杜慶順，付興龍，丁 偉

（1.沂沭泗水利管理局水文局（信息中心），江蘇徐州 221018；2.松遼委水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江 佳木斯 154000；3.大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116000）

0 引言

江河湖庫水文干旱預(yù)警水位（流量）是江河湖庫水資源管理由日常管理進(jìn)入應(yīng)急管理的分水嶺，到達(dá)干旱預(yù)警水位（流量）后，江河湖庫進(jìn)入缺水狀態(tài)，社會各部門應(yīng)采取更嚴(yán)格的節(jié)水措施和應(yīng)急管理措施，保障社會經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展和生態(tài)安全基本用水[1]。2011年，原國家防辦提出了旱限水位（流量）概念，出臺了《旱限水位（流量）確定辦法》（以下簡稱《辦法》），在七大流域和30個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）開展試點(diǎn)，初步推動了旱限水位（流量）制度的應(yīng)用[2]。針對近幾年抗旱實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的旱限水位（流量）計(jì)算方法單一，制約其推廣應(yīng)用的情況，水利部防御司組織開展了江河湖庫水文干旱預(yù)警水位（流量）確定方法的深化研究工作，在《辦法》基礎(chǔ)上，中國水利水電科學(xué)研究院進(jìn)一步修訂完善了干旱預(yù)警指標(biāo)的概念、功能、使用對象和范圍，出臺了《江河湖庫干旱預(yù)警水位（流量）確定技術(shù)指南（試行）》。鑒此，下文以松花江干流佳木斯至同江段為例，探討江河干旱預(yù)警水位（流量）確定的方法，以期為全國其他江河抗旱調(diào)度提供實(shí)踐支持。

1 江河斷面干旱預(yù)警水位（流量）確定方法

江河斷面干旱預(yù)警水位（流量）確定方法主要有比例折減法、水文頻率法、最低流量/水位保障法、水量疊加法、綜合約束法和分級分期綜合法。其中，分級分期綜合法根據(jù)來水規(guī)律和需水特點(diǎn)將全年劃分為若干時(shí)期，每個時(shí)期內(nèi)考慮不同程度干旱脅迫下的社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的需水要求，綜合考慮干旱年河道內(nèi)生態(tài)、航運(yùn)、下游河道外社會經(jīng)濟(jì)需水和取水工程的要求，采用外包線法和疊加法確定分級、分期江河斷面的干旱預(yù)警水位（流量）。

干旱預(yù)警水位（流量）建議劃分為旱警水位（流量）和旱保水位（流量）兩個級別。旱警水位（流量）指輕度干旱情況下，保障城鄉(xiāng)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境主要供水需求的水位（流量）閾值。旱保水位（流量）指嚴(yán)重干旱情況下，保障城鄉(xiāng)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境基本供水需求的水位（流量）閾值。

干旱預(yù)警水位（流量）的預(yù)警分期建議劃分為農(nóng)業(yè)用水關(guān)鍵期、生態(tài)關(guān)鍵期、非汛期等分期；對于汛期有抗旱需求的地區(qū)，也可將汛期納入抗旱調(diào)度期。對于來水與需水分期交叉的情況，以需水分期為主。干旱預(yù)警水位（流量）預(yù)警分期劃分示意圖如圖1所示。

圖1 干旱預(yù)警水位（流量）預(yù)警分期劃分示意圖

江河斷面干旱預(yù)警水位（流量）逐時(shí)段推算，考慮河道內(nèi)生態(tài)流量、通航水位、取水口高程、河道外城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和農(nóng)田灌溉需水量，采用外包線和逐級疊加的方法計(jì)算，單個江河斷面計(jì)算原理如圖2所示，多個相鄰的江河斷面可按流量取最大值。

圖2 江河斷面干旱預(yù)警水位（流量）計(jì)算示意圖

江河斷面第i月（旬）干旱預(yù)警水位計(jì)算公式：

式中：Qhx，i——i月（旬）江河斷面干旱預(yù)警流量，m3/s；u()——水量-流量轉(zhuǎn)換函數(shù)；Ws，i——干旱預(yù)警水位（流量）對應(yīng)的月（旬）社會經(jīng)濟(jì)需水量，萬m3；Qe，i——干旱預(yù)警水位（流量）對應(yīng)的月（旬）生態(tài)流量，m3/s；f()——河道水位-流量轉(zhuǎn)換函數(shù)；H1——干旱預(yù)警水位（流量）對應(yīng)的通航水位，m；H2——取水口高程，m；Zhx，i——i月（旬）江河斷面干旱預(yù)警水位，m。

2 松花江佳木斯段干旱預(yù)警水位（流量）確定

2.1 研究區(qū)域概況

松花江是中國七大江河之一，位于中國東北地區(qū)北部，流域面積55.68萬km2，占黑龍江總流域面積的30.2%。松花江流域?qū)贉貛?、寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，地形復(fù)雜，溫差較大。松花江流域內(nèi)多年平均降水量約500 mm，降水量自東南向西北遞減，降水多處于季風(fēng)控制的夏季7，8月份，汛期（6—9月）降水量占全年的70%~80%，冰期枯水期（11—4月）的降水量不足全年的10.0%。降水的年內(nèi)分布極其不均，年際之間有明顯的豐枯交替[3]。松花江流域地跨黑龍江、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧四省（區(qū)），干流溝通了吉林、哈爾濱、佳木斯等主要工業(yè)城市。松花江有南北兩源，北源嫩江，南源第二松花江，兩江在吉林省松原市三岔河匯合后稱松花江。松花江干流全長939 km，流域面積18.90萬km2，包括吉林省和黑龍江省的部分地區(qū)。干流自西南向東北于黑龍江省同江市注入黑龍江。依據(jù)河道地形及特性，松花江干流可分為上、中、下三段：上段為三岔河至哈爾濱市，河段全長240 km，集水面積3.00萬km2，主要有拉林河注入；中段為哈爾濱至佳木斯河段，河段全長432 km，主要有呼蘭河、少陵河、木蘭達(dá)河、螞蟻河、湯旺河、牡丹江和倭肯河匯入；下段為佳木斯至同江河段，全長267 km[4]。

