杨 冰，刘建卫，秦国帅，田 晶

(大连理工大学水利工程学院，辽宁 大连 116024)

0 引 言

受季风气候的影响，我国地表水资源量大部分以汛期洪水的形式存在。特别是北方流域，汛期洪水占地表水资源量70%以上[1]。因此，洪水资源化在流域水资源开发利用中有着重要意义。许多学者针对洪水资源利用的方法与措施进行了研究，如王宗志等[2]评价了南四湖流域洪水资源利用现状和利用潜力，指出现状洪水资源利用的阈值空间和未来挖掘方向；廖四辉[3]利用洪水资源利用评价体系对海河洪水资源利用进行了评价；刘建卫等[4]以白城为例评价洪水资源利用对于改善水资源安全状态的意义。利用洪水资源前需要进行洪水资源评价，在以往洪水资源评价研究中，虽然评价水资源量的同时也会评价水质，但水量和水质往往是单独分析。评价水资源量时，不考虑水质的好坏；评价水质时，不考虑水资源量。水量和水质往往是相互影响的，单独分析水量和水质，会给水资源合理规划与利用带来不便。因此，本文首先介绍了流域洪水资源可利用量计算公式和综合水质标志指数法和单因子水质评价法，以太子河流域为例对其进行水质水量综合评价，得到了太子河流域汛期满足不同功能需求的可用水量，为实现流域内洪水资源化提供依据。

1 研究方法

1.1 洪水资源可利用量计算方法

洪水资源是流域地表水资源的一种特殊形式，是汛期降水形成的河道天然洪水径流量，洪水资源

利用就是对汛期大流量、高水位河川洪水径流进行主动蓄集、调节、控制，使之转化为可供利用的水资源量的过程。流域或区域洪水资源可利用量可定义为在可预见的时期内，在统筹考虑生产、生活和生态用水的需要，保障流域防洪安全的基础上，通过经济合理、技术可行的措施能够调控的河道最大洪水径流量。

流域洪水资源可利用量计算如下

(1)

(2)

1.2 单因子水质评价法

本文以太子河2015年～2019年水质数据为基础，分别利用综合水质标识指数法[7]和单因子评价法[8]分析太子河流域汛期水质变化情况，综合水质标识指数法所得结果如表1所示。由于综合水质标识指数法综合考虑水污染指标，所得结果与真实情况相差太大；因此，本文使用了单因子水质评价法对太子河干流进行水质评价。

表1 2015年～2019年汛期太子河水质监测断面水质类别

2 实例分析

2.1 研究区域

2.1.1 太子河流域概况

太子河地处辽宁省中部地区，是辽宁省东部的主要水系之一，位于东经122°6′～124°53′，北纬40°29′～41°39′之间，全长413 km，流域面积达13 883 km2，年平均径流量为26.86亿m3。太了河上游分南北两支，两支在木溪县下崴子汇合后始称太子河干流。汇流后的太子河流经本溪县、本溪市区、灯塔县、辽阳市、鞍山市和海城县，在三岔河附近与浑河汇合、汇入大辽河，至营口注入渤海，河长主要支流有细河、兰河、汤河、北沙河、柳壕河、南沙河、运粮河、杨柳河和海城河等。太子河主要流经本溪、鞍山和辽阳三市，受工业排放及城市生活污水的影响，河道水环境污染问题突出。太子河流域内城市化程度高，是辽宁省社会经济发展聚集区[9]；但伴随着城市化进程加快和工农业的高度发展，高强度人类开发活动造成水资源短缺，水量水质问题突出，影响太子河流域社会经济的发展[10]。由于经济发展和人口密度大的双重压力，太子河流域已成为省内最严重的缺水地区之一，需要对洪水资源进行利用[11]。

2.1.2 监测断面与数据

本文共选取7个太子河干流水质监测断面2015年～2019年的水质监测数据和1977年～2006年水文数据进行研究，主要水质监测指标有溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、生化需氧量和总磷。干流水质检测断面分别是老官砬子、兴安、葠窝坝下、下王家、下口子、刘家台和小姐庙。其中，除葠窝坝下位于葠窝水库内，其余均属河流断面。太子河流域水文站、水质站分布如图1所示。

