馮 峰，侯云峰

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封475004；2.三門峽水利水電技術(shù)開發(fā)公司，河南 三門峽 472000）

0 引言

洪水資源化是指通過規(guī)劃和設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)的工程措施，將汛期洪水蓄積起來，并作為一種可用水源的過程。 它不僅可以在一定程度上緩解區(qū)域水資源緊缺狀況，改善生態(tài)環(huán)境，同時(shí)還能有效地減輕排洪設(shè)施壓力，減少洪災(zāi)損失[1]。 洪水資源利用不僅能夠產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是還有生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益[2]。 效益識(shí)別是進(jìn)行洪水資源效益評價(jià)的第一步， 因此需要建立一種有效的、科學(xué)的、全面的效益識(shí)別方法。 目前可借鑒的方法有列表法、解析法、圖解法等[3]。 以上幾種常規(guī)識(shí)別方法存在一個(gè)共同問題，就是只單方面考慮洪水資源本身所具備的資源功能，而沒有考慮城市或流域?qū)樗Y源的需求和承受接納能力，從而容易產(chǎn)生效益識(shí)別的重復(fù)、遺漏甚至是判斷失誤。 如果沒有對利用洪水資源的地區(qū)、城市或河流進(jìn)行充分的需求調(diào)查和分析，只是一味考慮最大限度地利用洪水資源，有可能不僅不會(huì)產(chǎn)生效益，反而會(huì)導(dǎo)致洪水災(zāi)害發(fā)生。 如果效益識(shí)別產(chǎn)生了錯(cuò)誤，后面效益計(jì)算和綜合評價(jià)的正確性是很值得商榷的。

1 洪水資源利用功能與需求耦合效益識(shí)別方法

當(dāng)前可借鑒的效益識(shí)別方法都沒有考慮不同的地理?xiàng)l件下、不同的城市背景下對洪水資源的需求量是多少，只是單獨(dú)從洪水資源角度去進(jìn)行效益識(shí)別。 在這種情況下，能否計(jì)算出實(shí)際產(chǎn)生的效益是值得探討的。 因此必須根據(jù)洪水水的時(shí)間、空間、水質(zhì)、水量等功能屬性，結(jié)合所在區(qū)域?qū)樗Y源的需求特點(diǎn)，構(gòu)建一種適合于洪水資源本身特點(diǎn)的效益識(shí)別方法——洪水資源利用功能與需求耦合效益識(shí)別方法，以用水系統(tǒng)為主線，以洪水資源的質(zhì)和量為基礎(chǔ)，將洪水資源的功能與水資源需求對接、耦合，從而識(shí)別出洪水資源利用的效益。

1.1 耦合效益識(shí)別方法的思路和步驟

洪水資源利用功能與需求耦合效益識(shí)別方法的思路是從供與需兩個(gè)方面進(jìn)行耦合，既考慮洪水資源所具備的功能，又考慮當(dāng)?shù)鼗蛄饔驅(qū)樗Y源的可接納程度，做到4“有”：有可用資源，有當(dāng)?shù)匦枨?，有接納能力，有工程措施。 這樣才能對效益進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和識(shí)別，也才能確保實(shí)際效益的產(chǎn)生[4]。

首先，從水量、水質(zhì)、水能各個(gè)功能屬性、資源特點(diǎn)對洪水資源進(jìn)行識(shí)別；然后，根據(jù)河流所處的地理位置、周邊環(huán)境，以及所在地區(qū)和城市對水資源的具體需求進(jìn)行識(shí)別；第三步是對功能與需求進(jìn)行對接和耦合。 從而實(shí)現(xiàn)對一次洪水或一個(gè)區(qū)域可能產(chǎn)生的效益進(jìn)行識(shí)別。 這種方法既克服了圖解法、清單法的單一、被動(dòng)性，也避免了效益識(shí)別不當(dāng)產(chǎn)生的重復(fù)、遺漏甚至錯(cuò)誤識(shí)別等現(xiàn)象，達(dá)到科學(xué)合理的目的。 （如圖1 所示）。

圖1 洪水資源利用與需求耦合效益識(shí)別示意圖Fig.1 Flood resource utilization and requirement coupling benefit identification

