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河北省雨洪資源優(yōu)化利用研究

2022-10-27 06:57
海河水利 2022年5期
關鍵詞:雨洪坑塘水系

張 文

(河北省水文勘測研究中心,河北 石家莊 050031)

河北省水資源嚴重短缺,地下水嚴重超采,雨洪水既是一種嚴重威脅人類安全的災害,又是一種重要的水資源。汛期降雨量占全年的70%~80%,汛期既是防洪保安全的關鍵時期,又是集雨蓄水的黃金季節(jié)。在確保防洪安全的前提下,開展雨洪資源優(yōu)化利用研究,通過水庫科學調度、水系連通、河道坑塘存蓄等舉措,切實留住用好雨洪資源,實現人與洪水和諧共處,是解決河北省水資源短缺、地下水超采問題,提高水資源承載能力的重要措施。

1 河北省自然狀況及雨洪水特點

1.1 自然地理

河北省位于華北平原北部、內蒙古高原東南部,國土面積18.88 萬km2,總的地勢為西北高、東南低,太行山、燕山環(huán)抱河北平原,對全省降水和河流分布影響顯著。燕山山地和丘陵植被較好,河流源遠流長;太行山山地丘陵區(qū)山勢陡峭,河流源短流急;河北平原背山面海,地勢平緩,分為山前沖積洪積平原區(qū)、中部沖積湖積平原區(qū)和濱海沖積海積平原區(qū)。

1.2 雨洪水特點

河北省屬半濕潤半干旱大陸性季風氣候,多年平均降雨量521mm,降雨量呈現年際變化大、年內分布不均、空間分布差別大等特點。從年際變化看,20世紀五六十年代以來,大體呈現震蕩式下降趨勢,且年際間分布極不均衡,1964 年降水量為778.6 mm,而1997年嚴重干旱降水量只有367.3 mm;從年內分配看,6—9 月汛期降水量約占全年降水量的80%,且主要集中在7、8 月;從區(qū)域分布看,受氣候、地形等因素影響,降水量分布總的趨勢是燕山、太行山迎風坡為多雨帶,分別向西北和東南兩側遞減;從流域分布看,河北省海河流域中灤河水系降雨量最大,多年平均為563 mm,內陸河流域降雨量最少,多年平均為383 mm。

1.3 河流水系

河北省分屬海河、遼河和內陸河流域。海河流域面積17.27萬km2,占全省面積的91.5%,遍布全省大部分地區(qū),從北向南主要分為灤河、北三河、永定河、大清河、子牙河、黑龍港及運東諸河、漳衛(wèi)河等七大水系。根據全國第一次水利普查統(tǒng)計成果,河北省流域面積50 km2以上河流共1 386條,總長40 916 km。河北省河流大概可分為2 種類型:一種類型是發(fā)源于太行山、燕山背風坡的河流,如漳河、滹沱河、永定河、潮白河、灤河等,這些河流源遠流長,山區(qū)匯水面積大,水系集中,比較容易控制;另一種類型是發(fā)源于太行山、燕山迎風坡的河流,如衛(wèi)河、滏陽河、大清河、北運河、薊運河、冀東沿海河流等,其支流分散,源短流急,洪峰高、匯流短,難以控制,此類河流的洪水多是經過洼淀滯蓄后下泄。

1.4 工程體系

按照“上蓄中疏下排、適當地滯”的防洪治理方針,經過幾十年建設,在河北省境內修建了大中小型水庫1 000 余座,構筑河道堤防1.1 萬km,建設蓄滯洪區(qū)13處,新辟了子牙新河、漳衛(wèi)新河等入海通道,各河系基本建成“分區(qū)防守、分流入?!钡墓こ腆w系。

1.5 入海水量

近20 a 入??偹繛?76 億m3,主要集中在2012、2013、2016、2018 年4 個大水年份,占65%;從年內分配看,入海水量主要集中在汛期,占77%;從空間分布看,主要集中在灤河及冀東沿海,占74%。2019 年實際入海水量9.7 億m3,其中灤河及冀東沿海8.7 億m3、占90.2%。2000—2019 年入海水量,如圖1所示。

