境用水和維持城市河道生命用水。 后汛期的調(diào)度以蓄水為主，保證次年非汛期水資源的安全。

4.3水庫(kù)運(yùn)行管理措施

作為洪水資源最大利用的水庫(kù)運(yùn)行管理主要在后汛期，在汛期閘壩處于完全開放狀態(tài)，保證汛限水位不抬高和泄洪能力不降低，在后汛期利用閘壩攔蓄汛未洪水至設(shè)計(jì)水位。這就要求水庫(kù)管理從單純的控制洪水向管理洪水轉(zhuǎn)變，從單一的防洪向以發(fā)展經(jīng)濟(jì)與保護(hù)環(huán)境為目標(biāo)的方向轉(zhuǎn)變，從單一的防洪向綜合利用洪水資源轉(zhuǎn)變。并借助以信息采集技術(shù)的規(guī)范和進(jìn)步、儀器設(shè)備先進(jìn)、增強(qiáng)管理水平。

4.4水庫(kù)洪水資源化的風(fēng)險(xiǎn)控制措施

中型水庫(kù)洪水資源化的風(fēng)險(xiǎn)：中型水庫(kù)后汛期洪水資源化的主要風(fēng)險(xiǎn)來源于非汛期的洪水發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)。在南陽(yáng)洪水史上曾出現(xiàn)11月份洪水和3月份洪水各一次，在非汛期出現(xiàn)洪水將給防洪和管理帶來極大的挑戰(zhàn)。因此必須建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，風(fēng)險(xiǎn)決策，風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策，預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制[12]。

4.5洪水管理的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及信息處理措施

建立綜合分析系統(tǒng)包括預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。從洪水管理的實(shí)際需要出發(fā)，在防汛通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)南陽(yáng)市流域內(nèi)雨洪規(guī)律、工程優(yōu)化調(diào)度運(yùn)用進(jìn)行研究，以信息資料為基礎(chǔ)，把洪水預(yù)報(bào)模型、洪水演進(jìn)理論，實(shí)用方法，專家經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合起來，建立非工程防洪系統(tǒng)，方便靈活地完成信息管理、洪水預(yù)警、預(yù)報(bào)、調(diào)度分析等，為洪水管理提供全面的服務(wù)。

水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)及時(shí)，準(zhǔn)確地采集、傳輸各測(cè)點(diǎn)的水情和雨情信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后作出聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，為防汛決策部門做出最優(yōu)調(diào)度方案提供依據(jù)。由于增長(zhǎng)了洪水預(yù)報(bào)的有效預(yù)見期和提高了洪水預(yù)報(bào)精度，可根據(jù)水情安排水庫(kù)錯(cuò)峰調(diào)蓄，以達(dá)到合理化調(diào)度，增加洪水資源效益[13-15]。

4.6系統(tǒng)理論和綠色國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)措施

洪水資源化，不是最大限度地滿足局部地區(qū)的部分人群的利益，而應(yīng)當(dāng)是服務(wù)于整體的、有利于長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展的要求。水庫(kù)攔洪雖然是實(shí)現(xiàn)洪水資源化的重要手段，但是，洪水資源化不單為讓水庫(kù)攔蓄更多的水，洪水資源利用規(guī)模確定，必須建立綠色國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系和風(fēng)險(xiǎn)損失，風(fēng)險(xiǎn)效益評(píng)價(jià)體系。主要包括后汛期資源的利用所產(chǎn)生的國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益，由后汛期蓄水變化引發(fā)的淹沒補(bǔ)償，環(huán)境、生態(tài)變化等全方位的國(guó)民經(jīng)濟(jì)各因素參與的評(píng)價(jià)。

4.7建立試點(diǎn)，示范帶動(dòng)

中型水庫(kù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中作用明顯，且數(shù)量較多，在后汛期洪水資源化過程中，建立試點(diǎn)，選擇水庫(kù)管理較好、大壩安全鑒定結(jié)論一、二類壩，歷年水文資料齊全，且水資源社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值都較大的水庫(kù)作為試點(diǎn)，進(jìn)行深入研究和試驗(yàn)性實(shí)施，取得成功時(shí)推廣。

5　結(jié)　語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平的提高、居民生活水平的提升，水資源需求不斷的增加，而地表產(chǎn)流的減少、水質(zhì)污染、水量萎縮，水資源更加緊缺，洪水資源化作為解決矛盾的重要手段，具有重要意義，尤其是數(shù)量多，潛力大的中型水庫(kù)，具有增加水量單位投資小、管理規(guī)范、運(yùn)行靈活的特點(diǎn)，通過工程措施、監(jiān)測(cè)措施，運(yùn)管措施，風(fēng)險(xiǎn)防預(yù)措施等，可以實(shí)現(xiàn)后汛期洪水資源化。

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ExploretheFloodwaterUtilizationofMedium-sizedReservoirsinPost-floodSeasonfromthePerspectiveofChangingTrendofWaterResources

PAN Zi-heng

(NanyangWaterConservancyArchitectureSurveyandDesignInstitute,Nanyang,Henan473000,China)

Abstract：With the development of economy and the increase of population,along with the process of industrialization and urbanization,the contradiction between water consumption and significant increase of water assurance rate and the shortage of water resources becomes more and more prominent.For example,the death capacity of Zhaowan reservoir was forced to supplement the municipal water supply due to the drinking water shortage in some towns of Nanyang,Henan during 2013.In order to improve the ability of managing floodwater of the existing reservoir in Nanyang and make the best use of flood resources by supplying dry season with rain season,the feasibility of floodwater utilization among medium-sized reservoirs was discussed from the prospect of present situations of the resources,floodwater management,as well as floodwater resourcing.Meanwhile the measures of engineering,management and risk control of floodwater utilization were proposed.

Keywords：water resources;medium-sized reservoir;post-flood season;floodwater utilization

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.045

中圖分類號(hào)：TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672—1144(2014)06—0223—04

作者簡(jiǎn)介：潘自恒(1968—)，男，河南南陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和研究工作。

收稿日期：2014-08-20修稿日期：2014-09-29