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通河湖库在洪水资源化中的补偿作用分析2005年11月水利shuilixuebao第36卷第11期文章编号:0559.9350(2005)11-1359.06通河湖库在洪水资源化中的补偿作用分析许士国,刘建卫,陈立羽(1.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024;2.白城市水利局,吉林白城137000)摘要:月亮泡水库位于嫩江的支流洮儿河汇入干流的汇合处,可起洪水调节作用.本文通过对嫩江与洮儿河上有关水文站45年水文资料的比较,发现嫩江,洮儿河水量差别大,年际,月际丰枯水状态不同步,洪水过程也存在明显的时间差别,构成了利用月亮泡水库蓄引嫩江洪水的有利条件,据此提出了相应的洪水资源利用措施.关键词:洪水资源化;月亮泡水库;嫩江;洮儿河中图分类号:tv213文献标识码:a1研究背景水资源问题已成为制约我国经济,社会发展的瓶颈.主要表现在:干旱缺水,水资源供需矛盾尖锐;水污染严重,导致水质型缺水;生态环境恶化;洪涝灾害频繁等几个方面.洪涝频发与水资源短缺并存是两个主要的矛盾.洪水具有资源,灾害两重特性,洪水在造成淹没,冲刷,侵蚀等灾害的同时,也是重要的淡水,生态,肥力,动力资源,要解决我国的水资源危机,对洪水有效利用是必要的也是必须的b.近年来国内在洪水资源化方面已经有了很多实践,可分为以下几种类型:一是充分利用汛期洪水,进行流域水量的配置;二是利用汛期发生洪水的时机从干流引水;三是跨流域配置洪水资源;四是加强管理调度,调蓄洪水,丰水枯用;五是有计划,主动运用蓄滞洪区分洪.我国各大河流支流众多,干支流流域气候特征相同或相似,一般水文特性相差不大,但是由于地域辽阔,暴雨路径和时空分布的差别使得干支流径流特性有一定的差异,这是洪水资源化研究中需要考虑的问题.根据干支流径流特性的差异,利用旁侧通河湖泊水库引蓄干流洪水,实现流域内洪水的时空再分配,工程投资少,水库蓄水保证率高,是一种经济有效的洪水资源化方式.但是由于洪水的资源与灾害两重特性,在洪水资源利用的过程中要承担一定的风险.通河湖库洪水资源利用的基本风险之一是干支流洪水遭遇的风险.本文以月亮泡水库为例,通过分析嫩江大赉水文站与洮儿河洮南,黑帝庙水文站45年水文资料,对两河径流特性进行比较,找出两河径流丰枯补偿规律,探索利用两河交汇处已有的月亮泡水库调蓄嫩江洪水,实现洪水资源化的可能性.2研究区概况月亮泡水库位于吉林省的西北部,该地区属北温带大陆性季风气候区,气候特征是春季干旱多风收稿日期:2004.11-29基金项171:国家自然科学基金重点项171(50139020).作者简介:许士1(1958一),男,山东临沂人,教授,主要从事水文水资源,水环境研究.e-mail:沙,夏季炎热短暂,秋季干燥凉爽,冬季严寒漫长;降水量少,蒸发量大,多年平均降雨量405mm,多年平均蒸发量1749mm.月亮泡水库是一座以灌溉,养鱼为主的综合利用的大型水利枢纽工程.集水面积3万krn2,设计总库容11.99亿rn3,兴利库容4.59亿rn3,养鱼水面1.4万hrn2,保护着30万人,4.0万hrn2耕地,20km长白公路,以及嫩江铁路桥,大安市,吉林红岗油田,使其免遭洪水侵害.水库建有一座泄洪闸,即哈尔金闸,闸孔净宽48m(单孔8m,共6孔),最大引水能力2008m3/s,设计最大泄水能力1644m3/s.水库处于洮儿河与嫩江的交汇处,洮儿河水通过水库泄人嫩江.水库设计正常高水位131.oom,但是由于洮儿河上游用水增加,修建了大量的拦蓄工程,现在洮儿河的正常径流已难以汇人到月亮泡水库中,月亮泡水库建成后一直处于低水位运行中,根据19762000年水库实际运行资料,25年中只有7年库水位达到了131.oom,尤其在1993年之后只有1998年的正常蓄水位达到131.oom.原设计灌溉2.4万hrn2的水库,已不能满足近距离内的大安市,镇赉县0.4万hrn2水田用水需要.洮儿河的水量不足对周边灌溉农业造成了很大的影响.