潘自恒

(南阳市水利建筑勘测设计院，河南 南阳 473000)



从水资源变化趋势探讨中型水库后汛期洪水资源化

潘自恒

(南阳市水利建筑勘测设计院，河南 南阳 473000)

摘要：随着经济的发展、人口的增加，伴随工业化、城镇化的进程，用水量与用水保证率需求的显著提高与水资源紧缺矛盾愈来愈突出。例如，2013年河南省南阳市部分县城出现饮水困难，不得不利用赵湾水库死库容。如何提高现有水库调蓄洪水的能力，以丰补枯，为最大限度地利用洪水资源，以南阳市为例，从资源现状、洪水管理、洪水利用、洪水资源化风险角度探讨中型水库后汛期洪水资源化是可行的，并提出洪水资源化的工程、管理、风险控制等措施。

关键词：水资源;中型水库;后汛期;洪水资源化

根据水资源变化态势，降雨、径流呈减少趋势，洪水量及峰值呈增加趋势，可供利用的径流总量呈减少趋势，城镇化水平的提高、人口的增加、经济的发展、工农业用水呈增长趋势，同时城市品位的提升，环境用水，生态用水量迅速增长，加之河道的污染、水质水量的萎缩，加速了水资源供、需矛盾。解决水资源紧缺问题，在做好水质的保护、极大限度的节约用水、优化配置、提高利用效率的基础上，增加水资源的可供水量。在新建拦蓄水库有限的情况下，通过对洪水的主动管理，实施后汛期洪水资源化，提高现有水库后汛期的蓄水量，是缓解这一矛盾的必不可少的途径[1-2]。本文以河南省南阳市为例，从资源现状、洪水管理、洪水利用、洪水资源化的风险角度探讨中型水库后汛期洪水资源化的可行性。

1　南阳市水资源的特点及水资源变化趋势

1.1水资源特点[3-4]

1.1.1降水量

南阳市多年平均降水量为826.4 mm，其中桐柏山区、伏牛山区西北部相对较多在1 100 mm左右，靠近中部的岗丘区降雨量较少在750 mm左右。

1.1.2降水特征

因受水汽补充条件和地理位置、地形的影响，降水在地区上和时程上具有以下特点：年际变化幅度大，全市平均降水量丰年年雨量为1 100 mm，是枯水年年雨量300 mm的3.7倍，东西两岗地区变幅更大，达4.8倍；丰枯交替发生，亦可连续发生，连续时间常为2 a～3 a，最枯长达5 a；降水年内分配不均匀，汛期6月～9月降水量占全年的68%左右，丰水年可达75%以上，其中2000年市区最大3 a雨量占全年的30%；有明显的地域分布规律，山前降水量大，在桐柏、南召一带是暴雨中心，由此向山后及山前两则递减，如东大岗方城小史店降雨在900 mm以上，而距离较近的方城县县城则降到770 mm，呈现盆地边缘多，中间岗丘区和平原区域较少。

1.1.3水质[4-5]

(1)河流水质：南阳市淮河流域评价河段3个，评价河长40 km，全年、汛期、非汛期Ⅰ类～Ⅲ类河长均占70.0%，超标河长占30.0%，淮河流域水质污染较轻。南阳市长江流域评价河段31个～35个，全年Ⅰ类～Ⅲ类河长占83.0%，超标河长占17.0%，汛期、非汛期超标河长百分比分别为0.70%、23.6%，长江流域水质污染较轻，汛期水质明显好于非汛期。

(2)地下水水质:在南阳市平原区91 421×104m3地下水中，Ⅰ类水为12 937×104m3，占总量的14.6%；Ⅱ类水为29 293×104m3，占总量的32.0%；Ⅲ类水为24 833×104m3，占总量的27.2%；Ⅳ类水为12 483×104m3，占总量的13.7%；Ⅴ类水为11 825×104m3，占总量的12.9%。劣质地下水为24 308×104m3，占到总量的26.6%。

