基于洪水資源利用的干支流水量調配可行性研究
——以吉林省白城市為例

李　想，劉正茂，趙子龍

(黑龍江農墾勘測設計研究院，哈爾濱 150090)

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基于洪水資源利用的干支流水量調配可行性研究
——以吉林省白城市為例

李想，劉正茂，趙子龍

(黑龍江農墾勘測設計研究院，哈爾濱 150090)

摘要：干支流交匯區儲水空間豐富，而干支流的水文系列常常存在差異，以吉林省白城市干支流嫩江和洮兒河為例，首先，對區域的蓄水特征及容量進行分析，確定可利用的洪水頻率上限為P=5%；其次，對兩河年、汛期6-10各月的豐枯特性進行分析，得出兩河有27.3%的年份嫩江對洮兒河存在年徑流補償特性，50.9%的年份存在月徑流補償特性，6-10各月的徑流補償率分別0.2、0.27、0.25、0.27和0.2；再次，對汛期兩河徑流集中時段、峰現時間及其概率分布進行分析，得出兩河存在時間補償特性，為適時機引干流洪水資源提供參考；最后，提出洪水資源利用要因時因地制宜，結合區域蓄水特點和干支流來水特點分時段考慮，為安全高效利用洪水資源提供保障。

關鍵詞：干支流交匯區；白城；水文補償特性；洪水資源利用

1洪水資源利用的背景及意義

中國的河流大多為季節性河流，洪水年內高度集中和年際劇烈變化，洪澇災害存在的同時，旱災也較嚴重。’98洪水過后，各地旱情嚴重，長江流域2000、2001年發生大旱[1]，造成大面積農作物死亡，吉林西部的干旱半干旱地區的干旱從2000年到2010年長達10 a之久[2]，近年來海河流域供水嚴重失衡，出現城市缺水、環境污染和生態環境惡化[3]，黃河斷流現象頭些年前也時有發生[4]，氣候變化和人類活動引起的水文極端現象也越來越明顯[5]，年際之間的差異越來越劇烈，大旱和大澇現象頻繁出現，流域上下游之間的用水不均等現象也越來越突出，在這樣的背景下，本著傳統蓄洪的思想觀念，結果就是：1)枯水年蓄水，上游截水，下游斷流，旱災嚴重；2)平水年蓄水，調度原則保守和單一，錯過有利時機蓄水，區域水資源不足；3)豐水年蓄水，因風險因素估計過高而放棄蓄水，洪水資源沒有充分利用。

洪水資源的利用是新時期對洪水看法的一個轉變，2003年，國家防辦調研報告第一次正式提出了洪水資源化的內涵[6]，認為洪水治理應從“控制洪水”向“洪水管理”轉變。之后全國各地陸續開展了洪水資源化實踐[7-9]，洪水資源化的啟示從美國而來，早期，密西西河沿岸“唯堤論”思想使得大洪水來臨造成了重大災害，此后美國順應洪水特點，給洪水讓地，修建蓄滯洪區、利用低洼地蓄水和建造生態河灘來涵蓄水源[10]。

2干支流交匯區的洪水資源利用現狀及利用特點

洪水資源的利用思路主要有兩種：一是在汛期對水庫進行安全科學地調度；二是對水庫以外的天然濕地、泡沼、蓄滯洪區、灌區和溝渠連通的通河系統進行調度，使洪水游走于這些區域，不僅存蓄洪水資源供生產生活和生態需水利用，而且可以補充地下水供非汛期使用和改善生態。干支流交匯地區水系發達，天然蓄水空間豐富，為洪水資源化提供了可能，我國的洪水資源利用主要集中于水庫的調度較多，對天然濕地湖泡蓄滯洪區的蓄水研究較少，目前海河流域進行了此類的研究[12-13]，取得了大量的研究成果，劉建衛等對平原地區的洪水資源利用方法進行了詳細的闡述[14]，王雪妮等分析了泡沼蓄洪的風險與效益[15]，對泡沼蓄洪模式進行了總結。

干支流地區的洪水資源利用涉及干流和支流兩方面的來水，一般分為引支流洪水段和干支流結合引洪水段進行分析，針對各水量年份和來水過程，首先考慮支流的洪水利用方案，在充分引蓄支流的洪水過程的基礎上，利用有利蓄水時機引蓄干流的洪水資源，使區域的可利用洪水資源量增加，綜合考慮區域蓄水空間，使洪水資源安全有效地蓄在水庫、濕地、泡沼和灌區中，針對不同的水量年份有區別地進行調度。白城市蓄水示意圖如下圖1所示：

