基于洪水资源利用的干支流水量调配可行性研究
——以吉林省白城市为例

李　想，刘正茂，赵子龙

(黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨 150090)



基于洪水资源利用的干支流水量调配可行性研究
——以吉林省白城市为例

李想，刘正茂，赵子龙

(黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨 150090)

摘要：干支流交汇区储水空间丰富，而干支流的水文系列常常存在差异，以吉林省白城市干支流嫩江和洮儿河为例，首先，对区域的蓄水特征及容量进行分析，确定可利用的洪水频率上限为P=5%；其次，对两河年、汛期6-10各月的丰枯特性进行分析，得出两河有27.3%的年份嫩江对洮儿河存在年径流补偿特性，50.9%的年份存在月径流补偿特性，6-10各月的径流补偿率分别0.2、0.27、0.25、0.27和0.2；再次，对汛期两河径流集中时段、峰现时间及其概率分布进行分析，得出两河存在时间补偿特性，为适时机引干流洪水资源提供参考；最后，提出洪水资源利用要因时因地制宜，结合区域蓄水特点和干支流来水特点分时段考虑，为安全高效利用洪水资源提供保障。

关键词：干支流交汇区；白城；水文补偿特性；洪水资源利用

1洪水资源利用的背景及意义

中国的河流大多为季节性河流，洪水年内高度集中和年际剧烈变化，洪涝灾害存在的同时，旱灾也较严重。’98洪水过后，各地旱情严重，长江流域2000、2001年发生大旱[1]，造成大面积农作物死亡，吉林西部的干旱半干旱地区的干旱从2000年到2010年长达10 a之久[2]，近年来海河流域供水严重失衡，出现城市缺水、环境污染和生态环境恶化[3]，黄河断流现象头些年前也时有发生[4]，气候变化和人类活动引起的水文极端现象也越来越明显[5]，年际之间的差异越来越剧烈，大旱和大涝现象频繁出现，流域上下游之间的用水不均等现象也越来越突出，在这样的背景下，本着传统蓄洪的思想观念，结果就是：1)枯水年蓄水，上游截水，下游断流，旱灾严重；2)平水年蓄水，调度原则保守和单一，错过有利时机蓄水，区域水资源不足；3)丰水年蓄水，因风险因素估计过高而放弃蓄水，洪水资源没有充分利用。

洪水资源的利用是新时期对洪水看法的一个转变，2003年，国家防办调研报告第一次正式提出了洪水资源化的内涵[6]，认为洪水治理应从“控制洪水”向“洪水管理”转变。之后全国各地陆续开展了洪水资源化实践[7-9]，洪水资源化的启示从美国而来，早期，密西西河沿岸“唯堤论”思想使得大洪水来临造成了重大灾害，此后美国顺应洪水特点，给洪水让地，修建蓄滞洪区、利用低洼地蓄水和建造生态河滩来涵蓄水源[10]。

2干支流交汇区的洪水资源利用现状及利用特点

洪水资源的利用思路主要有两种：一是在汛期对水库进行安全科学地调度；二是对水库以外的天然湿地、泡沼、蓄滞洪区、灌区和沟渠连通的通河系统进行调度，使洪水游走于这些区域，不仅存蓄洪水资源供生产生活和生态需水利用，而且可以补充地下水供非汛期使用和改善生态。干支流交汇地区水系发达，天然蓄水空间丰富，为洪水资源化提供了可能，我国的洪水资源利用主要集中于水库的调度较多，对天然湿地湖泡蓄滞洪区的蓄水研究较少，目前海河流域进行了此类的研究[12-13]，取得了大量的研究成果，刘建卫等对平原地区的洪水资源利用方法进行了详细的阐述[14]，王雪妮等分析了泡沼蓄洪的风险与效益[15]，对泡沼蓄洪模式进行了总结。

干支流地区的洪水资源利用涉及干流和支流两方面的来水，一般分为引支流洪水段和干支流结合引洪水段进行分析，针对各水量年份和来水过程，首先考虑支流的洪水利用方案，在充分引蓄支流的洪水过程的基础上，利用有利蓄水时机引蓄干流的洪水资源，使区域的可利用洪水资源量增加，综合考虑区域蓄水空间，使洪水资源安全有效地蓄在水库、湿地、泡沼和灌区中，针对不同的水量年份有区别地进行调度。白城市蓄水示意图如下图1所示：