1.2水资源变化态势

1.2.1降水量有所减少，且年际变化变大

从1956年—1979年和1980年—2005年系列分析，南阳、方城、内乡、唐河和桐柏5个水文站降水量均值1980年—2005年系列比1956年—1979年系列分别减少29 mm、38 mm、18 mm、49 mm和24 mm。从降雨等值线图分析，1956年—1979年系列没有降水量小于700 mm的区域，1980年—2005年系列出现一部分均值小于700 mm区域。连续枯水年份明显多于连续丰水年分，年际变化大，南阳、方城和桐柏5个水文站降水量变差系数Cv值由1956年—1979年系列的0.24、0.26、0.25增加到1980年—2005年系列的0.28、0.36、0.31。

1.2.2境内地表水产流量呈减少趋势

地面产流量就南阳市而言，1956年—1979年系列平均径流深250 mm左右，径流变差系数为0.55，对比径流深等值线，现在平均径流深普遍减少，大部分区域不足200 mm，径流变差系数0.6，说明产流量在减少，减少20%以上，变幅却在增大。

1.2.3可供利用水资源呈减少趋势

由于流城坑塘洼地萎缩，河流的渠道化，自然河道的非连续化，城乡硬化面积增加，水土流失的加剧，造成同频率下的单次降水洪峰流量大，洪水历时短，洪水位抬高，加大了弃水。且随着降水的减少和地下水开采量的增加，平原区地下水位下降，降水入渗系数变小，地面入渗补给更少，可供利用的资源更紧张。

2　南阳市水资源开发利用现状及供水平衡[5-7]

根据近期水资源规划，南阳市水资源总量68.43×108m3，其中地表水量61.69×108m3，地下水量24.99×108m3，重复水量18.24×108m3。可利用地表水量24×108m3，地下水量7.6×108m3。

水资源开发利用工程为现有的水库、塘坝，提引水等工程，多年平均设计供水能力21.6×108m3，实际可供水量约为14.18×108m3。其中蓄水工程22 453处，设计供水能力17.4×108m3；引水工程8处，设计供水能力1.04×108m3；提水工程809处，设计供水能力达3.18×108m3；蓄、引、提供水能力分别占供水能力总量比例为91.45%，2.30%、6.25%。现有20座中型水库设计供水能力3.12×108m3。需水量预测：根据南阳市经济发展速度、主要社会经济发展规划指标和用水定额，南阳市2020年和2030年的需水总量分别为400 870×104m3和471 415×104m3，2015年—2020年间的年均增长率为2.11%，2020年—2030年间年均增长率为1.64%，其中2020年和2030年南阳市区占南阳市需水总量的20.86%、21.82%，随着南阳市区城区的不断扩大，新区建设，南阳市区的需水量比例也在增加，到2030年南阳市中心城区总需水量为10×108m3左右，比现状年用水量增加了4×108m3[8]。

根据南水北调中线工程的分水方案分给南阳市用于生活用水的可用水量为4.91×108m3，在不增加水源工程的情况下，南阳市2020年缺水达5.89×108m3，2030年缺水达12.8×108m3，因此必须强化节水，开辟新的水源，充分利用洪水，使洪水资源化。

3　中型水库后汛期洪水资源化的可行性

3.1容蓄能力

以南阳20座中型水库为例，中型水库设计洪水标准50 a～100 a一遇，校核洪水标准1 000 a～2 000 a一遇，且多为开敞式溢洪道，无闸控制，设计水位对应的库容和兴利水位对应的库容相距甚大，全市20座中型水库总库容5.82×108m3，设计水位对应库容4.02×108m3，兴利库容2.15×108m3，兴利水位对应库容2.95×108m3。兴利水位对应库容与设计水位对应库容差值1.06×108m3，在不改变运行工况情况下，相当于10个中型水库的兴利库容，为后汛期洪水利用提供了容蓄能力[9-10]。

3.2安全保障

水库大坝安全是保证设计、校核标准下正常工况和非常工况下均满足稳定。正常蓄水位和设计洪水位同属于正常应用工况，经对20座水库分析，正常应用工况均以设计洪水位控制；对比设计和校核工况大坝坝顶高程的计算，坝顶高程也是设计工况控制，且目前已经全部实施了除险加固。后汛期蓄水位以设计水位控制，不改变水库的设防标准，不改变水库安全运行工况，所以水库安全标准为增加洪水拦蓄提供了安全保障。

