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1山東淮河流域洪水資源利用可行性與必要性分析

1.1可行性

1.1.1工程條件經過近60余年的河湖治理,特別是隨著沂沭泗河洪水東調南下續(xù)建工程的陸續(xù)完成,山東淮河流域整體防洪能力大幅提高。目前沂沭河水系骨干河道防洪標準達到50年一遇,南四湖整體防洪標準達到50年一遇,局部達100年一遇。山東省淮河流域防洪工程體系的初步建成,為實施流域洪水資源利用提供了工程條件。

1.1.2水資源稟賦條件山東省淮河流域春季干旱多風少雨,夏季濕熱多雨,冬季寒冷少雨。年降水量呈由東南至西北遞減的特點,沂沭河流域多年平均降水量803mm,南四湖流域為684mm;降水的年際之間變化幅度也較大,豐枯比210以上。降水年際變率大,連澇連旱現象時有發(fā)生;年內變率大,則表現為春旱夏澇、秋后又旱的災害演替規(guī)律。徑流與降水發(fā)生規(guī)律基本一致,但由于受下墊面條件的強烈影響,徑流的地域分布不均勻性比降水更大,年際年內變化更為劇烈。沂沭河水系多年平均天然河川徑流量為45116億m3,占全省總徑流量的2217%。據近45年實測水文資料統(tǒng)計分析,沂沭河多年平均出省境水量為22186億m3,其中主汛期(7月-9月)為16138億m3,占全年的71156%,有的年份超過90%。南四湖是南四湖流域洪水的唯一承泄區(qū)和重要的水資源調蓄區(qū),也是南水北調東線工程的必經場所,據近45年的實測資料分析,多年平均入湖水量27113億m3,其中汛期入湖21128億m3,占全年的7814%;多年平均出湖水量(出境水量)16157億m3,其中汛期出湖水量11158億m3,占全年的6919%。綜上所述,山東省淮河流域汛期大量棄水為洪水利用提供了資源保證。同時也正因為水資源時空分布不均的事實,為通過優(yōu)化和合理調控水利工程運行方式,挖掘洪水資源利用潛力成為可能。此外,隨著科技水平的迅猛發(fā)展和3S技術在水文水資源領域應用的普及,目前中國在雨洪監(jiān)測與預報、復雜系統(tǒng)洪水行為模擬,以及決策支持平臺建設和應對風險的緊急處理能力等方面都得到了顯著提高,為實現流域洪水資源利用目標提供了技術條件。近年來,由于水資源短缺以及由此帶來的次生水問題的頻繁出現,水利部和國家防辦在研判宏觀形勢,認真總結治水經驗,全面分析水資源狀況與經濟社會發(fā)展需求矛盾的基礎上,開始逐步轉變治水思路,提出由洪水控制向洪水管理轉變,由單純獲取防洪減災效益向既滿足防洪減災要求、又實現雨洪資源利用的綜合效益的轉變。

1.2必要性分析

1.2.1實現區(qū)域內水資源供需平衡的需要沂沭河水系現狀年(2007年)及規(guī)劃水平年(2020年)水資源供需基本平衡,供水組成中以當地地表水為主,均占到總供水量的87%以上;當地地表水開發(fā)利用率50%左右,地下水開發(fā)利用率較低,現狀年1712%左右。沂沭河流域水資源總體上相對豐富,現狀水資源開發(fā)利用率維持在較低水平,存在進一步開發(fā)利用的較大潛力。對于南四湖水系,在多年平均年調黃河水量1312億m3基礎上,現狀年(2007年)缺水率在10%以上,引黃水占到該流域總供水量的2412%;通過引黃1511億m3,引江水1135億m3,規(guī)劃水平年(2020年)供需基本平衡,外調水占該流域總供水量的2517%,地下水供水量均占到42%以上,地下水開發(fā)利用率較高。為全面落實最嚴格的水資源管理制度,2010年山東省水利廳頒布5山東省2011-2015年用水總量控制指標(暫行)6,加強了地下水特別是平原區(qū)地下水開發(fā)利用的控制力度。因此,南四湖流域水資源供給受到多種條件約束,考慮到魯西南未來發(fā)展的強大后勁,區(qū)域水資源供需形勢將更為嚴峻,存在實施洪水資源利用、補充水資源供給的必然需求。