图1　白城市蓄水示意图

3干支流水文特性差异分析

3.1河流基本情况

洮儿河为嫩江的一级支流，两河位于干旱半干旱地区的吉林省白城市平原地区，全市多年平均降水量392.06mm，70%集中于汛期的几个月内，多年平均蒸发量1839.1mm，两河的河流概况如下表1所示，白城市水系图及研究区域如图2所示：

表1　嫩江与洮儿河河流概况对比

图2白城市水系图及研究区域

3.2区域可利用蓄水空间及可利用洪水频率阈值

洪水主要集中于汛期的几个月内，充分利用汛期的有利时机蓄水，对干旱半干旱地区的白城市来说，意义重大，，区内大小泡沼星罗棋布，森林、草原、沼泽、江河湖泊相间分布，纵横交错，构成典型的湿地多样性景观。白城市的主要可蓄水空间主要有水库、湿地、泡沼和灌区，可利用蓄水空间如下表2所示：

表2　可利用蓄水空间

注：灌区蓄水容量指的是灌区需水量，灌区以亩均600m3计。

白城市的总蓄水容量28.71 亿 m3，则可以蓄滞洮儿河的洪水频率为P=7%的洪水，若不考虑风险因素，最大蓄水容量为36.9 亿 m3，所对应的洪水频率为P=5%，因此白城市洪水资源可利用阈值上限为5%。当洮儿河洪水资源不足时，可考虑从嫩江引干流洪水资源，据资料，洮儿河90%以上的年份来水量都处在可利用蓄水容量范围内，因此，洮儿河的洪水资源利用效益大于风险，白城市的总需水量达50 亿 m3/a，在支流蓄水不足的情况下，适时适量引蓄干流的洪水资源具有现实意义。

3.3干支流遭遇规律及径流补偿特性分析

虽然干支流河系在系统上是连接的，但是，由于干支流所跨区域较大，形成洪水的天气系统略有差别，洪水形成的量级和时间则有差异。对白城市1956—2010年的年径流量资料进行分析，运用距平百分比法[16]进行河流丰枯特性分类，寻找干支流之间的水文联系，两河的历年距平百分比对比如下图3所示：

图3　嫩江、洮儿河年径流量距平百分比对比

分析得出，55 a中，洮儿河平水年11 a，占总统计年数20%，丰水年15 a，占总统计年数的27.3%，枯水年29 a，占总统计年数的52.7%，嫩江平水年20 a，占总统计年数的36.4%，丰水年15 a，占总统计年数的27.3%，枯水年20 a，占总统计年数的36.4%。洮儿河易枯水且枯水程度较大，嫩江平水年居多，水量上趋于稳定，两河年际丰枯交替频繁，经常出现连续丰水年和连续枯水年系列。干支流的遭遇规律如下表3所示：

表3　嫩江和洮儿河遭遇规律

分别对55 a中6—10月份各月的月径流量进行统计，以嫩江丰水、洮儿河平水或枯水或嫩江平水、洮儿河枯水记为可利用时段，认为存在径流补偿条件，补偿率记为存在径流补偿的月数或年数除以总统计月数或年数，统计干支流月遭遇规律和月径流补偿率结果如下表4所示：

表4　嫩江和洮儿河主要月份丰枯情况

以上分析数据表明：从年径流量分析，有27.3%的年份存在径流补偿条件，从月径流上分析，汛期6—10月份有50.9%的年份存在径流补偿条件，其中6月份的径流补偿率为0.2，6月份为0.27，8月份为0.25，9月份为0.27，10月份为0.2，汛期可根据干支流交汇区的蓄水情况，应用干支流的径流补偿规律，在保证安全的前提下，抓住有利的蓄水时机引蓄干流洪水资源。

3.4干支流峰现时间和概率及时间补偿特性分析

分别对洮儿河和嫩江汛期1956—2010年5—11月各旬径流量资料进行分析，统计各旬的径流量分布，发现洮儿河的旬径流量最大值分布比嫩江靠前，洮儿河的洪水一般早于嫩江洪水，嫩江洪水起涨缓慢，洮儿河洪水起涨迅速，结束早于嫩江，嫩江退水相对于洮儿河来说，持续时间较长，水量级别大，为后期利用干流洪水资源提供条件，各旬径流量分布图如下图4所示：