3.3管理措施

信息处理、决策管理系统的健全和洪水预测预报系统的日臻成熟，为洪水资源化提供了保证。现代数据信息采集和处理系统的应用，用各自的数学模型和信息交换技术使其耦合在一起，从而形成一个宏观的决策支持系统。根据天气形势、可能降水概率、强度、面积、降水径流预报、现状情况下可能产生的洪水量级、对应的可能洪水处理调度方案及评估、可能洪水量级和过程等，以信息采集技术的规范和进步、先进的仪器设备为依托，增强决策管理水平，适时拦蓄后汛期洪水。另外，工程管理的自动化为洪水管理及水库管理和后汛期的拦蓄、防洪、自动控制提供了技术支撑，赢得泄洪、拦蓄时间。

4　中型水库洪水资源化的措施

4.1工程技术措施

洪水资源化涉及到洪水管理的目标、已建工程部分设计功能和设计指标的改变和调整、前汛期、后汛期等汛期时段划分的研究和调整、汛限水位动态管理、有关规范规程的修订、洪水预报精度和预见期的满足、调度技术的进步、利益重新调整后的补偿以及其他社会约束条件的调整等等。

为了保证洪水的最大限度利用，又不影响主汛期的防洪安全，必须保证主汛期的汛限水位不变，泄水建筑物的下泄过程和下泄流量不减小，在工程措施上需对现有开敞式改造，采用可调节闸坝，如自动闸门、橡胶坝、液压升降坝、合页坝等运用灵活的挡水建筑。闸坝宽度、闸坝底板顶高程以宣泄相应校核标准洪水控制确定[11-12]。

4.2洪水管理措施

大洪水：发生频率较小，但引起的损失较大，在水库管理中敞泄为主，确保防洪安全，尽量减小灾害。

中常洪水：发生频率较高，在保证防洪安全的同时，减淤减灾兼顾；对可能的水库和河道淤积进行分析，对可能引起的内涝损失进行评估，从而确定调度方案和调度过程。 小洪水和非汛期的平水：宜环境、供水、冲淤、生态兼顾，通过水库调蓄，调控为可利用的水资源、城市环境用水和维持城市河道生命用水。 后汛期的调度以蓄水为主，保证次年非汛期水资源的安全。

4.3水库运行管理措施

作为洪水资源最大利用的水库运行管理主要在后汛期，在汛期闸坝处于完全开放状态，保证汛限水位不抬高和泄洪能力不降低，在后汛期利用闸坝拦蓄汛未洪水至设计水位。这就要求水库管理从单纯的控制洪水向管理洪水转变，从单一的防洪向以发展经济与保护环境为目标的方向转变，从单一的防洪向综合利用洪水资源转变。并借助以信息采集技术的规范和进步、仪器设备先进、增强管理水平。

4.4水库洪水资源化的风险控制措施

中型水库洪水资源化的风险：中型水库后汛期洪水资源化的主要风险来源于非汛期的洪水发生风险和管理风险。在南阳洪水史上曾出现11月份洪水和3月份洪水各一次，在非汛期出现洪水将给防洪和管理带来极大的挑战。因此必须建立风险识别，风险决策，风险对策，预防风险机制[12]。

4.5洪水管理的预测预报及信息处理措施

建立综合分析系统包括预警预报系统和决策支持系统。从洪水管理的实际需要出发，在防汛通信网络基础上，经过对南阳市流域内雨洪规律、工程优化调度运用进行研究，以信息资料为基础，把洪水预报模型、洪水演进理论，实用方法，专家经验，计算机技术等有机地结合起来，建立非工程防洪系统，方便灵活地完成信息管理、洪水预警、预报、调度分析等，为洪水管理提供全面的服务。

水情测报系统及时，准确地采集、传输各测点的水情和雨情信息，经计算机处理后作出联机实时预报，为防汛决策部门做出最优调度方案提供依据。由于增长了洪水预报的有效预见期和提高了洪水预报精度，可根据水情安排水库错峰调蓄，以达到合理化调度，增加洪水资源效益[13-15]。

4.6系统理论和绿色国民经济评价措施

洪水资源化，不是最大限度地满足局部地区的部分人群的利益，而应当是服务于整体的、有利于长远的可持续发展的要求。水库拦洪虽然是实现洪水资源化的重要手段，但是，洪水资源化不单为让水库拦蓄更多的水，洪水资源利用规模确定，必须建立绿色国民经济评价体系和风险损失，风险效益评价体系。主要包括后汛期资源的利用所产生的国民经济效益，由后汛期蓄水变化引发的淹没补偿，环境、生态变化等全方位的国民经济各因素参与的评价。

