王 靜 李娜 林煒潔

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心（水旱災害防御中心），北京 100038）

0 引 言

蓄滯洪區(qū)洪水資源化利用一直是國內外學者研究的熱點之一。在“十五”國家科技攻關計劃期間，我國以海河流域為研究區(qū)，建立了蓄滯洪區(qū)洪水資源化適宜性評價指標體系，運用蓄滯洪區(qū)洪水資源化風險調度模型對大黃堡洼開展了示范研究[1]。于翚等[2]將海河流域蓄滯洪區(qū)的洪水資源利用方式劃分為分區(qū)利用、常年利用、區(qū)內溝渠蓄洪利用、建設滯洪水庫利用和淹沒利用5 類。王艷艷等[3]提出在大黃堡洼興建滯洪水庫，與主洼形成分區(qū)運用，可使蓄滯洪區(qū)的年均可資源化洪水量達到850萬～2 000萬m3。美國、日本和德國等[4]均從法律和規(guī)劃層面約束蓄滯洪區(qū)的土地開發(fā)，一般將蓄滯洪區(qū)作為公園、濕地或自然保護區(qū)，并通過防洪工程調度實現(xiàn)對洪水資源的綜合利用。

出于不同的研究角度和目的，我國學者對“洪水資源利用潛力”的定義也存在較大差別。主要可歸納為以下3 類：第1 類是指當前條件下的最大可利用洪水資源量，具體定義為在當前政策、規(guī)范、工程、技術和管理等條件下，以保證生產(chǎn)、生活和生態(tài)環(huán)境用水為前提，綜合運用各種措施，可安全開發(fā)利用的最大洪水資源量[5]。第2 類是扣除當前洪水資源實際利用量之后，在經(jīng)濟合理、技術可行、不破壞河流基本功能的前提下，在現(xiàn)狀基礎上流域洪水資源中還能夠進一步增加利用的最大洪水徑流量[6-7]，屬于當前條件下的最大可利用洪水資源增量。第3 類則按未來條件下的最大增量考慮，如劉德東等[8]認為該潛力是指一定時期內，在保障河流健康和生態(tài)環(huán)境的前提下，對現(xiàn)有水利工程和非工程措施尚未控制的那部分雨洪資源實施開發(fā)利用，最大可能利用的洪水資源量。李曉英等[9]定義為在可能的預見期內，保障河流生態(tài)功能和流域防洪安全的前提下，洪水資源可利用量減去洪水資源實際利用量之后，洪水資源中還能夠進一步開發(fā)利用的量。王宗志等[10]進一步提出了洪水資源理論利用潛力和現(xiàn)狀利用潛力的概念，以區(qū)分現(xiàn)有水利工程體系能力和無限提高流域洪水調控利用能力兩種情景下的潛力挖掘能力（增量）。

本文從便于蓄滯洪區(qū)管理應用角度出發(fā)，采用第1 類定義，在分析蓄滯洪區(qū)洪水資源利用方式的基礎上，考慮不同重現(xiàn)期標準運用工況和汛期雨洪水資源利用兩方面，提出洪水資源利用潛力評估方法，并以海河流域永年洼為典型案例，進行了現(xiàn)狀工程和下墊面條件下的洪水資源利用潛力評估。該方法對其他類似蓄滯洪區(qū)的洪水資源利用潛力定量計算具有一定的參考價值。

1 國內外蓄滯洪區(qū)洪水資源利用現(xiàn)狀

國內對蓄滯洪區(qū)的洪水資源利用類型主要分為3 種，結合水庫湖泊等地表空間蓄水、回補地下水、生態(tài)濕地建設[11]，利用方式可分為主動利用和被動利用。海河流域“1996.8”洪水期間，白洋淀、寧晉泊、大陸澤、獻縣泛區(qū)和東淀等蓄滯洪區(qū)啟用，被動滯洪的同時客觀上使相關區(qū)域地下水普遍回升。據(jù)河北省統(tǒng)計，省內地下水補給水量（含蓄滯洪區(qū)內補給）達80 多億m3[12]，且補給具有長期性的、跨年度的調節(jié)作用。2000 年淮河流域沙潁河啟用了楊莊、泥河洼、老王坡蓄滯洪區(qū)，在發(fā)揮防洪作用的同時，也對地下水進行了有效的回補。2003 年，淮河流域啟用了蒙洼等9 個行蓄洪區(qū)，蓄滯的雨洪水起到了地下水回補、濕地保護等作用。

日本的渡良瀨滯洪區(qū)采用分區(qū)運用模式，在實現(xiàn)分蓄洪水的同時，兼具生態(tài)修復、城市供水、河道流量維持、景觀旅游等多目標功能[13]。萊茵河兩岸滯洪區(qū)在不需啟用的情況下，每3～5 a 也對蓄滯洪區(qū)充水一次，以維持蓄滯洪區(qū)的生態(tài)功能[14]。