1.2 建立耦合效益識(shí)別模型

將洪水資源利用功能與需求耦合效益識(shí)別法的識(shí)別過程進(jìn)行模型化，構(gòu)建其矩陣識(shí)別模型。

（1）構(gòu)建功能矩陣

設(shè)洪水資源有n 種功能，組成集合

根據(jù)區(qū)域、河流的實(shí)際洪水資源情況，洪水的n個(gè)功能特性用指標(biāo)特征值表示

構(gòu)建洪水資源利用的功能矩陣F

式中：fj為洪水資源第j 項(xiàng)的功能特征值；n 為洪水資源所具備的功能種類。

（2）構(gòu)建需求矩陣

設(shè)某區(qū)域或流域?qū)樗衜 種需求，組成集合

需求i 對洪水資源的功能要求用n 個(gè)指標(biāo)特征值來表示

根據(jù)洪水資源利用區(qū)域或流域的實(shí)際需求情況，構(gòu)建洪水資源利用的需求矩陣D

式中：dij為對洪水資源的第i 種需求的第j 個(gè)功能的需求特征值；n 為對洪水資源所要求的功能種類；m 為對洪水資源的需求種類。

（3）功能矩陣與需求矩陣耦合

將洪水資源利用的功能與需求進(jìn)行對接和耦合。 將功能矩陣與需求矩陣對比，根據(jù)判別條件式（7）進(jìn)行效益因子Bd 識(shí)別和賦值。 經(jīng)過判斷，具有該項(xiàng)效益因子Bdi 賦值為1， 不具備該項(xiàng)效益因子賦值為0。

（4）識(shí)別結(jié)果

河流洪水資源利用的效益因子，根據(jù)功能與需求耦合后的識(shí)別結(jié)果為效益因子矩陣Bd

2 白城市河流洪水資源效益識(shí)別分析

2.1 基本背景

白城市位于吉林省的西北部，屬干旱、半干旱地區(qū)，多年平均年降水量405mm，年蒸發(fā)量1 749mm，年降水量接近生態(tài)警戒線，年蒸發(fā)量是年降水量的4 倍多， 水資源供需嚴(yán)重失衡。 春旱發(fā)生頻率為91.4%，夏旱發(fā)生率為77.9%，秋旱發(fā)生率為79%[5]。干旱是現(xiàn)階段制約白城市國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，而且對生態(tài)環(huán)境影響更為嚴(yán)重，全市堿化、沙化面積擴(kuò)大，草原、濕地面積萎縮。 解決干旱問題，需要尋找足夠的水源，白城市江河徑流總量多年平均為230 億m3。但各河流約80%以上的徑流量以洪水形式出現(xiàn)在汛期的幾個(gè)月內(nèi)，嫩江一般2～3 年或連年有中等以上洪水發(fā)生；洮兒河和其他河流3～4 年有中等洪水發(fā)生。 因此，實(shí)現(xiàn)洪水資源化、充分利用洪水資源，可以緩解當(dāng)?shù)厮Y源的不足，滿足當(dāng)?shù)赜盟枨蟆?/p>

2.2 洪水資源的功能識(shí)別

主要是對白城市有可能利用的洮兒河和嫩江的洪水資源進(jìn)行功能識(shí)別。 第一步是對洪水資源所具備的自然屬性和功能進(jìn)行判斷。 第二步是進(jìn)行量化，并附以相應(yīng)的說明，為洪水資源優(yōu)化配置和合理利用奠定基礎(chǔ)（如表1 所示）。

根據(jù)對洪水資源的功能分析，構(gòu)建功能矩陣F。

2.3 洪水資源的需求識(shí)別

以2005 年為例，對白城市水資源需求進(jìn)行識(shí)別，首先判斷各種系統(tǒng)或行業(yè)需求程度，再確定需求水量，對白城市周邊的水庫、泡塘、濕地等接納能力進(jìn)行分析，并加以簡要說明，為與洪水資源的功能耦合做好準(zhǔn)備（如表2 所示）。

表1 白城市洪水資源功能識(shí)別Table 1 Flood resource function identification of Baicheng city

表2 白城市洪水資源需求識(shí)別參數(shù)Table 2 Flood resource requirement identification parameters of Baicheng city