依據(jù)斷面上下游河段沒有大的支流匯入、沒有水庫，且包含附近的取水口、重要生態(tài)河段的原則，項(xiàng)目選取松花江干流下段為計(jì)算范圍，旱限流量控制站為佳木斯水文站。佳木斯水文站位于松花江干流中下游的分界，集水面積52.80萬km2，占松花江流域面積的97.0%，是松花江匯入黑龍江前的重要控制站。

2.2 計(jì)算過程

2.2.1資料介紹

項(xiàng)目收集了佳木斯站多年日均流量過程，水位-流量關(guān)系曲線，松花江干流取水口匯總表，松花江設(shè)計(jì)通航水位等資料。

2.2.2計(jì)算過程及結(jié)果

初步研究采用Tennant法計(jì)算北方河流生態(tài)流量。Tennant法以多年平均流量（MAF）為基礎(chǔ)，探討MAF不同流量百分比下河流內(nèi)物種的棲息地狀態(tài)。依據(jù)水生生物對環(huán)境的季節(jié)性要求不同，分為4—9月份魚類產(chǎn)卵育肥期和10月至翌年3月份一般用水期。將各時(shí)期MAF的10.0%作為該時(shí)期保障河道基本生態(tài)功能的流量，算得佳木斯站4—9月基本生態(tài)流量為292 m3/s，10月基本生態(tài)流量為73 m3/s。依據(jù)佳木斯水文站98.0%保證率對應(yīng)最低設(shè)計(jì)通航水位為73.26 m，由佳木斯站水位-流量關(guān)系得到佳木斯站最低通航流量為1 270 m3/s。佳木斯站臨近河段有城鄉(xiāng)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉三類用水戶，共24個取水口。其中2個取水口是工業(yè)取水，供水對象為華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠、富錦東方熱電有限責(zé)任公司；17個取水口是農(nóng)業(yè)取水，供水對象為富錦市幸福灌區(qū)、樺川縣悅來灌區(qū)、同江市三江口灌區(qū)、郊區(qū)群英灌區(qū)等。各類用水戶設(shè)計(jì)年取水量如表1所示。

表1 佳木斯河段各類用水戶設(shè)計(jì)年取水量 萬m3

生產(chǎn)生活年取用水量進(jìn)行年內(nèi)平均分配，農(nóng)業(yè)年取用水量參考臨近區(qū)域作物灌溉用水過程進(jìn)行年內(nèi)分配，得到佳木斯站預(yù)警期內(nèi)各月社會經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)取水流量如表2所示。

表2 佳木斯站干旱預(yù)警期內(nèi)各月社會經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)取水量 萬m3

松花江屬于北方河流，項(xiàng)目在計(jì)算佳木斯站不同級別保障供水量時(shí)，生態(tài)流量均采用基本生態(tài)流量。由于生態(tài)用水與航運(yùn)用水可以共用，取二者外包絡(luò)線，疊加社會經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)取水流量作為佳木斯河段各月旱警流量；疊加城鄉(xiāng)生活、工業(yè)設(shè)計(jì)取水流量及0.7倍農(nóng)業(yè)設(shè)計(jì)取水流量，作為佳木斯河段各月旱保流量。佳木斯站干旱預(yù)警期內(nèi)各月旱限流量如表3所示。

表3 佳木斯站干旱預(yù)警期內(nèi)各月旱限流量m3/s

不考慮冬季冰封期，設(shè)定4—10月為佳木斯站干旱預(yù)警期，并按照該區(qū)域的來水、用水的季節(jié)性特點(diǎn)，區(qū)分4—5月為灌溉期、6—9月為汛期、10月為汛后期。取各分期中最大月旱限流量作為佳木斯站該分期旱限流量，并依據(jù)水位-流量關(guān)系得到各分期旱限水位如表4所示。

2.3 合理性分析

對文中江河斷面干旱預(yù)警水位（流量）確定方法采用重現(xiàn)期法進(jìn)行合理性分析，當(dāng)所計(jì)算的各個分期的旱警流量出現(xiàn)頻率約5年一遇，旱保流量出現(xiàn)頻率約為10年一遇時(shí)，認(rèn)為計(jì)算的結(jié)果具有合理性。該項(xiàng)目按照持續(xù)30 d日均流量小于旱限流量時(shí)發(fā)布預(yù)警的原則，根據(jù)1954—2018年65年逐日流量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明所計(jì)算的佳木斯站分期旱限流量合理，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。

表4 佳木斯站分期旱限流量和水位

表5 佳木斯站分期旱限流量重現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語

文中對江河斷面干旱預(yù)警水位（流量）的確定工作進(jìn)行了應(yīng)用研究，并以松花江流域佳木斯段為例進(jìn)行分析計(jì)算，使松花江流域遭遇干旱年份時(shí)的抗旱調(diào)度具有可操作性。但受經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迅速的影響，文中收集的取用水資料可能存在一定滯后性，且尚未考慮同期其他可利用水源情況，對于指導(dǎo)全流域的抗旱工作有一定的局限性，后續(xù)相關(guān)工作有待進(jìn)一步探索和完善。