圖1　白城市蓄水示意圖

3干支流水文特性差異分析

3.1河流基本情況

洮兒河為嫩江的一級支流，兩河位于干旱半干旱地區的吉林省白城市平原地區，全市多年平均降水量392.06mm，70%集中于汛期的幾個月內，多年平均蒸發量1839.1mm，兩河的河流概況如下表1所示，白城市水系圖及研究區域如圖2所示：

表1　嫩江與洮兒河河流概況對比

圖2白城市水系圖及研究區域

3.2區域可利用蓄水空間及可利用洪水頻率閾值

洪水主要集中于汛期的幾個月內，充分利用汛期的有利時機蓄水，對干旱半干旱地區的白城市來說，意義重大，，區內大小泡沼星羅棋布，森林、草原、沼澤、江河湖泊相間分布，縱橫交錯，構成典型的濕地多樣性景觀。白城市的主要可蓄水空間主要有水庫、濕地、泡沼和灌區，可利用蓄水空間如下表2所示：

表2　可利用蓄水空間

注：灌區蓄水容量指的是灌區需水量，灌區以畝均600m3計。

白城市的總蓄水容量28.71 億 m3，則可以蓄滯洮兒河的洪水頻率為P=7%的洪水，若不考慮風險因素，最大蓄水容量為36.9 億 m3，所對應的洪水頻率為P=5%，因此白城市洪水資源可利用閾值上限為5%。當洮兒河洪水資源不足時，可考慮從嫩江引干流洪水資源，據資料，洮兒河90%以上的年份來水量都處在可利用蓄水容量范圍內，因此，洮兒河的洪水資源利用效益大于風險，白城市的總需水量達50 億 m3/a，在支流蓄水不足的情況下，適時適量引蓄干流的洪水資源具有現實意義。

3.3干支流遭遇規律及徑流補償特性分析

雖然干支流河系在系統上是連接的，但是，由于干支流所跨區域較大，形成洪水的天氣系統略有差別，洪水形成的量級和時間則有差異。對白城市1956—2010年的年徑流量資料進行分析，運用距平百分比法[16]進行河流豐枯特性分類，尋找干支流之間的水文聯系，兩河的歷年距平百分比對比如下圖3所示：

圖3　嫩江、洮兒河年徑流量距平百分比對比

分析得出，55 a中，洮兒河平水年11 a，占總統計年數20%，豐水年15 a，占總統計年數的27.3%，枯水年29 a，占總統計年數的52.7%，嫩江平水年20 a，占總統計年數的36.4%，豐水年15 a，占總統計年數的27.3%，枯水年20 a，占總統計年數的36.4%。洮兒河易枯水且枯水程度較大，嫩江平水年居多，水量上趨于穩定，兩河年際豐枯交替頻繁，經常出現連續豐水年和連續枯水年系列。干支流的遭遇規律如下表3所示：

表3　嫩江和洮兒河遭遇規律

分別對55 a中6—10月份各月的月徑流量進行統計，以嫩江豐水、洮兒河平水或枯水或嫩江平水、洮兒河枯水記為可利用時段，認為存在徑流補償條件，補償率記為存在徑流補償的月數或年數除以總統計月數或年數，統計干支流月遭遇規律和月徑流補償率結果如下表4所示：

表4　嫩江和洮兒河主要月份豐枯情況

以上分析數據表明：從年徑流量分析，有27.3%的年份存在徑流補償條件，從月徑流上分析，汛期6—10月份有50.9%的年份存在徑流補償條件，其中6月份的徑流補償率為0.2，6月份為0.27，8月份為0.25，9月份為0.27，10月份為0.2，汛期可根據干支流交匯區的蓄水情況，應用干支流的徑流補償規律，在保證安全的前提下，抓住有利的蓄水時機引蓄干流洪水資源。

3.4干支流峰現時間和概率及時間補償特性分析

分別對洮兒河和嫩江汛期1956—2010年5—11月各旬徑流量資料進行分析，統計各旬的徑流量分布，發現洮兒河的旬徑流量最大值分布比嫩江靠前，洮兒河的洪水一般早于嫩江洪水，嫩江洪水起漲緩慢，洮兒河洪水起漲迅速，結束早于嫩江，嫩江退水相對于洮兒河來說，持續時間較長，水量級別大，為后期利用干流洪水資源提供條件，各旬徑流量分布圖如下圖4所示：

