南四湖流域洪水资源利用研究

'南四湖流域洪水资源利用研究2011年第30卷第3期?DWRHE水利水电工程设计?31?南四湖流域洪水资源利用研究刘友春张放姜尚垄摘要南四湖是其流域31700km2汇水面积的惟一承泄区,采用翔实的水文实测资料,通过分析计算入湖,出湖水量及其过程,研究南四湖流域中小洪水的时空分布,洪水资源化的可行性,并探索提出该流域洪水资源安全利用的方式.关键词南四湖入湖水量出湖水量洪水资源中图分类号TV211.1文献标识码B文章编号100r7.6980(2o11)03.0031—031问题的提出及意义山东省水利厅2010年水利发展计划中提出,"按照新的治水思路,当前和今后一个时期发展的中心任务是要着力构建六大体系",其中之一即"着力构建雨洪水资源化工程体系".改变对洪水人海为安的传统做法,统筹防灾与兴利,增加水资源的有效供给.山东省属水资源严重短缺地区已成共识.南四湖流域由于地理位置的原因,降雨时空,年际年内分配极为不均,而且水资源调控能力及手段亦不足.进入20世纪80年代以后,由于经济的快速发展和人口的增长,流域内用水量大幅度增加,加之降雨量又明显减少,天然径流量严重衰退,出现连续多年湖水位长时间低于死水位情况.南四湖位于山东省西南部,是中国第6大淡水湖泊,中国北方最大的淡水湖泊.2O03年,南四湖被山东省人民政府批准为省级自然保护区.2O02年南四湖地区遭遇了百年不遇的特大干旱.湖底干涸,航道断流,水生生物几乎丧失殆 尽.为拯救南四湖生态与环境,山东省水利部门联合多个部门,实施了从长江向南四湖应急生态补水,历时86d,紧急从下游调水1.1亿rn3,缓解了南四湖的生态危机.流域洪水资源化可以增强南四湖湿地生态环境的抗干旱风险能力,对南四湖的生态环境保护及流域内工农业生产具有重要作用.且根据资料分析,南四湖流域相对于山东省其他地区来说,水资源相对充沛,当地地表水尚有开发利用潜力.km2.通过查证历史资料,南四湖的形成,发展与演变,主要是缓和黄河决口泛滥和南北大运河开发运用影响的结果.湖西地区为黄泛平原,地面坡降1/5000～1/20000,地势西高东低,地面高程西部最高约为60m(85国家高程基准,下同),至南四湖周边约为33.5in.湖东地区的东部为山丘区,中部津浦铁路两侧为山麓冲积平原,西部为滨湖洼地,地面坡降1/1000—1/10000.汇集人湖的大小河流共有53条,其中湖东28条,来水经南四湖调蓄后,在微山湖分别经韩庄运河和不牢河下泄人中运河,再南下排人骆马湖.4流域降水分析南四湖流域暴雨成因主要是气旋雨或台风雨,降雨强度较大.降雨在流域分布上,南部比北部大,暴雨走向多为西南一东北走向,湖西,湖面,湖东依次降雨,而湖东山丘区汇流时间短,形成湖东,湖西河道人湖洪水同时入湖,引起上级湖洪水位持续偏高.南四湖流域的降水主要受季风环流的影响,随季节变化明显,夏季降水显着增多,地域分配上呈由东南至西北递减的特点.多年平均降水量695.2mln,历年最大年降水量1191min,出现在1964年;最小值1988年为356tTlln.年内降水72%的降水量集中在6—9月的汛期.降水年际变率大,常引起连涝连旱;年内变率大,往往造成流域内春旱 夏涝,秋后又旱的灾害规律;因此,在防洪安全的基础上,在该流域积极研究洪水资源化的问题,丰为枯用,是水资源可持续利用的重要内容.2研究目标5南四湖水量分析本文旨在根据翔实的实测水文数据,以南四湖流域为相对封闭流域,通过分析计算历年入湖,出湖水量,入湖泥沙量,研究南四湖流域中小洪水的时空分布,洪水资源化的可行性,并探讨提出南四湖流域洪水资源安全利用的方式,以缓解我省水资源供需矛盾日趋紧张的状况.3南四湖流域概况南四湖流域属淮河流域沂沭泗水系,流域面积317005.1入湖水量分析计算根据入湖河道水文站布设情况,湖东,湖西地区分别采用7个水文站和6个水文站,资料系列均采用1961—2008年,共48年的实测流量系列.