图4　洮儿河、嫩江的旬径流量分布图

统计嫩江与洮儿河的洪峰出现时间也可以发现，洮儿河洪峰出现比嫩江靠前的概率较大，一般情况下，洮儿河洪水洪峰过后，嫩江洪水才会到来，洮儿河洪水过后，有大量的过境干流洪水经过，而此时的洮儿河的洪水过程已结束，干支流之间存在时间补偿特性，因此，在充分利用洮儿河的洪水资源的基础上，抓住有利蓄水时机适时适量地引蓄嫩江洪水资源是可取和高效的，两河的峰现时间及其概率分布如下图5所示：

图5　嫩江、洮儿河峰现时间及概率分布

4干支流洪水资源利用原则及实践经验

干支流洪水资源的利用应因地制宜和因时制宜，不同的干支流水量组合年份调度原则则不相同，在洮儿河枯水年份，由于上游的拦截导致下游缺水现象严重，重点考虑引蓄嫩江干流洪水资源；在洮儿河平水年份，最大限度安全地将洮儿河沿岸各蓄水空间蓄水，适当考虑风险因素，并视时机合理引蓄嫩江洪水资源；在洮儿河丰水年份，各蓄水空间可引蓄空间少，主要考虑引水风险，适时适量地引蓄洮儿河洪水资源，根据交汇区后汛期蓄水情况安全截蓄嫩江退水。

洪水资源的利用是按照一定的步骤逐步开展的，水利工程是基础，科学调度时前提，是工程措施与非工程措施有机结合的多阶段的决策过程，分为“规划设计”“预案制定”“实时管理”三个步骤[17]，在确定区域洪水资源利用方式的前提下，根据中长期水文预报制定洪水调度预案，结合短期洪水预报和实时工情，做出洪水实时调度决策，干支流交汇区各丰平枯水年的调度原则见表5：

表5　丰平枯水年洪水资源调度原则

2003年至今，白城市对干支流交汇区的洪水资源利用进行了一系列的实践，2003年引嫩江洪水7 亿 m3入月亮泡水库、莫莫格湿地；洮儿河方面实施了“引察济向”，为向海湿地补水6 600 万 m3；2004年，白城市抓住嫩江的春汛，为嫩江沿岸水库、泡塘、湿地引蓄洪水3 亿多 m3，6月下旬洮儿河为向海湿地送水近1 亿 m3；2005年嫩江发生了较大的洪水，白城市科学调度，适时引蓄嫩江和洮儿河洪水近10 亿 m3，使全市多年干涸及缺水的水库、湿地和泡塘蓄上了水。2013年汛期，嫩江发生了20 a一遇洪水，洮儿河发生了自1998年以来的最大洪水，白城市利用引洮分洪河道向向海水库、泉眼泡、四海泡等水库泡塘供水，共分洮儿河洪水2.60 亿 m3，在增加区域水资源量的同时，有效地减轻了月亮泡水库的防洪压力。

5结论

在水库洪水资源利用日趋成熟的今天，水库外蓄水空间的洪水资源利用研究还处于初级阶段，综合利用天然湿地、泡沼、灌区及沟渠的湖库连通系统承担的风险小，成本低，效益显著。干支流交汇区为典型利用天然蓄水空间的有利区域，结合区域的蓄水特点以吉林省白城市嫩江和洮儿河干支流交汇区为例，分析干支流水文特性和洪水资源利用原则，得出以下结论：

1)干支流交汇区蓄水空间丰富，根据白城市的蓄水空间确定可利用洪水频率阈值上限为P=5%。

2)白城市干支流之间存在径流补偿特性和时间补偿特性，从年径流系列分析有27.3%的年份存在径流补偿条件，从月径流上分析，汛期6-10月份有50.9%的年份存在径流补偿条件，6月份的径流补偿率为0.2，7月份为0.27，8月份为0.25，9月份为0.27，10月份为0.2；洮儿河旬径流量集中时段早于嫩江，洮儿河洪水的发生早于嫩江概率极大，洮儿河洪水过后可通过引蓄嫩江水有效弥补洮儿河的水量不足。

3)洪水资源利用应因地因时制宜，丰平枯水年的调度原则应有所不同，丰水年调度偏重洮儿河，枯水年调度偏重嫩江，干支流调度合理协调，且要根据当年的洪水预报和事先制定的预案，结合监测实情进行合理决策。

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文章编号：1007-7596(2016)04-0102-04

[收稿日期]2016-03-20

[作者简介]李想(1988-)，女，黑龙江七台河人，助理工程师；刘正茂(1973-)，男，湖南双峰人，高级工程师；赵子龙(1989-)，男，黑龙江哈尔滨人，助理工程师，硕士研究生。

中图分类号：TV121+.4

文献标识码：A