大汶河洪水资源化开发利用浅析

侯世文

(山东省泰安水文水资源勘测局,山东泰安 271000)

0 前言

我国北方水资源贫乏和黄河水资源短缺的严峻形势制约经济社会的可持续发展,水资源短缺对大汶河流域的洪水资源化开发和利用提出了要求。开源节流,综合治理,是大汶河包括东平湖水库在内的全流域的任务。随着黄河下游地区工农业生产的快速发展,引用黄河水量越来越大,加之黄河流域近年来持续干旱,来水偏少,水资源匮乏的矛盾日益突出。摸清大汶河洪水资源状况,在确保防洪保安全的情况下,科学开发利用洪水资源意义重大。

1 自然地理概况

大汶河是黄河在山东省境内的唯一支流,位于山东省中部的泰山南麓,发源于号称沂蒙七十二崮之首的旋崮山北麓,汇泰山山脉、蒙山支脉诸水,流经新泰、莱芜至泰安大汶口纳柴汶河后称大汶河,古称汶水。流域北以泰山山脉与大沙河、玉符河、小清河流域分界,东以鲁山与淮河流域的沂河分界,南以蒙山及其支脉与淮河流域的泗河、洸府河为界,西部为黄河。自东向西流经莱芜、新泰、泰山、岱岳、肥城、宁阳、汶上、东平等县、市、区,又经东平湖注入黄河,全长 208 Km,流域面积8536.5 Km2,约占全省面积的 5.5%。大汶河孕育了大汶口文化,是中华文明的发祥地。

该流域上游多为山区,下游为丘陵平原。山区约占总控制面积的 75%,丘陵平原约占 25%。山区主要以青石山和砂石山为主,主要岩石为花岗岩,花岗片麻岩和部分灰岩、石灰岩、砂砾石等。丘陵平原为第四纪沉积岩,同时也有变质岩。土壤性质多为砂土、亚砂土、砂壤土。上游山区的植被条件一般青石山区植树造林较好,草皮生长较密,水土流失不严重,而砂石山区植树造林较差,草皮生长不好,水土流失较重。

2 流域水文气象特性

大汶河流域位于温带季风区,属典型的大陆性季风气候。多年平均气温 12.6℃,无霜期在 200天以上,四季分明,冬季多偏北风,夏季多偏南风,总的旱涝特点是春旱夏涝、晚秋又旱、旱多涝少,流域多年平均降水 711.1 mm。大汶河属季节性、山溪性河流,主要以大气降水为补给来源。洪水陡涨陡落,一般洪水历时为 12～48 h之间,涨水历时在4～8 h之间。洪峰持续时间较短,洪峰流量年际变差大。大汶河洪水组成:一般性洪水 60%～70%多来源于大汶河北支,而 30%～40%则来源于大汶河南支。

3 大汶河水资源特点

3.1 降雨量

大汶河流域多年平均降水 711.1mm,降水随时空变化较大,主要表现在:降水年际间变化较大,丰枯比达 2.92;降水年内分配不均,主要集中于汛期的 6～9月份,约占全年降水量的 70%,而汛期降水又多集中于几场暴雨之内,如 1957年全年降水 871.3 mm,仅 7月份降水就达 501.8 mm,占全年降水的 57.6%;降水在地域上分布不均,总的趋势是降水山区多于平原,东部多于西部;降雨具有丰、枯交替出观、周期变化和持续时间较长的规律,如 1961～1964年的丰水期,年平均降水为 930.5mm,比多年平均多30.9%,1986～1989年的枯水期,年均降水 502.0 mm,比多年平均少 29.4%。由于降水的时空变化较大,因此流域内水旱灾害时常发生。

3.2 径流地区分布特性

大汶河河川径流主要由降水补给,年径流在地区上的分布趋势同年降水一致,由于径流受下垫面的影响十分明显,年径流深地区分布总趋势是:东部大西部小,从山区至平原逐步减少,上游山区多年平均径流深 200多mm,而地处平原区的东平湖沿黄一带的径流深不足 100 mm。由东北向西南逐步递减。

