趙洪麗 張立民 張 濤

(1.山東省調(diào)水工程運行維護(hù)中心，山東 濟(jì)南 250013；2.山東省調(diào)水工程運行維護(hù)中心昌邑管理站，山東 濰坊 261300；3.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟(jì)南 250013)

山東省屬于資源型缺水省份，全省水資源人均占有量不到全國平均水平的1/6，僅為世界平均水平的1/24。降水時空分布不均，汛期降水量占全年的70%以上，部分河道存在汛期棄水較大而難以利用的局面。如魯北地區(qū)屬水資源嚴(yán)重短缺地區(qū)，在南水北調(diào)供水范圍內(nèi)地表水資源量為12.19億m3，地下水資源量為26.88億m3，用水量為49.03億m3，需水量為51.74億m3，水資源承載能力不足成為制約經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。因此，需要進(jìn)一步挖掘當(dāng)?shù)赜旰橘Y源利用潛力，提高供水能力，以保障地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。

國內(nèi)外雨洪資源的利用歷史均較早，但雨洪資源利用的理論體系尚不成熟，雨洪利用技術(shù)尚不完善。目前對水庫洪水資源利用研究較多，主要是優(yōu)化調(diào)整汛限水位[1-2]，或?qū)λ畮烊哼M(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度[3]，對河道洪水資源利用研究較少。本文通過對大汶河典型洪水進(jìn)行分析，利用東平湖進(jìn)行短歷時洪水實時調(diào)度，并利用南水北調(diào)東線一期工程膠東干線和魯北干線外調(diào)洪水資源，減輕黃河防汛壓力，有效利用大汶河洪水資源，緩解地區(qū)水資源短缺危機。

1 大汶河基本情況

大汶河流域位于黃河下游，北以泰山山脈和小清河為界，東以魯山、南以蒙山及其余脈和淮河流域為界，西以黃河為界，西南與濟(jì)寧市接壤。大汶河是黃河下游的較大支流之一。大汶河又名汶水，簡稱汶河，發(fā)源于萊蕪市松崮山南麓的沙崖子村，自東向西流經(jīng)萊蕪、新泰、泰安、肥城、寧陽、汶上、東平等縣市。大汶口以上分南、北兩支，為上游，以北支牟汶河為主流。全長為208km，在東平縣馬口注入東平湖，自然落差為362m，總流域面積為9069km2。

東平湖是大汶河流域內(nèi)的主要湖泊，位于大汶河下游東平縣西部魯中山區(qū)向平原過渡的邊緣地帶，是我國東部典型的淺水型湖泊。湖區(qū)總面積為627km2，其中老湖區(qū)面積為209km2，新湖區(qū)面積為418km2。水位為45.00m(東平湖采用大沽高程)時，相應(yīng)總庫容為33.54億m3，其中新湖區(qū)庫容為23.67億m3，老湖區(qū)庫容為9.87億m3。老湖區(qū)與大汶河相通，湖區(qū)內(nèi)常年有水。東平湖面積庫容示意圖見圖1。

圖1 東平湖面積庫容示意圖

2 徑流洪水特點

2.1 徑流量

東平湖水源補充主要是大汶河來水，根據(jù)大汶河入湖控制站——戴村壩水文站1956—2015年多年實測水文資料統(tǒng)計，多年平均來水量為9.92億m3，其中7—10月的汛期平均來水量為8.38億m3，占年來水量的84.5%。大汶河年際間來水極不均勻，年最大來水量為1964年的60.73億m3，最小來水量為0，發(fā)生在1989年。東平湖作為黃河、大汶河的調(diào)蓄湖泊，大部分年份都要向黃河棄水，其中20世紀(jì)70年代、80年代、90年代年均入黃徑流量分別為8.47億m3、2.93億m3、6.17億m3，2000—2015年年均入黃徑流量為8.77億m3，在當(dāng)?shù)貙儆谒Y源相對豐富的地區(qū)[4]。

2.2 場次洪水特點

統(tǒng)計大汶河控制站戴村壩水文站場次洪水的洪水歷時、洪峰等特征參數(shù)。戴村壩1964—2015年較大洪水26場次，洪水歷時一般在4～12天，平均為7.8天，起始流量平均為124m3/s，結(jié)束流量平均為208m3/s。洪水歷時大于5天的場次有17場，占總洪水場次的比例為81.0%。