根據(jù)對白城市用水需求的分析，構(gòu)建需求矩陣D=(dij)9×8

3 功能與需求耦合

從供與需兩方面對洪水資源的功能和需求進(jìn)行了識(shí)別，對功能與需求進(jìn)行耦合，從而確定能產(chǎn)生哪些具體的效益， 以便對效益進(jìn)行合并歸類、量化賦值、計(jì)算評估等后續(xù)工作。 本著以需定供，量入為出的原則進(jìn)行耦合，根據(jù)不同系統(tǒng)對水的需求程度進(jìn)行優(yōu)化配置，急需的用水優(yōu)先得到滿足（如圖2所示）。 2005 年白城市最大可蓄洪總量為19.58 億m3，急需水量為18 億m3，按照5 年一遇的洪水頻率計(jì)算得知，可利用洪水資源量為22.8 億m3。 在耦合的過程中，水量與需求相對應(yīng)，按需分配，優(yōu)先分配急需的18 億m3。 然后，如果當(dāng)年來水中有多余的洪水資源，可蓄在泡塘中，滿足其他行業(yè)需求，以不發(fā)生洪災(zāi)為限。 水質(zhì)與要求相對應(yīng)，不能滿足水質(zhì)要求，則需進(jìn)行凈化處理后方可再利用。 洮兒河和嫩江所提供的洪水資源所具備的水能和水景觀功能由于沒有對應(yīng)的需求，所以沒有耦合成功，也產(chǎn)生不了相應(yīng)的效益。 凈化功能與生態(tài)需水量相對應(yīng)，保證能夠滿足生態(tài)環(huán)境凈化的要求。 根據(jù)耦合的結(jié)果，對產(chǎn)生的效益進(jìn)行分析，并根據(jù)種類進(jìn)行合并歸類。

將洪水資源利用的功能與需求進(jìn)行對接和耦合。 功能矩陣式（9）與需求矩陣式（10）對比，根據(jù)判別條件式（7）進(jìn)行效益因子Bd 識(shí)別和賦值。 結(jié)果見式（11）。經(jīng)過判斷，Bdi 賦值為1，說明具有該項(xiàng)效益因子；賦值為0，說明不具備該項(xiàng)效益因子。 經(jīng)過耦合， 白城市洪水資源利用識(shí)別出了5 個(gè)效益因子：農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、涵養(yǎng)濕地和補(bǔ)充地下水。根據(jù)圖2，涵養(yǎng)濕地和泡塘蓄水會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的蘆葦生產(chǎn)和牧草生產(chǎn)效益，因而增加蘆葦生產(chǎn)和牧草生產(chǎn)2 個(gè)效益因子。

圖2 功能與需求耦合效益識(shí)別方法過程示意圖Fig.2 Function and requirement coupling benefit identification method process

4 結(jié)論

洪水資源本身是一種非長期、非穩(wěn)定性的水資源，對其進(jìn)行利用，首先要進(jìn)行充分的風(fēng)險(xiǎn)分析，以保證在可承受的范圍內(nèi)加以利用。 為了確保能充分發(fā)揮洪水資源的綜合效益，功能與需求耦合識(shí)別方法一方面應(yīng)從“供”的角度出發(fā)，對不同來水頻率下的水量、水質(zhì)、水能等洪水資源的基本功能進(jìn)行識(shí)別；另一方面，應(yīng)從“需”的角度對流域、地區(qū)或城市的需求和接納能力進(jìn)行識(shí)別， 然后進(jìn)行功能與需求、供給與需量、主動(dòng)與被動(dòng)相耦合，確保洪水資源效益識(shí)別的正確性。 這種方法可以在城市、區(qū)域或流域的洪水資源利用的效益識(shí)別當(dāng)中使用，為下一步的綜合效益評價(jià)奠定良好的基礎(chǔ)，既可以為制定洪水資源利用預(yù)案提供可靠的效益分析，也可以為城市或區(qū)域利用洪水資源后產(chǎn)生的實(shí)際效益進(jìn)行評估。

[1] 向立云，魏智敏. 洪水資源化——概念、途徑與策略[J].水利發(fā)展研究，2005（7）:24-29.

[2] 馮峰，孫五繼. 洪水資源化的實(shí)現(xiàn)途徑及手段探討[J].中國水土保持，2005（9）:4-5.

[3] 王卓甫. 工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理[M].北京:中國水利水電出版社，2003：29-36.

[4] 馮峰，許士國. 洪水資源利用功能與需求耦合效益識(shí)別法研究[J]. 水文，2009，29(4):28-31.

[5] 許士國， 劉建衛(wèi). 通河湖庫洪水資源化補(bǔ)償特性分析[J].水利學(xué)報(bào)，2005，36(11):1359-1364.