湖东地区水文站控制汇水面积在4600km2左右,占湖东流域面积的54%左右;湖西地区水文站控制汇水面积在1464817694km2,占湖西流域面积的66.7%～80.6%.可以看出,水文站基本上控制了南四湖流域汇水面积.?32?水利水电工程设计DWRHE?2011年第30卷第3期由于湖东湖西地形地貌不同,产,汇流条件差异较大,故在进行流量及水量分析计算时,分湖东,湖西地区分别计算.根据各水文站历年实测流量及站汇水面积修正得到相应的各河道年径流量.再计算湖东,湖西有控制水文站的河道总入湖径流量.湖东,湖西未控区的人湖径流量按汇水面积分别修正.通过上述分析计算,得到湖东,湖西历年实测入湖径流量.各时段多年平均入湖水量详见表1.5.1.1空间分布 表1南四湖各时段多年平均入湖径流量统计表南四湖湖东,湖西流域面积分别为8492和21952km2,分别占南四湖汇水面积的27.89%和72.1l%.从表I中可以看出,多年平均情况下,总入湖径流量中,湖东,湖西地区贡献率分别为42.6%和57.4%.湖西地区拥有近3/4的汇水面积,故人湖径流量占有绝对优势,但单位面积的贡献率却远低于湖东地区.这主要是因为湖东湖西地貌差异较大,产汇流条件不同.5.1.2时间分布湖东,湖西各月多年平均入湖流量趋势分别见图1,2.湖东湖西各月平均入湖流量趋势基本一致,其流量多集中在6～9月入湖.从绝对水量上看,多年平均情况下,汛期(6～9.N)入湖径流量达到全年入湖流量78.4%.可见,汛期入湖径流量占到全年的近4/5,这与该地区暴雨特性有着密切的关系.月份/月一?-光府河黄庄…泗河书院一白马河马楼—十字河官庄图1湖东地区各测站多年月平均入湖流量趋势图12345678910l112协i一梁济运河后营一洙赵新河梁山闸_.-万福河孙庄"*"东鱼河鱼城图2湖西地区各测站多年月平均入湖流量趋势图从湖东,湖西历年人湖径流量趋势(见图3)可以看出,入湖径流量年际变化也较大.20个世纪60—80年代初,南四湖明显处于丰水期,入湖径流量较大;20世纪80年代中期至本世纪初,南四湖明显处于枯水期,人湖径流量锐减;本世纪近几年,随着流域降水进入丰水期,人湖径流量有逐渐增加趋势. 5.2出湖水量分析南四湖是南四湖流域31700km汇水面积的惟一承泄区,南四湖的出口由老运河,韩庄运河,伊家河,不牢河组成,均有水文测站控制,分别为韩庄(中),韩庄闸,伊家河闸,蔺家坝闸水文站.根据上述南四湖出口控制水文站历年逐月流量资料,即可计算出各站历年出湖水量及汛期出湖水量,并可绘制出口控制水文站多年月平均出湖流量趋势见图4.l9601965l97019751980198519901995200020052010|每.——湖西…湖东……总入湖水量图3南四湖湖西,湖东入湖年径流量趋势图l0111g面鹾l2345678910ll12怆i-.,--韩庄闸一伊家河闸—啐÷一蔺家圳蜊图4南四湖各测站多年月平均出湖流量趋势图从图表中可以看出,出湖水量年内分配很不均匀.多年平均情况下,汛期(6—9月)出湖水量占全年出湖水量的69.9%,其中8,9月两个月份出湖水量又占到整个汛期的65%左右.全年出湖水量中有约40%水量是在汛期中的两 个月内排出境外.另外,从48年出湖水量系列中可以看出年际变化也很大,且历年出湖水量与入湖水量趋势变化基本一致(见图5).多年平均(1961--2008年)出湖径流量为16.57亿ll】3;枯水年份,年出湖水量连续为零,其相应的人湖水量也较小.表2南四湖各时段多年平均出湖水量统计表6人湖泥沙分析根据上级湖实测泥沙资料,20世纪80年代以来至2005年,入上级湖泥沙总量为1500万t,可见泥沙淤积对上级湖总库容影响不大.但20世纪60～80年代入湖泥沙量达刘友春等?南四湖流域洪水资源利用研究?33?