1.2.2降低南水北調東線工程運行壓力的需要根據5南水北調東線一期工程山東省續(xù)建配套工程規(guī)劃6,南水北調東線山東段工程將于2013年底啟動運行,每年10月至翌年5月份,該工程從駱馬湖逐級提水至南四湖,經南四湖提水至東平湖,然后通過引水渠道為山東半島地區(qū)供水。若能在保障防洪安全的基礎上,在淮河流域實施洪水資源利用,將汛期部分洪水轉化為可資利用的水資源,既可緩解省內水資源短缺矛盾,又可降低南水北調東線工程的運行費用,提高全省的水資源供水保證能力。

2山東淮河流域洪水資源利用思路

2.1山東省水網建設規(guī)劃從山東省全省角度來看,魯北平原區(qū)降水量偏少,水資源嚴重短缺,水生態(tài)系統(tǒng)脆弱;半島地區(qū)為國家規(guī)劃建設的/藍色半島經濟帶0,未來對水資源的需求強烈。為科學盤活全省水資源量,提高水資源總體保障能力,山東省政府提出了現代化水網建設規(guī)劃,目前正在全省論證實施。現代化水網規(guī)劃的總體思路是,以南水北調東線、膠東輸水干線為主動脈,以沿線河流、渠道為經絡組成的覆蓋全省,橫穿東西、縱貫南北的/T0型水資源骨干網絡,如圖1粗黑線所示。圖1也展示了依托/T0型骨干水網的沂沭河調水線路,在山東淮河流域實施洪水資源利用的主要工程布局。山東省淮河流域洪水資源利用的基本思路是,在充分挖掘沂沭河水系、南四湖水系自身洪水資源利用潛力的前提下,通過分析沂沭河水系、南四湖水系與受水區(qū)山東半島與魯北平原區(qū)的降水遭遇概率,以及實時水雨工情,擇機調引沂沭河水系的水資源至南四湖,然后輸送至山東半島及魯北地區(qū)。

2.2沂沭河水系洪水資源利用思路沂沭河流域多為山區(qū),利用水庫攔蓄洪水是沂沭河水系水資源開發(fā)利用的主要方式。流域內現有大、中、小型水庫共1170座,總庫容40105億m3,興利庫容22163億m3,其中大型水庫9座,控制面積580313km2,總庫容27193億m3,興利庫容14199億m3;中型水庫26座,控制流域面積107012km2,總庫容5.64億m3,興利庫容3102億m3。在沂沭河干流和主要支流上,先后興建了低水頭攔河閘壩21座。因此,依托水庫(群)實施洪水資源利用,是沂沭河水系洪水資源利用的重要方式,其可行途徑具體包括,利用天氣雷達等新信息源精確預報水庫入庫徑流、水庫汛限水位分期運用、水庫汛限水位動態(tài)控制,以及水庫群聯合調度等方式。

2.3南四湖水系洪水資源利用思路南四湖是3117萬km2匯水面積的唯一承泄區(qū),53條河流汛期洪水集中入湖,南四湖調蓄和下游泄流能力有限,洪水易漲難消,洪水期間濱湖及下游防洪壓力大。經分析,僅利用湖泊調蓄,進一步挖掘洪水資源利用的潛力,是非常有限的。為此,本文提出南四湖流域/點面結合0的洪水資源利用思路。/點0,即在防洪除澇安全的前提下,研究南四湖控制水位汛后期調整技術,改變過去汛限水位恒定不變的做法,進行分期運用和動態(tài)控制,最大限度地控制和利用洪水資源,盡可能多地攔蓄當地地表水。/面0,就是在洪水入湖之前,在不致澇的前提下,采取有效措施將汛期洪水盡可能多地滯蓄在流域上。具體的利用方式為廢棄河道拓寬疏浚的基礎上,優(yōu)化河網結構,進而通過閘壩群的聯合調控,實現洪水在河系間的互濟調配,充分挖掘因不同河系間洪水發(fā)生的不同步和洪水調控能力的差異而帶來的洪水資源利用潛力,提高河網洪水的整體調控能力。通過多次實地調研,初步確定可以通過聯通以往廢棄河道重建和優(yōu)化水網的方案,具體線路見圖2,圖中虛線為需要疏浚和溝通的河道。對于湖東山丘區(qū),可以充分利用水庫攔蓄洪水以及蓄滯洪區(qū)主動引洪補充地下水的方式,減少汛期洪水入湖量。在/面0上采取有效措施后,可在一段時間內降低入湖洪水量和集中程度,為/點0的洪水資源利用騰出了空間,二者結合起來,又有進一步挖掘洪水資源利用潛力的可能性。