4.7建立试点，示范带动

中型水库在国民经济中作用明显，且数量较多，在后汛期洪水资源化过程中，建立试点，选择水库管理较好、大坝安全鉴定结论一、二类坝，历年水文资料齐全，且水资源社会价值和经济价值都较大的水库作为试点，进行深入研究和试验性实施，取得成功时推广。

5　结　语

随着经济的发展、城镇化水平的提高、居民生活水平的提升，水资源需求不断的增加，而地表产流的减少、水质污染、水量萎缩，水资源更加紧缺，洪水资源化作为解决矛盾的重要手段，具有重要意义，尤其是数量多，潜力大的中型水库，具有增加水量单位投资小、管理规范、运行灵活的特点，通过工程措施、监测措施，运管措施，风险防预措施等，可以实现后汛期洪水资源化。

参考文献：

[1]吴季松.现代水资源管理概论[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]陶自成，高仕春，滕燕，等.关于洪水资源化的思考及探索[EB/OL].http://www.doc88.com/p-990191995764.hfml.

[3]水利电力部长江流域规划办公室.中华人民共和国水文年鉴[M].北京：中国水利电力出版社，1985.

[4]南阳市水利局.南阳市水资源公报(1995—2013)[R].南阳：南阳市水利局.

[5]河南省水资源编纂委员会.河南省水资源[M].郑州：黄河水利出版社，2007.

[6]包文亭，等.南阳市水资源调查评价报告[R].南阳：南阳市水利局，2012.

[7]张磊，张志彦，潘自恒，等.南阳市水资源开发利用现状调查报告[R].南阳：南阳市水利建筑勘测设计院，2011.

[8]潘自恒，张磊，等.南阳市水资源规划报告[R].南阳：南阳市水利局，2013.

[9]河南省水利厅.河南省中型水库资料汇编(长江流域)[R].郑州：河南省水利厅,1984.

[10]潘自恒，张磊，等.水库续建与除险加固规划报告[R].南阳：南阳市水利局，2008.

[11]高本虎.橡胶坝工程技术指南(第二版)[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[12]辛磊.水库洪水资源化的原理与方法及评价问题研究[J].山东工业技术，2013,(9):99-100.

[13]安文，杨阳.基于物联网的苏北洪水资源化风险管理探索[C]//第十五届海峡两岸水利科技交流研讨会，武汉,2011.

[14]宋玉，朱建英.江苏省洪水资源化的探索和实践[J].中国防汛抗旱，2010,20(1):28-31.

[15]李继清，张玉山，王丽萍，等.洪水资源化及其风险管理浅析[J].人民长江，2005,36(1):36-37.

ExploretheFloodwaterUtilizationofMedium-sizedReservoirsinPost-floodSeasonfromthePerspectiveofChangingTrendofWaterResources

PAN Zi-heng

(NanyangWaterConservancyArchitectureSurveyandDesignInstitute,Nanyang,Henan473000,China)

Abstract：With the development of economy and the increase of population,along with the process of industrialization and urbanization,the contradiction between water consumption and significant increase of water assurance rate and the shortage of water resources becomes more and more prominent.For example,the death capacity of Zhaowan reservoir was forced to supplement the municipal water supply due to the drinking water shortage in some towns of Nanyang,Henan during 2013.In order to improve the ability of managing floodwater of the existing reservoir in Nanyang and make the best use of flood resources by supplying dry season with rain season,the feasibility of floodwater utilization among medium-sized reservoirs was discussed from the prospect of present situations of the resources,floodwater management,as well as floodwater resourcing.Meanwhile the measures of engineering,management and risk control of floodwater utilization were proposed.

Keywords：water resources;medium-sized reservoir;post-flood season;floodwater utilization

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.045

中图分类号：TV213.4

文献标识码：A

文章编号：1672—1144(2014)06—0223—04

作者简介：潘自恒(1968—)，男，河南南阳人，高级工程师，主要从事水利水电工程规划设计和研究工作。

收稿日期：2014-08-20修稿日期：2014-09-29