作为月亮泡湿地的主要水体,水库水面面积的逐年减小对于湿地存续发展也十分不利.图1月亮泡洪水资源利用示意月亮泡水库是嫩江的旁侧水库,有丰富的嫩江水与水库擦肩而过,其径流量约占吉林省多年平均水资源量的50%,而多年以来对于嫩江过境水量利用率不到1%.面对水资源短缺与丰富的过境水量得不到充分利用这一矛盾,引用嫩江水是一个有效措施,可以缓解洮儿河水的不足,满足当地用水需要(如图1).但嫩江的水量集中于夏季,以洪水形式出现,要将嫩江洪水资源加以利用,就需要考虑其中的可能性与风险,对两条河流的水文特性加以科学的分析和比较.3嫩江,洮儿河径流特性对比嫩江为松花江的北源,干流全长1370km,发源于大兴安岭支脉伊勒呼里山中段南侧,源头称为南瓮河,河源海拔1030m,到嫩江河口处高差约为900m.流域面积29.7万krn2,月亮泡就位于嫩江下游1303km处.嫩江支流众多,大于50krn2的有229条.嫩江除上游正在建设的尼尔基水库外,无大型的水利工程.洮儿河是嫩江下游最大的支流,发源于内蒙古科尔沁右翼前旗,全长595km,流域面积3.307万krn2,其上游在内蒙古科右前旗境内有察尔森水库,总库容12.53亿rn3,下游经月亮泡水库调蓄后泄人嫩江.通过对洮儿河上洮南,黑帝庙和嫩江上江桥,大赉4个水文站(图2)45年(19562000年)流量资料进一1360一图2相关水文站位置示意行统计分析,对比两河的径流特性.3.1年径流量对比大赉站19562000年统计资料显示:嫩江月亮泡以上段平均年径流量为226.97亿m,最小年径流量为59.40亿m.月亮泡上游最近水文站黑帝庙站统计结果显示:洮儿河多年平均径流量为10.11亿m,最小年径流量仅为0.61亿m.表1为各水文站多年平均径流量.表1嫩江,洮儿河各水文站统计资料由此可知洮儿河平均流入月亮泡水库的水量较少,仅为总库容的84.2%,且水库处于干旱区,库区多沙土,渗透性大,全年蒸发,渗漏损失量可达0.701.65亿m.近年来洮儿河上游用水增加,修建了大量的拦蓄工程,现在洮儿河的正常径流已难以汇人到月亮泡水库中.单纯依靠洮儿河为月亮泡水库供水,已难以满足当地用水需要.嫩江拥有丰沛水量,历史上月亮泡水库在一定水文条件下可以接纳洮儿河和嫩江汛期的洪水,起到旁侧湖泊水库的调节作用.采用适当的措施引用嫩江洪水资源到月亮泡水库既可以给水库补水,也能起到降低嫩江洪峰,保证下游安全的作用.为了研究利用月亮泡水库引蓄嫩江洪水以实现洪水资源化的背景和措施,首先分析两个水文系列的关系.虽然嫩江与洮儿河同属松花江水系,洮儿河为嫩江的支流,两条河流的水文特性相似,但是由于流域面积较大,暴雨路径和时空分布的差别会影响到两河径流的差异.为表征各年径流量的丰枯特性,以统计年限内平均径流量为标准,计算各年,月的距平百分比,并以此划分年,月丰枯类型,所采用的计算公式为dp=(i一),100%(1)式中:dp为距平百分比;为某年(月)径流量;为多年平均年(月)径流量.丰枯类型划分:f平水年:一25%dp25%;枯水年:dp<一25%【丰水年:dp>25%400300蓁2001o0誊.一l00illii1iiiiiji?illia大赉距平比?洮南距平比!ii-liillj:lliil-il_j_nli!一j!.nl.1!j啊擅j!lil1.1啊r-”1.irl啊嵋1嵋l111.0q11r:(2)其中以大赉l960l965l970l975l9801985199019952001时间/年图3大赉站,洮南站逐年丰枯度对比(19562000年)划分年类型后将结果进行对比,结果显示嫩江与洮儿河有24年丰枯类型相同,占统计年数的51.1%,不同的有21年,为48.9%.嫩江属于丰水年,而洮儿河为枯水或平水的年数为5年,占总年数的11.1%,有10年嫩江属于平水年洮儿河为枯水年.具体结果如表2.在嫩江平水,丰水年的汛期可引嫩江水人月亮泡,转化洪水为可用的水资源.在统计年数内,符合条件的共有15年,为总年数的33.3%.由此从年径流量分析结果来看,有1/3的年份有可能利用月亮泡将嫩江洪水资源化.3.2月径流量对比再以月为单位,对比嫩江与洮儿河的丰枯状态.