圖1 2000—2019年入海水量

2 洪水遭遇分析

2.1 河系間洪水遭遇分析

受地理位置和氣候條件影響,河北省各流域同時發(fā)生暴雨洪水的概率很小,但發(fā)生相鄰量級的洪水可能性很大,當有一個水系發(fā)生特大洪水時其他水系發(fā)生大洪水的可能性很大;當有水系發(fā)生大洪水時,其他水系可能發(fā)生較大洪水。從近30 a 河北省實際發(fā)生的3 次暴雨洪水情況看,1996 年“96·8”洪水主要發(fā)生在子牙河流域的滹沱河,2012 年“7·21”洪水主要發(fā)生在大清河流域拒馬河和灤河流域長河、潵河,2016 年“7·19”洪水主要發(fā)生在子牙河流域的滏陽河水系,2021 年洪水主要發(fā)生在漳衛(wèi)河流域、子牙河流域。

2.2 山區(qū)與平原洪瀝水遭遇分析

逐年對6—9 月山區(qū)、平原代表性水文站水量進行統(tǒng)計,分析洪瀝水遭遇情況,山區(qū)洪水與平原瀝水基本不遭遇,為雨洪水資源化提供了可能。

3 總體思路

遵循“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路,統(tǒng)籌防洪安全與雨洪資源利用,統(tǒng)籌山區(qū)攔蓄與平原存蓄,統(tǒng)籌工程與非工程措施,以防洪保安全為前提,以多蓄水、多興利為目標,創(chuàng)新舉措,科學調度,通過“水庫調蓄、河道引蓄、坑塘存蓄、蓄滯洪區(qū)滯蓄”等蓄水保水綜合措施,充分利用汛期雨洪資源,切實留住用好水資源。對于超20 a一遇的較大洪水,以防洪保安全為主,最大限度減少洪災損失。對于中小洪水,在保障防洪安全的前提下,充分利用現有水庫、河渠、坑塘、蓄滯洪區(qū)組成的水系水網工程體系,引蓄雨洪資源;對于較大洪水,以防洪保安全為主,按照洪水調度方案和指令,科學有序宣泄洪水。雨洪資源優(yōu)化利用,應重點遵循以下原則。

(1)保障安全,應蓄盡蓄。在保障防洪工程安全和人民群眾生命安全的前提下,創(chuàng)新舉措,充分發(fā)揮水庫、河道、坑塘、蓄滯洪區(qū)等工程的調蓄作用,實現雨洪資源利用最大化。

(2)精準預測,科學調度。利用氣象、水文預測預報系統(tǒng),超前預測和滾動預報,提高精準度,上下游統(tǒng)籌,區(qū)域間互濟,科學調控,防洪興利兼顧。

(3)蓄滯引補,有序利用。依托現有水系水網工程體系,上游調蓄與調度,中游疏導與滯蓄,下游排洪與分引,蓄、滯、引、滲、補有機結合,減少雨洪水入海水量。

4 總體布局

(1)上游山丘區(qū),充分利用水窖、水池、塘壩等山區(qū)集雨工程和水土保持工程,延長洪水匯流時間,坦化洪水過程;充分發(fā)揮上游大中型水庫攔洪、削峰、錯峰作用,合理存蓄水資源。

(2)山前平原區(qū),利用山前行洪河道河面寬闊、槽蓄能力大、滲漏性能好的特點,合理引滲補充地下水,削減洪峰,為下游河渠引蓄洪水創(chuàng)造條件。

(3)中下游平原,根據上游來水及河道水情,充分利用平原河網工程體系,通過優(yōu)化閘涵樞紐調度,利用蓄水閘、節(jié)制閘、橡膠壩等進行河道攔蓄,利用坑塘進行存蓄雨洪資源,結合分洪適時啟動蓄滯洪區(qū)蓄洪。

5 主要舉措

5.1 科學預測預報

結合雨情水情工情實施動態(tài)預報、精準調度,統(tǒng)籌水庫、河道、蓄滯洪區(qū)的調洪、行洪、蓄洪能力,科學分析研判,優(yōu)化洪水調度,充分利用水庫、河道、坑塘、蓄滯洪區(qū)引洪蓄洪滯洪緩洪,在確保防洪安全的前提下,實現雨洪資源利用最大化。

5.2 強化管理調度

(1)強化統(tǒng)一調度機制。按照《河北省大中型水庫汛期調度運用方案》《河北省主要行洪河道洪水調度方案》進行洪水調度,科學合理引蓄雨洪資源。

(2)完善水庫動態(tài)調度機制。根據河北省降雨特點,采用分段浮動控制汛限水位。汛前結合灌溉和生態(tài)補水,降低蓄水位,及時騰庫迎汛;主汛期嚴格控制汛限水位,保障防洪安全;后汛期逐步抬高汛限水位,有序增加水庫蓄水。