图1 太子河流域水质站、水文站分布

2.2 洪水资源供需分析

2.2.1 流域洪水资源量及可利用量分析

本文选取现有1977年～2016年的实测水文数据进行计算与分析。通过太子河下游唐马寨1977年～2016年多年年均径流量变化过程可知(见图2)，太子河流域径流年际分布极不均衡，需要利用洪水资源进行调节。

图2 1977年～2016年唐马寨站多年年均径流变化

本文根据太子河已有1977年～2016年连续实测水文资料，计算了太子河1977年～2016年汛期径流量和汛期洪水资源可利用量，见表2。

表2 太子河流域1977年～2016年汛期洪水资源可利用量 亿m3

本文选取汛期来水作为洪水资源量进行分析，使用1977年～2016年数据评估太子河流域的洪水资源量和洪水资源可利用量。太子河年径流最大值为62.695亿m3(2010年)，年径流最小值为7.143亿m3(1980年)，多年平均径流量为35.451亿m3，可近似为现状来水量为35.451亿m3。太子河汛期多年平均径流量20.020亿m3，汛期径流量占全年径流量56.474%，汛期多年平均洪水资源可利用量为8.693亿m3，最大可利用洪水资源量为45.475亿m3(2010年)，最小可利用量为0。由《辽宁省水资源公报》可知，2015年～2019年太子河流域现状需水量为22.798亿m3。太子河多年平均来水量35.451亿m3大于需水量22.798亿m3，可以利用太子河汛期洪水资源缓解太子河流域城市缺水现状。同时，洪水资源量越大，洪水资源可利用量就越多，入海量也越多，说明大洪水条件下，流域洪水资源调控能力不足，详见图3。

图3 太子河流域汛期洪水资源量与洪水资源可利用量

2.2.2 洪水期水质变化特征

影响我国城市河流水质的主要污染指标：一是有机污染指标，包括溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、生化需氧量；二是富营养化指标[12]，即总磷。因此，本文以单因子评价法为工具，利用现有2015年～2019年水质数据中溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、生化需氧量和总磷5种主要水质评价指标，对太子河进行水质评价，评价结果见表3。

表3 太子河2015年～2019年汛期各监测断面水质情况

由表3可知，在汛期时位于上游的老官砬子的水质最好，基本是Ⅱ类水，中下游水质较差。兴安站位于本溪市下游、入葠窝水库之前，其监测到的污染物浓度较城市上游的监测断面明显增大，水质差，多为Ⅲ类水和Ⅳ类水；同时，7月份是前汛期，水量较差，存在Ⅳ类水。根据GB3838—2002《地表水环境质量标准》可知，可用于一般工业用水与人类非直接接触的娱乐用水区。2015年～2019年4月～11月太子河多年平均水质类别均值如图4所示。

图4 2015年～2019年太子河4月～11月水质变化趋势

由图4可知，汛期的水质优于非汛期的水质，8月份对应的水质最好，可以充分利用。通过图5可得，由于葠窝水库具有稀释与调节作用，河道入库前水质比出库后水质差；在老官砬子至兴安段、下王家至小姐庙段，太子河流经本溪市、辽阳市、鞍山市，城市生活用水、工业废水和农业退水等进入河道内，导致水质类别呈上升趋势，水质从上游到下游逐渐变差。太子河汛期6月～9月所有监测断面水质变化区间为Ⅱ～Ⅳ类水，根据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》指标要求，太子河汛期的水质通过水质净化等措施可以满足城市工业用水、农业用水、居民生活用水等的需求。