由于嫩江与洮儿河全年径流的50%以上集中在79月份(图4),而10月份来水量占10%左右,且后期来水量一般可安全利用,因此,一】36】一对每年710月份的径流量进行比较能够代表两河径流关系的主导规律.30鑫20-大赉口洮南_冀10j_l_1j份o一一一一_i1l-_1-11l2l34567;i910lll2大赉0.69l0.43l0.6429l7l27461254247512125l42759l204口洮南0.94l0.61ll433922946.91l2036295lil7899.61448l40图4嫩江洮儿河年径流量分配(大赉站,洮南站)表2嫩江ttjt,河丰枯对比统计结果(大赉:洮南)表3嫩江ttjt,河月丰枯对比统计结果(大赉:洮南)合计180在月径流丰枯特性分析中,采用与年径流分析相同的距平百分比法.对所掌握的嫩江与洮儿河资料进行了逐月对比,图5为对比结果示例(1962年为例).对大赉,洮南两站的径流丰枯类型进行比较,各种对比分类统计结果如表3所示.由于嫩江水量丰富且集中在汛期,一般平水年的汛期可以保持较大水量向月亮泡水库引水,所以以嫩江丰水或平水,同时洮儿河枯水或平水的月份为适宜引洪蓄水月份.考虑后续洪水安全(月亮泡引水后,洮儿河无洪),逐月对比结果显示符合条件的共有21年,67个月,分别为总年数的46.7%,统计月数的37.2%.072月份口大赉?黑帝庙口洮南图5月径流量对比图6(1962年,大赉,黑帝庙,洮南)时间/(月日)一嫩江洮儿河嫩江(大赉站),洮儿河(黑帝庙站)610月流量过程对比(1975年)3.3汛期径流过程对比通过以上年,月径流量的对比分析可知:嫩江与洮儿河的径流丰枯存在差别,可以利用月亮泡水库蓄引嫩江水补充洮儿河水量的不足.而由于两河的水量集中,均以汛期径流为主,所以对两河610月153d的逐日流量过程资料进行分析对比.图6为1975年嫩江,洮儿河610月份径流过程对比.通过对两河610月份的径流过程分析得知:(1)嫩江多年平均汛期水量为洮儿河多年平均汛期水量的20余倍,水量差别大.(2)嫩江洪水过程历时长,一次过程常可达百日,45年平均为60d以上,洮儿河洪水历时短,只有一个月左右,45年平均不足40d.(3)洮儿河较嫩江洪峰出现时间超前,末峰日期平均差26d左右,45年内只有2年是嫩江洪峰过后洮儿河发生洪水.(4)每年洮儿河洪水过程结束至111362月底,嫩江仍有丰富水量通过,45年内平均过流水量为91.2亿ril3.由此可见嫩江与洮儿河的洪水特征与过程都有很大差异:嫩江的汛期径流量远大于洮儿河径流量;嫩江汛期持续时间较洮儿河汛期时间长;洮儿河的洪峰一般出现在嫩江洪峰之前;而洮儿河洪水过后,嫩江通常还有丰富的水量.这些自然条件十分有利于引嫩江水补充洮儿河不足的水量.3.42003年引洪实例1998年洪水过后,松花江流域进入了一个枯水期,从19992002年没有洪水发生,径流也处于历史最少状态.各地缺水严重,总蓄量11.99亿ril3的月亮泡水库在2003年汛前蓄水不足7000万m.洮儿河下游的向海,查干湖两个湿地水面面积急剧减少,湿地退化严重.2003年嫩江水量较丰,干支流水库纷纷视时机蓄水.洮儿河上查尔森等水库存蓄了大部分径流,为了湿地的存续,下游要向向海,查干湖湿地引水.因此依靠洮儿河水量,月亮泡水库在丰水年仍将面临着水源不足.为此吉林省决定对嫩江洪水进行引蓄利用.从7月11日开始打开月亮泡水库哈尔金闸,嫩江洪水不断进入水库,到8月31日,月亮泡水库共引蓄嫩江洪水4.71亿ril3,并通过月亮泡向其连通的它拉红泡,新荒泡引水5000万ril3.本次引水过程是对于洪水资源利用的成功尝试.它巧妙利用了通河水库连通江河干流的优势,从干流引蓄洪水转化为自身的水资源.通过引蓄嫩江洪水在一定程度上弥补了洮儿河下游水资源的不足4结论通过对嫩江与洮儿河45年(19562000)的年,月及汛期逐日径流过程的对比,发现嫩江与洮儿河的径流存在如下差异和特点:(1)洮儿河径流量较小,在上游逐步修建水利工程后,没有充足的水量进入月亮泡,难以维持月亮泡水库的正常运行;嫩江水量充沛,有丰富的水量从月亮泡水库旁侧流过.