根據(jù)大汶河洪水歷時，洪水期間調(diào)水天數(shù)宜取 5～10天；當(dāng)洪水期較短時，可利用東平湖調(diào)蓄洪水，延長調(diào)水時間，一次調(diào)水時長取5～15天。對大汶河戴村壩1956—2015年最大7日洪量進(jìn)行理論頻率曲線擬合，選用P-Ⅲ型理論頻率曲線，適線結(jié)果見圖2。大汶河最大7日洪量均值為2.44億m3，最大72h洪量均值為1.63億m3，可見，大汶河具有一定的洪水資源利用潛力。

圖2 大汶河戴村壩7日洪量頻率曲線擬合

2.3 東平湖控制運用情況

根據(jù)東平湖防洪調(diào)度方案，東平湖汛期為7—10月，老湖區(qū)7—8月汛期限制水位42.0m，9—10月汛期限制水位43.0m，警戒水位43.0m。統(tǒng)計東平湖多年年平均水位及汛期平均水位，其中，1960—1989年汛期平均水位為40.39m。1990年以后，湖水位提高明顯，1990—2015年汛期平均水位為41.47m，104個月中有91個月月均水位高于40.5m，比例為87.5%，有98個月月均水位低于42.5m，比例為94.2%，相比1960—1989年平均汛期水位抬高1.08m，主要與東平湖防洪治理工程、東平湖滯洪區(qū)治理工程、東平湖分洪工程等流域水利工程建設(shè)及湖區(qū)工程調(diào)度運用管理有關(guān)。

3 大汶河洪水調(diào)算

3.1 洪水資源利用原則

結(jié)合東平湖防洪調(diào)度方案，考慮大汶河補充東平湖水量，根據(jù)東平湖水位、大汶河洪水及流域工程調(diào)蓄情況，利用南水北調(diào)東線一期工程膠東輸水干線和魯北輸水干線實施相機調(diào)水，充分利用大汶河洪水資源，擬定如下洪水資源調(diào)水原則：

a.調(diào)水水量為汛期洪水資源，根據(jù)東平湖蓄水、養(yǎng)殖及觀光旅游等功能，在東平湖水位高于40.5m時，在汛期洪水期間可啟用調(diào)水；東平湖水位達(dá)到43.0m時，考慮建筑物防洪安全，應(yīng)對抗洪搶險，不宜啟用調(diào)水。汛期調(diào)水期間需滿足河道下泄生態(tài)基流[5]。

b.調(diào)水期間盡量不降低該場洪水來臨前的湖水位。當(dāng)洪水歷時較短時，受調(diào)水能力限制，可考慮利用東平湖調(diào)蓄洪水，延長調(diào)水時間。結(jié)合氣象預(yù)報，當(dāng)預(yù)報大汶河來水量較大時，可對東平湖進(jìn)行預(yù)泄，一方面適當(dāng)騰空庫容，加大防洪庫容；另一方面，將預(yù)泄洪水調(diào)往魯北地區(qū)，加大調(diào)水量，減少棄水損失。

借用南水北調(diào)山東段輸水渠向膠東、魯北地區(qū)輸送東平湖大汶河洪水資源，并避免與南水北調(diào)輸送長江水時間沖突。南水北調(diào)東線工程確定的調(diào)水時間原則上避開汛期，因此，調(diào)用東平湖大汶河洪水資源的調(diào)水時間，與南水北調(diào)輸送長江水時間不存在時間沖突。南水北調(diào)東線一期工程魯北段、膠東段設(shè)計流量均為50m3/s，總設(shè)計調(diào)水流量為100m3/s。

3.2 場次洪水選取

場次洪水選取時，通過對東平湖以上大汶河流域?qū)崪y暴雨、洪水資料進(jìn)行分析，選取雨洪對應(yīng)關(guān)系較好、流域內(nèi)降雨分布較為均勻的場次洪水。首先從歷年洪水過程中，滑動選取年最大7日洪量，然后對歷年最大7日洪量系列進(jìn)行頻率分析，選取洪水頻率10%、25%、50%、75%的場次洪水作為典型洪水。豐水年場次洪水為200108、偏豐年場次洪水為200408、平水年場次洪水為200507。洪水起始調(diào)算水位為東平湖汛期限制水位，汛限水位為42.00m，警戒水位為43.00m，東平湖典型年洪水調(diào)算參數(shù)見表1。