3洪水資源利用的前期工作

為順利推進山東淮河流域洪水資源利用工作,近期需要開展如下工作:(1)評價流域洪水資源利用潛力,摸清家底,為洪水資源利用相關工作的開展奠定認識基礎;(2)開發(fā)水庫洪水資源利用成套技術,包括入庫洪水預報、水庫汛限水位分期運用與動態(tài)控制;(3)通過水庫群聯合調度挖掘洪水資源利用潛力;(4)研究復雜河網條件下洪水行為模擬與調控技術,分析優(yōu)化河網結構優(yōu)化的策略,為河道疏浚以及配套工程建設提供決策支持;(5)分析識別洪水資源利用各環(huán)節(jié)可能存在的風險,并提出應對策略;(6)分析沂沭河水系降水與山東半島和魯北地區(qū)的豐枯遭遇,科學確定引調水規(guī)模,建立綜合調配系統(tǒng)。此外,還要做一些基礎性工作,例如測算現狀條件下的南四湖水位―庫容―面積曲線。利用南四湖13條主要入湖河流8個具有實測懸移質泥沙資料的水文站點(為大運河后營、洙趙新河梁山閘、萬福河孫莊、東魚河魚城、洸府河黃莊、泗河書院、白馬河馬樓、十字河官莊(柴胡店)資料,通過分析表明:1960年-1980年、1981年-1990年、1991年-2000年、2000年-2008年4個時間段入上級湖泥沙總量分別為9165萬t、890萬t、278萬t、204萬t;近20年來,湖西和湖東入湖河流的年平均含沙量都處在一個較低的水平,年平均含沙量分別為01073kg/m3、0114kg/m3。說明,自20世紀60年代至今,入湖河流含沙量經歷了一個由高到低、漸趨平穩(wěn)過程,河流入湖含沙量未來不會引起上級湖湖內大量淤積的現象,但過去高達2105億t的累積入湖泥沙量可能會對南四湖有效庫容造成一定的負面影響。不過,近年來湖區(qū)有多處煤礦區(qū)塌陷,并且湖區(qū)堤防逐漸加高加固,在一定程度上又增加了有效庫容。目前在工程上使用的湖泊水位―庫容―面積關系曲線,還是依據20世紀80年代的地形測量數據獲得的,其能否代表目前的狀況,亟需重新測算。

4結論

充分挖掘淮河流域洪水資源利用潛力,科學調配全省水資源,是緩解魯北平原和半島地區(qū)水資源短缺矛盾,提高全省水資源保障能力的戰(zhàn)略選擇。本文結合山東省現代水網建設,提出開展淮河流域洪水資源利用的初步思路。(1)對于沂沭河,主要依托水庫(群)實施洪水資源利用,具體途徑包括利用天氣雷達等新信息源精確預報水庫入庫徑流、水庫汛限水位分期運用、水庫汛限水位動態(tài)控制,以及水庫群聯合調度等。(2)對于南四湖水系,主要采取/點面結合0來實施洪水資源利用。所謂/點0,是指在防洪除澇安全的前提下,改變過去南四湖汛限水位恒定不變的作法,進行分期運用和動態(tài)控制;所謂/面0,是指在洪水入湖之前,盡可能多地將其滯蓄在流域上。在湖西平原區(qū),可通過疏浚原有廢棄河道與現有河道相連,重建和優(yōu)化河網結構,充分挖掘因河系間洪水發(fā)生的不同步性和洪水調控能力的差異性而帶來的洪水資源利用潛力;在湖東區(qū),需充分利用水庫攔蓄洪水,以及蓄滯洪區(qū)主動引洪補充地下水的方式,減少汛期洪水入湖量。(3)為了順利推進山東省淮河流域洪水資源利用,近期亟需開展評價流域洪水資源利用潛力、研究開發(fā)洪水行為模擬與調控技術、水庫聯合調度等等基礎性工作。

作者：劉友春何慶平閆芳階王宗志單位：山東省淮河流域水利管理局南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室