3.3 水资源变化特征

径流量年际变化幅度大,丰、枯水年份交替出现,并伴有连丰或连枯的情况发生。大汶河 1961～1964年为连续丰水年,这 4年平均年径流量为 33.27亿 m3,是 1952～2005年平均年径流量的 3.06倍,最大实测年径流量为 60.7亿 m3;而1986～1989年 4年为连续枯水年,这 4年平均年径流量为1.91亿 m3,尤其 1989年大汶河干流戴村坝站出现全年断流。径流量在年内分配上变化十分剧烈,汛期洪水暴涨暴落,容易形成水灾,枯水期径流量很小,甚至河川断流。大汶河年径流量 80%以上集中在 6～9月份。

4 大汶河水资源开发利用现状

根据 1956～2000年长系列资料分析,大汶河流域多年平均降水量 711.1mm,折合水量 60.7亿 m3。多年平均天然河川径流量为 16.68亿 m3,多年平均地下水资源量为 14.34亿 m3。流域内多年平均淡水资源总量为 23.91亿 m3,占全省总量的 7.9%。大汶河水资源总量成果见表 1。大汶河上游已建大、中型水库 22座,小型水库 117座,总库容 14.9亿 m3,兴利库容 9.6亿 m3。根据流域内现状水利工程运用状况,按 2000年流域内实际供水量分析,现状年地表水供水量为 4.22亿 m3,地下水多年平均可供水量为 11.67亿 m3,水资源总供水量为 15.89亿m3,大汶河水资源实际开发利用程度见表 2。

表1 大汶河水资源总量成果表(1956～2000年)亿m3

表2 大汶河现状年实际水资源开发利用程度表亿m3

由上表可知:地表水资源开发利用率为 25.3%,地下水资源开发利用率为 81.4%,流域内水资源综合开发利用率为66.5%。大汶河流域水资源尚具有一定的开发利用潜力,尤其是地表水资源利用程度较低,低于全省 32.1%的开发率,这主要表现在汛期洪水资源的开发利用程度不高,工程非工程措施不得力,造成宝贵的水资源白白流失。

5 大汶河流入东湖水量分析

大汶河历年实际入东平湖水量分析计算,以戴村坝水文站为控制断面,资料系列从 1952～2005年,统计历年实测逐日平均流量,分析计算历年断面全年和 6～9月份的径流量,以此分析大汶河历年实际流入东平湖水量,大汶河控制站戴村坝水文站设计径流成果见表 3。

表3 大汶河控制站戴村坝水文站设计径流成果表(1952～2005年) 亿 m3

经分析计算,大汶河多年平均实际流入东平湖水量为10.83亿 m3,汛期为 8.75亿 m3,占全年的 80.8%。当 P=10%时,汛期占全年的 90.5%;当 P=20%时,汛期占全年的83.2%;当 P=50%时,汛期占全年的 64.9%;当 P=90%时,汛期占全年的 29.4%。由此可见,大汶河多年平均实际流入东平湖水量较大,且年际变化剧烈,年内 80%集中在汛期。特枯水年份,流入东平湖水量很少,保证率 95%时仅为0.71亿 m3,说明枯水年份洪水更为宝贵。

水库密集分布在上游山区大汶河的南、北支流上,受前期蓄水量和降雨区域、降雨强度等影响,年际拦截水量不均衡,对中小洪水的影响较大,对大洪水影响不明显,最大不超过 4亿 m3。因此,进入东平湖老湖的水量在时间分布上也表现不均衡。

6 洪水资源化开发利用措施

按照科学发展观的要求,开发利用大汶河洪水资源,促进洪水资源化应采取下列措施:

6.1 对上游已有大、中型水库进行除险加固工程建设

大汶河流域水库均分布在上游山区,至今已建大中型水库 22座,小型水库 117座,除大型水库和部分中型水库溢洪道由闸门控泄且已完成了水库除险加固工程外,其余水库溢洪形式全为天然敞泄式,而且需要除险加固提高现有工程的蓄水能力,有条件的地方规划新建中、小型水库。通过水库除险加固工程和大中型水库优化调度动态汛限水位等措施可增加利用洪水资源约 0.8亿m3。

6.2 梯级开发建设拦河工程,增加中游拦蓄利用量

围绕中下游堤岸做文章,尽最大可能地拦蓄天然降雨、径流,按不同比降段修建拦河闸坝,以河建库层层拦蓄,蓄泄并举;结合水网建设总体规划,按照不同支流水系,修建新的蓄水工程。大汶河综合开发工程计划六年建设完成,具体为大汶河干流埠阳庄大桥至戴村坝河段和大汶河支流柴汶河谷里大桥上游河段。包括新建、改建拦河坝 15座,新建拦河坝 9座,即:埠阳庄拦河坝、泉林湖工程 1号拦河坝、泉林湖工程 2号拦河坝、汶口 2号拦河坝、辛庄拦河坝、谷里拦河坝、东都拦河坝、小协拦河坝、羊流拦河坝。改建 6座,即:颜谢拦河坝、汶口 1号拦河坝、砖舍拦河坝、堽城拦河坝、琵琶山拦河坝、戴村坝。拦河蓄水工程全部建成后,总拦蓄水面长度可达 56.55公里,形成水面 5.8万亩,总体拦蓄水量0.93亿 m3。

6.3 退田还湖,还原东平湖的调蓄库容

由于多年来降雨量偏低,黄河来水少,东平湖蓄滞黄河洪水机遇少,尽管大汶河每年都有大量来水入湖,基本上是来多少排多少,只起到了排水渠的作用。由于库区死水位较小,致使湖区周边大量土地出露,湖区群众便逐渐圈围种田,又不断逐年进行加修,便形成了目前大大小小近 9处封闭圈,圈围面积约 54.6平方公里,约占老湖区面积的四分之一,大大削减了老湖区的有效库容。为还原水库容量,扩大水域面积,搞活水产养殖经济,提高蓄水供水能力,需征得各级政府的支持,深入发动群众动,制定措施成立一个以政府为主导,以当地群众为主体积极参与的风险基金会,引导群众加快退田还湖计划的实施。

6.4 加高加固东平湖堤防,加大蓄水量提高防洪强度

无论从当前还是从今后的长远发展需要,东平湖都应该充分发挥其综合运用功能。小浪底水库的运用为东平湖水库提供了新的运行良机,现已基本具备了发挥综合运用功能的条件,若进行长期较高水位蓄水运用,还需进行加高、加固。分阶段最终将老湖设计防洪水位从目前 44.5 m的运用水位,提高至 48.0 m,可净增水资源量 7亿 m3。通过加固工程的实施,实现加大汶河洪水资源蓄积量,进而提高水资源利用率。

4.5 开发利用丰富的地下水资源

湖西区地下水储藏丰富,地下水埋深一般在 1～3 m,东平湖西地下水与黄河地表水及东平湖水有着密切的水力联系。地表水有侧向补给使地下水径流条件好,富水性强,特别是在开采条件下,可获得大量的激发补给。

6.6 强化洪水资源化的管理

实现洪水资源化,要求防洪调度更科学、更灵活,根据黄河、大汶河来水的具体情况,实施不同的调度方式。同时,洪水的资源化对预报提出了更高的要求,要把洪水资源化的风险降到最小,必需要有完善的预报系统与其相适应。随着水利工程项目带水文政策的落实,大汶河流域大中型水库正全面开展水文设施建设,通过增设水文站点,建立完善防灾减灾信息系统,开展全流域洪水风险分析和洪水风险图编制,加强洪水预报和洪水调度,充分合理调蓄配置洪水资源实现洪水资源化。