在地理位置上月亮泡连接着嫩江与洮儿河,嫩江大水时能够回灌月亮泡水库;(2)嫩江与洮儿河年径流总量丰枯相似年份较多,但是有33%以上的年份嫩江处于丰水而洮儿河水量平水或较枯,存在径流补偿条件;(3)汛期逐月径流对比可见,有超过46.7%的年份嫩江平水或丰水而洮儿河较枯,对应月数也超过了37%;(4)洮儿河的洪水过程历时较短,嫩江的洪水过程历时较长,而且嫩江洪峰一般在洮儿河洪峰过后到达月亮泡断面,具有安全截蓄嫩江退水水量的可能;(5)每年嫩江在洮儿河最后一次洪水后仍有丰沛水量通过,而此时洮儿河的流量较小.根据以上分析可见,月亮泡有条件接纳洮儿河和嫩江两方面的来水.将近1/2的年份两河存在径流补偿条件,汛期可引蓄嫩江洪水,在削减嫩江洪峰增强下游防洪安全的同时,将洪水转化为可用水资源.两河径流特性的差异对于引嫩江汛期水量入月亮泡水库,实现洪水资源化是有利的.洪水资源利用是一个复杂的问题,除了根据水文序列的统计规律合理规划以外,运行管理是一个复杂的动态过程,存在着洪水预报误差,水利工程实际承载能力,调度运行中某些环节的延误等风险.这些都有待于进一步的研究来解决.参考文献:1刘昌明,陈志恺,等.中国水资源现状评价和供需发展趋势分析a.中国可持续发展水资源战略研究报告集c.北京:水利水电出版社,2001.2张欧阳,等.洪水的灾害与资源效应及其转化模式j.自然灾害,2003,12(1):2530.3许士国,党连文,牟志录.嫩江1998年特大洪水环境影响分析j.大连理工大学.2003,43(1):114118.4国家防办课题调研组(程殿龙等).洪水资源化调研报告r.北京:国家防汛办公室,2004.5孙景亮.关于洪水灾害双重属性理论的探讨j.河北水利水电,2001,(4):1819.6李常安.长江洪水资源化思考j.中国地质大学,2003,28(4):461466.7周建军,林秉南,张仁.三峡水库减淤增容调度方式研究多汛限水位调度方案j.水利,2002,(3):1219.一13638松辽水利委员会.中国江河防洪丛书一松花江卷m.北京:水利电力出版社,1997.9jeth,高凤岐,邓颖,后洁.白城地区近几年特大连旱成因分析及防御措施j.吉林气象,2002,(3):2225analysisofthecompensationefectoflake-reservoir-riversysteminfloodwaterutilizationxushi.guo,liujianwei,chenliyu(1.dalianuniversityoftechnology,dalian116024,china;2.baichengwaterresourcesbureau,baicheng137000,china)abstract:floodwaterutilizationisnecessaryforchinatomeetitsgrowingwaterresourcedemand.thepaper,takingmoonlakereservoirinnortheastchinaasanexample,discussesthepossibilityandwaystoutilizefloodwaterresource.ri1lemoonlakereservoirlocatesattheconfluenceofthetaoerriverandnenjiangriver.thereservoirplaystheroleofregulatingfloodinthatarea.theanalysisonthehydrologicaldataatstationsalongtworiversshowsthatremarkabledifferencesbetweenthetaoerriverandnenjiangriveronrunoffdischargeandflowprocess.themostoffloodsintaoerriverissmallerandearlierthanthatinnenjiangriver.thelastfloodpeaksoftaoerriverareabout25daysearlierthanthatofnenjiangrivereveryyearand46.7pe