图5 太子河汛期水质监测断面水质类别

2.2.3 太子河流域水量水质综合评价

通过分析太子河上下游各个水质监测断面对应的流量及水质(见图6)，可知水库截留导致上游至下游的流量呈下降趋势，水质呈上升趋势，一定程度上可以认为水量与水质呈相反的变化趋势[13]。太子河下游水质较上游水质更差，且多条河流交汇处的水质有代表性；故选取位于浑河、太子河、大辽河汇流三岔口前的小姐庙监测断面水质数据进行分析。因此，本文以小姐庙2015年～2019年5月～9月监测的平均水质等级、流量数据为基础，利用Kendall相关系数分析水量与水质相关关系，得到Kendall相关系数为-0.894，且置信度0.037<0.050，相关性显著。说明水质类别随着来水量的增多而降低，即来水量越大，水质越好。由于汛期的水量大、水质好，所以汛期期间可以多蓄水，以满足非汛期的用水需求。

图6 2015年～2019年汛期太子河流域上下游水质、水量变化趋势

由于不同水质分类的水的功能不同，为了合理规划利用洪水资源量来缓解城市用水短缺现状，需要分析不同水质类别的水对应的洪水资源可利用量。本文前述计算了2015年～2019年太子河汛期6月、7月、8月和9月的平均水质类别，由于不同水质类别水对应的功能不同，分析洪水资源利用方式之前，需要计算汛期6月～9月各月的洪水资源可利用量，计算结果见表4。

表4 1977年～2016年太子河汛期各月洪水资源可利用量

综合表3和表4可知，太子河流域需汛期水量水质综合评价结果为：6月份平均水质为Ⅱ类水，多年平均洪水资源可利用量为2.210亿m3；7月份平均水质为Ⅲ类水，多年平均洪水资源可利用量为2.845亿m3；8月份平均水质为Ⅱ类水，多年平均洪水资源可利用量为3.729亿m3；9月份平均水质为Ⅱ类水，多年平均洪水资源可利用量为1.267亿m3。

2.3 太子河流域洪水资源利用方式

由表4、图7可知，太子河流域汛期6月可用洪水资源量是2.210亿m3，水质类别为Ⅱ类。根据GB3838—2002《地表水环境质量标准》指标要求可知，6月份的水可用于集中式生活饮用水源地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地等；太子河汛期7月份来水量较大，洪水资源可利用量是2.845亿m3，但对应的平均水质类别是Ⅲ类，水质较差。因此，7月份的洪水资源可以用于发电、湿地补水、航运、水产养殖等，从而增加洪水资源的利用，实现洪水资源化，降低洪水风险。8月、9月洪水资源可利用量分别为3.729亿、1.267亿m3，对应的平均水质类别均为Ⅱ类。根据GB3838—2002《地表水环境质量标准》，8月、9月的水可用于生活用水、珍稀水生生物保护区等。同时，8月～9月期间，水质较好且来水量大，水库可以合理蓄水，从而降低洪涝灾害发生的概率，也是解决城市用水资源短缺的途径之一。

图7 太子河讯期多年平均来水量和水质类别变化过程

3 结 语

本文对太子河流域进行的实例分析得到了太子河流域水量水质综合评价结果。即，太子河流域不同功能的水对应的可用的洪水资源量。太子河6月份平均水质为Ⅱ类水，多年平均洪水资源可利用量为2.210亿m3；7月份平均水质为Ⅲ类水，多年平均洪水资源可利用量为2.845亿m3；8月份平均水质为Ⅱ类水，多年平均洪水资源可利用量为3.729亿m3；9月份平均水质为Ⅱ类水，多年平均洪水资源可利用量为1.267亿m3。相较于非汛期来说，太子河汛期水质好、水量大；因此，汛期期间水库可以合理蓄水，来降低洪水灾害发生的概率，同时解决非汛期水资源短缺的问题。本文将洪水资源的可利用水量和水质结合起来进行评价，以水量水质综合评价角度分析流域洪水资源利用方式，从而便于洪水资源的规划利用；同时，也为合理分配流域内汛期洪水资源提供新思路，为解决流域内城市水资源短缺问题、最大限度地发挥流域洪水资源综合利用效益提供依据。