(3)完善河渠、坑塘引蓄調度機制。根據不同河系的雨情、水情、工情變化及引蓄能力,各地要及時組織有關部門會商,研究引蓄水方案,切實用好水資源。

5.3 水庫調蓄調度

河北省境內修建了大中型水庫65 座,總庫容112.83億m3,大中型水庫主汛期對應水庫庫容33.99億m3,后汛期對應水庫庫容49.33億m3。

前汛期,科學預測水庫來水,對位于汛限水位以下的水庫,適時攔蓄雨洪水;對于超過汛限水位的水庫,結合下游灌溉、生態(tài)補水,及時預泄騰庫至汛限水位以下;主汛期,嚴格汛限水位控制,強化會商分析研判,統(tǒng)籌考慮上下游防洪形勢及水庫自身安全,科學精細調度;后汛期,汛限水位采用分段浮動控制,通過抬高汛限水位,增加蓄水庫容,將雨洪水攔蓄在水庫。

5.4 河道引蓄調度

全省流域面積在200 km2以上的河流共計307條,其中流經平原區(qū)的有117 條,河道長度約0.6 萬km,河道滲蓄、攔蓄能力較大。

5.4.1 分時段引蓄研究

前汛期,對位于預泄騰庫下游的河道,搶抓上游雨洪水下泄有利時機,利用河渠、坑塘多引蓄雨洪資源,用于農田灌溉,減少地下水開采,回補地下水;主汛期,強化會商分析研判,統(tǒng)籌考慮上下游防洪形勢及河道安全,合理攔蓄雨洪資源;后汛期,通過節(jié)制閘、橡膠壩等存蓄在河道,利用沿岸閘涵樞紐引蓄至河渠、坑塘,將后汛期的雨洪資源盡可能地攔蓄下來。

5.4.2 分河系引蓄研究

(1)漳衛(wèi)河水系。主要包括漳河、衛(wèi)河、衛(wèi)運河、漳衛(wèi)新河等,流域總面積3.8 萬km2,河北省境內面積不足0.4 萬km2。流域降雨主要在山西、河南2 省境內。漳河上游可利用涉縣漳南渠、漳西渠、漳北渠、邯鄲市大躍峰渠和磁縣小躍峰渠等引水,引水時需注意避開洪峰,以防止因洪水攜帶大量泥沙而淤積渠道。漳河岳城水庫下游,衛(wèi)河、衛(wèi)運河遇中小洪水時,可通過民有渠、東風渠、衛(wèi)西干渠及沿岸揚水站點或下游河道相機引水入黑龍港和運東地區(qū)。

(2)子牙河水系。主要包括滏陽河、滹沱河兩大河系,兩河洪水在獻縣樞紐匯合后經子牙新河下泄入海,流域總面積4.8萬km2,河北省境內面積2.8萬km2。滹沱河上游遇中小洪水時,可通過里榭涵洞相機引水入清南地區(qū)。艾辛莊樞紐以上來水小于5 a 一遇時,可利用商店、孫家口、北陳海等涵洞相機引水入滏東排河、老鹽河、衡水湖等清涼江以西的黑龍港地區(qū);艾辛莊樞紐以下中小洪水可利用滏東排河,將水輸入南排河及北排河,本著先下后上的原則相機攔蓄,這樣,既可減輕滏陽新河和子牙新河深水河槽行洪的壓力,提高寧晉泊和獻縣泛區(qū)的滯洪啟用標準,又可以有計劃地利用洪水排污、沖淤,改善河口的淤積狀況,并可引洪蓄水灌溉及回灌地下水。子牙河系的中小洪水可利用子牙河相機為沿河各縣引蓄水。

(3)大清河水系。主要包括南北兩支,南支為趙王河水系,各河均匯入白洋淀,由棗林莊樞紐下泄,經趙王新河匯入東淀;北支為白溝河水系,經新蓋房分洪道匯入東淀。大清河水系洪水經天津市獨流減河和海河干流入海,流域總面積4.3 萬km2,河北省境內面積3.5 萬km2。大清河南支遇中小洪水時,可通過王大引水線路,將水相機引至清南地區(qū)、黑龍港地區(qū)及大浪淀水庫;北支遇中小洪水時,可利用太平莊閘、中亭河相機向清北地區(qū)引水。

(4)黑龍港運東水系。主要包括南排河和北排河兩大平原排瀝河道,流域總面積2.2 萬km2,基本全部在河北省境內。其中,南排河上游納滏東排河、老鹽河、清涼江至黃驊市趙家堡入海;北排河納港河西支、中支、東支和本支至天津入海。該區(qū)是洪水資源利用的重點地區(qū),通過閘涵樞紐引調相鄰子牙河水系和漳衛(wèi)河水系雨洪資源,進入滏東排河、清涼江、南運河、宣惠河平原水網系統(tǒng)。