2 蓄滯洪區(qū)洪水資源利用潛力評估方法

蓄滯洪區(qū)在現(xiàn)狀防洪工程、技術條件下，可利用的最大洪水資源量由兩部分組成，一是因達到蓄滯洪區(qū)啟用條件，從外河（江）分洪入蓄滯洪區(qū)的洪水量；另一部分是蓄滯洪區(qū)本地降雨產(chǎn)匯流形成的洪水量。本文采用年均（或期望）可利用洪水資源量表示蓄滯洪區(qū)洪水資源利用潛力，其計算公式為上述兩方面洪水量之和，即：

式中：WD為某蓄滯洪區(qū)的洪水資源利用潛力；WU為該蓄滯洪區(qū)因所在水系發(fā)生滿足啟用條件的洪水而產(chǎn)生的洪水資源利用潛力；WR為該蓄滯洪區(qū)因降雨產(chǎn)匯流形成的洪水資源利用潛力。

2.1 啟用工況下的洪水資源利用潛力評估方法

我國蓄滯洪區(qū)的啟用標準一般在流域防洪規(guī)劃和所在河流水系的洪水調度方案中明確，這也意味著蓄滯洪區(qū)分蓄洪水是具有一定概率的。在不考慮氣候變化、人類活動等因素影響情況下，從歷史長序列來看，其實際使用概率接近其啟用標準。因此，適合采用期望洪水資源量來表征其潛力。計算公式如下：

式中：pi為某一洪水重現(xiàn)期，a；Wui為某蓄滯洪區(qū)對應pi的洪水淹沒水量，m3；n為洪水重現(xiàn)期的個數(shù)，個；pi+1為比pi高一量級的洪水重現(xiàn)期，a；Wui+1為某蓄滯洪區(qū)對應pi+1的洪水淹沒水量，m3。

為了使計算的期望值接近理論值，在利用式（2）計算時，起算頻率（p1）應取蓄滯洪區(qū)啟用標準對應頻率，n取比蓄滯洪區(qū)圍堤工程設計標準高一量級的重現(xiàn)期數(shù)量，當該重現(xiàn)期仍低于100 a 時，可直接取至100 a，其對應的淹沒水量可根據(jù)蓄滯洪區(qū)水位—面積—容積曲線進行估算，或構建二維水力學模型計算。

2.2 本地降雨洪水資源利用潛力評估方法

根據(jù)長序列的降雨、徑流資料，考慮蒸發(fā)和下滲，計算蓄滯洪區(qū)本地匯水范圍內因降雨產(chǎn)生的洪水資源量。計算方法為根據(jù)蓄滯洪區(qū)水系、地形和防洪工程分布，劃分匯水分區(qū)，根據(jù)不同土地利用分布計算區(qū)域綜合徑流系數(shù)，統(tǒng)計汛期降雨量，估算年均可利用的由降雨形成的洪水資源量。計算公式如下：

式中：m為長序列降雨資料的年份數(shù)，個；N為蓄滯洪區(qū)的匯水分區(qū)個數(shù)，個；Ri為第i年的汛期降雨量，mm；Aj為蓄滯洪區(qū)內第j個匯水分區(qū)的面積，km2；Cij為第j個匯水分區(qū)第i年的綜合徑流系數(shù)。

3 典型蓄滯洪區(qū)評估結果及分析

3.1 蓄滯洪區(qū)基本情況

永年洼蓄滯洪區(qū)位于海河流域子牙河水系的滏陽河左岸，為自然和歷史寇亂下形成的洼淀。蓄滯洪區(qū)四周筑有圍堤，總面積約18.5 km2。啟用標準3 年一遇，新中國成立以來共運用11次[15]，在海河流域屬于啟用次數(shù)較多的蓄滯洪區(qū)之一。洼心海拔高程為40.3 m，10 年一遇蓄滯洪水位44.56 m，相應設計滯洪量0.54億m3。其蓄滯洪水位—面積—水量對應關系見圖1。

圖1 永年洼蓄滯洪區(qū)蓄滯洪水位—面積—水量關系曲線

永年洼蓄滯洪區(qū)是子牙河防洪體系的重要組成部分，擔負著蓮花口以上滏陽河、支漳河分洪道、生產(chǎn)團結總干渠來水的滯洪緩瀝任務，保護邯鄲市防洪安全。當達到啟用條件時，洪水由蓮花口進洪閘通過引河排入留壘河。當進洪流量超過125 m3/s時，洪水進入滯洪區(qū)。遇超標準洪水時，可在蓮花口進洪閘上游滏陽河左堤扒口分洪入永年洼，由借馬莊泄洪閘泄洪（圖2）。