圖4　洮兒河、嫩江的旬徑流量分布圖

統計嫩江與洮兒河的洪峰出現時間也可以發現，洮兒河洪峰出現比嫩江靠前的概率較大，一般情況下，洮兒河洪水洪峰過后，嫩江洪水才會到來，洮兒河洪水過后，有大量的過境干流洪水經過，而此時的洮兒河的洪水過程已結束，干支流之間存在時間補償特性，因此，在充分利用洮兒河的洪水資源的基礎上，抓住有利蓄水時機適時適量地引蓄嫩江洪水資源是可取和高效的，兩河的峰現時間及其概率分布如下圖5所示：

圖5　嫩江、洮兒河峰現時間及概率分布

4干支流洪水資源利用原則及實踐經驗

干支流洪水資源的利用應因地制宜和因時制宜，不同的干支流水量組合年份調度原則則不相同，在洮兒河枯水年份，由于上游的攔截導致下游缺水現象嚴重，重點考慮引蓄嫩江干流洪水資源；在洮兒河平水年份，最大限度安全地將洮兒河沿岸各蓄水空間蓄水，適當考慮風險因素，并視時機合理引蓄嫩江洪水資源；在洮兒河豐水年份，各蓄水空間可引蓄空間少，主要考慮引水風險，適時適量地引蓄洮兒河洪水資源，根據交匯區后汛期蓄水情況安全截蓄嫩江退水。

洪水資源的利用是按照一定的步驟逐步開展的，水利工程是基礎，科學調度時前提，是工程措施與非工程措施有機結合的多階段的決策過程，分為“規劃設計”“預案制定”“實時管理”三個步驟[17]，在確定區域洪水資源利用方式的前提下，根據中長期水文預報制定洪水調度預案，結合短期洪水預報和實時工情，做出洪水實時調度決策，干支流交匯區各豐平枯水年的調度原則見表5：

表5　豐平枯水年洪水資源調度原則

2003年至今，白城市對干支流交匯區的洪水資源利用進行了一系列的實踐，2003年引嫩江洪水7 億 m3入月亮泡水庫、莫莫格濕地；洮兒河方面實施了“引察濟向”，為向海濕地補水6 600 萬 m3；2004年，白城市抓住嫩江的春汛，為嫩江沿岸水庫、泡塘、濕地引蓄洪水3 億多 m3，6月下旬洮兒河為向海濕地送水近1 億 m3；2005年嫩江發生了較大的洪水，白城市科學調度，適時引蓄嫩江和洮兒河洪水近10 億 m3，使全市多年干涸及缺水的水庫、濕地和泡塘蓄上了水。2013年汛期，嫩江發生了20 a一遇洪水，洮兒河發生了自1998年以來的最大洪水，白城市利用引洮分洪河道向向海水庫、泉眼泡、四海泡等水庫泡塘供水，共分洮兒河洪水2.60 億 m3，在增加區域水資源量的同時，有效地減輕了月亮泡水庫的防洪壓力。

5結論

在水庫洪水資源利用日趨成熟的今天，水庫外蓄水空間的洪水資源利用研究還處于初級階段，綜合利用天然濕地、泡沼、灌區及溝渠的湖庫連通系統承擔的風險小，成本低，效益顯著。干支流交匯區為典型利用天然蓄水空間的有利區域，結合區域的蓄水特點以吉林省白城市嫩江和洮兒河干支流交匯區為例，分析干支流水文特性和洪水資源利用原則，得出以下結論：

1)干支流交匯區蓄水空間豐富，根據白城市的蓄水空間確定可利用洪水頻率閾值上限為P=5%。

2)白城市干支流之間存在徑流補償特性和時間補償特性，從年徑流系列分析有27.3%的年份存在徑流補償條件，從月徑流上分析，汛期6-10月份有50.9%的年份存在徑流補償條件，6月份的徑流補償率為0.2，7月份為0.27，8月份為0.25，9月份為0.27，10月份為0.2；洮兒河旬徑流量集中時段早于嫩江，洮兒河洪水的發生早于嫩江概率極大，洮兒河洪水過后可通過引蓄嫩江水有效彌補洮兒河的水量不足。

3)洪水資源利用應因地因時制宜，豐平枯水年的調度原則應有所不同，豐水年調度偏重洮兒河，枯水年調度偏重嫩江，干支流調度合理協調，且要根據當年的洪水預報和事先制定的預案，結合監測實情進行合理決策。

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文章編號：1007-7596(2016)04-0102-04

[收稿日期]2016-03-20

[作者簡介]李想(1988-)，女，黑龍江七臺河人，助理工程師；劉正茂(1973-)，男，湖南雙峰人，高級工程師；趙子龍(1989-)，男，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，碩士研究生。

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文獻標識碼：A