年份,年——南四湖历年出湖水量一南四湖历年人湖水量图5南四湖历年出,入湖水量趋势对比图7600万t.资料表明:建国后至2o世纪60年代,人南四湖总泥沙淤积量达1.0亿t.则近60年的累计入上级湖泥沙量达1.9亿t,密度按I.5g,c计,已减少上级湖库容1.2亿m3.可见累计人湖泥沙量已影响到上级湖有效库容.7流域洪水资源化潜力分析南四湖流域水资源量相对短缺,但需求旺盛,然而汛期仍有大量洪水排人中运河,然后经骆马湖人海,因此,如何将这部分汛期的出湖水量充分利用,使它缓解流域水资源供需矛盾,保护湿地,对南四湖来说具有重要的现实意义.洪水资源利用的主要目的是使降水产流尽可能多的停留在陆地上,减少人海水量.针对南四湖流域来说,就可以从汛期排人中运河的水量(南四湖出湖径流量)来考量.流域内总入湖径流量与出湖水量之差,反映了包括洪 水在内的水资源滞留在陆地上的数量.滞留在陆地的地表水资源量,或被人们直接引用,或被人拦蓄在水库塘坝内经调配后被人们利用,或通过各种方式渗入地下转化成地下水.可以看出,无论滞留在陆地的这部分地表水状态如何,可以肯定的是他们都属于被资源化利用的水资源,符合洪水资源化内涵,因此,地表水资源量与出湖水量之差,可以反映流域内洪水资源利用的水平.用逐年入湖径流量扣除逐年出湖径流量,得到洪水资源利用的动态过程.为滤除水文波动影响,采用滑动平均处理,本次采用5年滑动平均.计算结果如图6.19651969197319771981198519891993199720012005年份/年一滑动平均结果?..一年(人湖一出湖)径流量图6南四湖逐年滞留地表水资源能力动态图从图中可以看出,有比较明显的3个阶段:(1)20世纪60年代到8O年代初,利用洪水能力逐步增长;(2)到了20世纪80年代初至2o世纪9o年代初,南四湖流域进入枯水期,入湖水量锐减,利用洪水能力主要受来水限制,来多少用多少;(3)从20世纪90年代初到21世纪初,南四湖流域还处于枯水期,利用洪水能力基本稳定,洪水利用能力水平基本达到现状的8亿～l0亿fn3.根据资料分析,南四湖流域近5年的人湖,出湖水量均大幅增加,但洪水利用水平并没有明显提高.根据水文周期分析,从21世纪初,南四湖流域将进入一个丰水期,汛期洪水量将明显增加.由出湖水量统计,2000~2008年多年平均出湖水量达22.89亿,近9年的出湖水量大幅增加,可见南四湖可进一步通过工程措施提高流域洪水利用潜力,充分利用当地地表水资源.8洪水资源的利用方式 洪水资源利用方法,从综合的角度,可划分为两大类,即工程措施和非工程措施.本文重点分析工程措施,工程措施就是指通过利用水利工程和水保工程,将尽可能多的洪水拦蓄起来,延长洪水在陆地的时问,使之赢得更多的机会被人们利用或补充地下水.针对南四湖流域,需进一步研究以下工程措施,概括为"点面结合"."点"即在防洪除涝安全的前提下,提高南四湖正常蓄水位,增加兴利库容,在流域最后一个环节多拦蓄当地地表水.根据上文中的入湖泥沙分析,提高上级湖有效库容,宜结合控制入湖泥沙工程."面"就是从流域层面上,结合地形地貌特点,研究湖西平原地区河网的调蓄功能,连通沟河渠,恢复部分洼淀,使洪水在平原区滞留更长的时间;湖东区,研究中长期水文预报技术,分析提高水库汛限水位或正常蓄水位的可行性,并在有条件的地方建设洪水利用工程,引洪水于田间,回灌地下水,涵养水源.作者简介刘友春男工程师山东省淮河流域水利管理局规划设计院山东济南250100张放男研究员山东省淮河流域水利管理局山东济南250100姜尚垄男工程师山东省淮河流域水利管理局规划设计院山东济南250100(收稿日期2011—05—21)声明本刊已许可中国学术期刊(光盘版)电子杂志社在中国知网及其系列数据库产品中以数字化方式复制,汇编,发行,信息网络传播本刊全文.该社着作权使用费与本刊稿酬一并支付.作者向本刊提交文章 发表的行为即视为同意我刊上述声明.蛳塘'