(5)永定河水系。主要包括桑干河、洋河兩大支流。官廳水庫以上地區(qū),利用桑干河、洋河兩岸引洪淤灌工程,提高洪水資源利用量;中下游平原地區(qū),可利用北馬莊、楊官村等閘向清北地區(qū)引蓄洪水資源。中小型洪水可擇機利用永定河泛區(qū)北前衛(wèi)埝和南小埝之間的區(qū)域進行洪水利用。

(6)北三河水系。主要包括北運河、潮白河、薊運河等,流域總面積3.6 萬km2,河北省境內面積1.8萬km2。當發(fā)生中小洪水時,優(yōu)化調度吳村樞紐,利用潮南、嶺子等閘向五一渠、梁務干渠等引蓄潮白河洪水資源;優(yōu)化調度土門樓樞紐,向北運河、青龍灣減河引水;利用小河口、盛莊子等排灌泵站引蓄薊運河洪水入玉田洼河網;利用白宮屯、大和平等閘引蓄還鄉(xiāng)河洪水資源。

(7)灤河水系。主要包括灤河及冀東沿海諸河,流域總面積5.4 萬km2,河北省境內面積4.6 萬km2。利用巖山渠首向灤河下游灌區(qū)輸水,進而利用灌區(qū)渠系、坑塘、洼淀及河渠閘壩引蓄洪水資源;洋河水庫利用洋河灌區(qū)渠首分引洋河洪水進入洋河灌區(qū)渠系系統(tǒng),利用閘壩引蓄洪水。

5.5 坑塘存蓄

河北省中南部平原現有坑塘1 萬余座,蓄水能力8億m3,其中與河道相連、能引蓄雨洪資源的坑塘1 000余處,蓄水能力1.7億m3。根據上游河渠來水,通過閘涵調度,多引蓄雨洪水用于農田灌溉,回補地下水。

5.6 蓄滯洪區(qū)滯蓄

全省13 處蓄滯洪區(qū),蓄滯洪區(qū)洪水資源利用包括2個途徑,一是存蓄洪水汛后直接利用,一是通過入滲補充地下水間接利用。在分洪蓄洪期間,綜合洪水來量和蓄滯洪區(qū)運用原則,適時啟動合理安排蓄滯洪區(qū)蓄泄,適當延長蓄滯洪區(qū)滯洪時間,增加地下水下滲補給。近期順應滯洪形勢和滯洪需要,擴大安全區(qū),在做好居民轉移、避險的基礎上,充分利用蓄滯洪區(qū)內的河道和坑塘蓄水,發(fā)揮蓄滯洪區(qū)入滲回補地下水的功能;遠期則應站在洪水資源化的角度變被動啟用為主動啟用,特別是對滲漏性好適合地下水回補的小清河分洪區(qū)、永定河泛區(qū)、獻縣泛區(qū)、蘭溝洼、寧晉泊、大陸澤等蓄滯洪區(qū),合理規(guī)劃安全區(qū)、蓄水區(qū)和緩沖區(qū),實施分區(qū)利用,主動引洪、過洪、適當蓄洪,增加洪水資源利用能力,包括汛后引用蓄滯洪區(qū)存蓄的地表水和利用蓄滯洪區(qū)存蓄的洪水回補地下水。

6 問題與建議

洪水資源利用是在汛期洪水調度過程中實現的,在獲得水資源利益的同時,難免存在一定風險,主要包括防洪風險、經濟損失等。①防洪風險,若主動引入防洪標準以下的洪水入蓄滯洪區(qū)或保留正常分蓄的洪水作為水資源儲備或回補地下水,將占用部分蓄洪庫容,若隨后發(fā)生超標準洪水,可能會影響蓄滯洪區(qū)防洪能力的發(fā)揮;②經濟損失,在蓄滯洪區(qū)無論是回補地下水型還是蓄洪利用型,由于蓄滯洪區(qū)土地基本上已開發(fā)利用,會造成農作物被淹等經濟損失。

建議加強洪水利用和地下水庫調蓄洪水的技術研究,開展淹沒損失補償機制研究,進一步完善防汛及雨洪資源利用機制,健全預測預警、洪水調度制度,細化調度措施,確保防洪安全,實現雨洪資源優(yōu)化利用。

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