表1 東平湖典型洪水調(diào)算基本參數(shù)

3.3 調(diào)度方式

調(diào)水方式一：棄水調(diào)水。調(diào)水水量全部來源于東平湖棄水，不影響東平湖自身的洪水調(diào)節(jié)。當(dāng)東平湖需要棄水時，同時開啟調(diào)水，東平湖出流包括泄流及調(diào)水流量。東平湖總出流按泄流能力控制。

調(diào)水方式二：考慮洪水預(yù)見期預(yù)泄調(diào)水。調(diào)水水量包括部分棄水及水庫蓄存水量，影響東平湖自身的洪水調(diào)節(jié)。當(dāng)洪水上漲時，則開啟調(diào)水，調(diào)水流量按入湖洪水流量控制(不超過設(shè)計調(diào)水流量)，東平湖出流包括泄流及調(diào)水流量。其中泄流按泄流能力控制。

短歷時洪水調(diào)算規(guī)則。以湖水位為判斷條件，具體規(guī)則如下：當(dāng)洪水位未超過汛限水位時，不泄流；當(dāng)達(dá)到汛限水位時，洪水水量來多少泄多少，維持在汛限水位；當(dāng)水位繼續(xù)上漲時，則啟用泄洪閘，控制下泄，啟用傍口閘及陳山口閘，按傍口閘一級泄流能力450m3/s控泄；當(dāng)水位超過警戒水位時，啟用傍口閘及陳山口閘，按陳山口閘二級泄流能力1200m3/s控泄。

3.4 調(diào)算結(jié)果

本次東平湖大汶河洪水資源利用，原則上對汛期洪水資源進(jìn)行利用。由于洪水歷時通常較短，本次對東平湖典型洪水根據(jù)防洪規(guī)則進(jìn)行短歷時洪水調(diào)算，分析場次洪水下的實時調(diào)水過程、調(diào)水量等。典型年洪水調(diào)算結(jié)果見表2、表3。

表2 東平湖典型年洪水調(diào)算結(jié)果(方式一)

表3 東平湖典型年洪水調(diào)算結(jié)果(方式二)

圖3 200507號洪水流量及調(diào)算泄流、水位過程(方式一)

圖4 200507號洪水流量及泄流、水位過程(方式二)

兩種調(diào)度方式下的洪水過程、湖水位、泄流過程見圖3、圖4。調(diào)度方式一棄水階段調(diào)水調(diào)算結(jié)果：平水年200507場次洪水，起調(diào)水位為41.40m，棄水量為7763萬m3，最大泄流為450m3/s，調(diào)水時間為5天，調(diào)水量為4320萬m3。調(diào)度方式二棄水階段調(diào)水調(diào)算結(jié)果：平水年200507場次洪水，起調(diào)水位為41.40m，棄水量為6802萬m3，最大泄流為450m3/s，調(diào)水時間為6.8天，調(diào)水量為5281萬m3。

兩種調(diào)水方式，末時水位均不高于汛限水位；當(dāng)起調(diào)水位低于汛限水位時，則末時調(diào)算水位均高于該起調(diào)水位。由調(diào)算結(jié)果可以看出，隨著預(yù)見期加大，可延長調(diào)水時長，從而加大調(diào)水量，同時有利于減少東平湖下泄流量，減少防洪壓力。

4 結(jié) 語

大汶河具有一定的洪水資源利用潛力，通過東平湖調(diào)蓄，并利用南水北調(diào)東線一期工程膠東輸水干線和魯北小運河輸水干線外調(diào)洪水資源，可有效利用大汶河洪水資源，緩解膠東、魯北地區(qū)水資源短缺危機。由于大汶河洪水通常歷時較短，建議結(jié)合現(xiàn)代化水雨情監(jiān)測系統(tǒng)、洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行實時精準(zhǔn)調(diào)度，以安全高效利用洪水資源。