圖2 永年洼蓄滯洪區(qū)進退洪控制工程示意圖

3.2 歷史典型年份運用情況

自1957 年永年洼蓄滯洪區(qū)建成后，分別在1959 年、1960 年、1961 年、1962 年、1963 年、1964 年、1971 年、1976 年、1982 年、2016 年和2021 年先后11 次滯洪，歷史典型運用年份啟用情況統(tǒng)計見表1?！?963.8”洪水期間，永年洼蓄滯洪區(qū)內最大水深4.47 m，廣府古城四門全部堵封，南北關、裴屯村全部上水，洼內蓄水達3 個月之久，蓄滯洪區(qū)內耕地荒廢1 a。2016 年7 月19 日，永年洼蓄滯洪區(qū)上游地區(qū)遭遇了特大暴雨洪水的襲擊，支漳河分洪道、滏陽河水位暴漲。20 日5 時，永年洼蓄滯洪區(qū)內引河流量超過125 m3/s，達到啟用標準，20—22 日累計滯洪0.068 億m3，確保了滏陽河、留壘河安全，減輕了下游防洪壓力。

表1 永年洼蓄滯洪區(qū)歷史典型年份啟用情況統(tǒng)計表

3.3 評估結果分析

（1）啟用工況下的洪水資源利用潛力評估。蓄滯洪區(qū)不同啟用工況下的洪水淹沒分布及水量一般根據(jù)區(qū)內的水系、地形特點和防洪工程復雜情況，采用一維、二維水力學模型或水文與空間地形分析結合的方法獲取[16]。本文針對永年洼蓄滯洪區(qū)3 年一遇到20 年一遇的洪水最大淹沒水量根據(jù)洪水風險圖編制成果估算。100 年一遇洪水淹沒水量取堤頂高程45 m 對應的淹沒水量，并扣除底水（按常年積水面積4.5 km2，水量0.018 億m3），永年洼蓄滯洪區(qū)不同洪水重現(xiàn)期下的淹沒水量見表2。綜合各重現(xiàn)期洪水量計算得出其啟用工況下的洪水資源利用潛力期望值為870 萬m3，相當于1 座?。?）型水庫的庫容。表1 中根據(jù)近40 年的實際啟用情況計算的年均值小于期望值的主要原因是海河流域自1980年后總體上處于枯水期和平水期[17]，發(fā)生流域性大洪水的年份偏少。

表2 永年洼蓄滯洪區(qū)不同洪水重現(xiàn)期下的淹沒水量及洪水資源利用潛力期望值

（2）本地降雨洪水資源利用潛力評估。統(tǒng)計永年洼蓄滯洪區(qū)附近的雨量站2000—2022年汛期降雨量數(shù)據(jù)，汛期（6—8月）降雨量最大值、最小值和平均值分別為562.0 mm（2021年），124.0 mm（2014年）和337.9 mm；利用式（3）計算的可利用雨洪資源量最大、最小和均值分別為499.1萬m3、110.1 萬m3和305.2 萬m3。綜合徑流系數(shù)根據(jù)2000 年和2018年的土地利用數(shù)據(jù)計算取值，分別為0.48和0.50。

綜上，永年洼蓄滯洪區(qū)的年均洪水資源利用潛力約1 174.9萬m3。根據(jù)研究，永年洼蓄滯洪區(qū)濕地生態(tài)需水量[18]最小為1 256萬m3，適宜值為2 944萬～4 192萬m3，最大為6 576萬m3。這些洪水資源量雖然遠低于濕地生態(tài)蓄水量，但可以作為維持其濕地功能的水源之一，在滿足蓄滯洪區(qū)防洪功能的同時，充分發(fā)揮其綜合效益。尤其是大水年份，可以適度減少退水量，未達到啟用條件的年份，建議適當引水入蓄滯洪區(qū)內，以達到調節(jié)和修復其生態(tài)濕地功能的效果。

4 結 語

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國98處蓄滯洪區(qū)內的水面面積超過5 200 km2，有68 處存在面積在1 km2及以上的天然或人工湖泊。蓄滯洪區(qū)的總設計蓄洪容積超過1 000億m3[13]。在首要發(fā)揮防洪功能，保障流域防洪體系安全的同時，有必要依托不斷發(fā)展完善的“四預”措施技術，將蓄滯洪區(qū)的洪水資源化利用納入防洪規(guī)劃、建設和調度運用中綜合考慮。本文提出的蓄滯洪區(qū)洪水資源利用潛力評估方法是對蓄滯洪區(qū)啟用工況下的年均可利用外來洪水資源量和由本地降雨產(chǎn)匯流形成的洪水資源量的定量估算，可以為推動部分蓄滯洪區(qū)向濕地生態(tài)型蓄滯洪區(qū)改造和多目標可持續(xù)發(fā)展模式的應用提供技術支撐。