大汶河流域洪水资源实时调度研究

赵洪丽 张立民 张 涛

(1.山东省调水工程运行维护中心，山东 济南 250013；2.山东省调水工程运行维护中心昌邑管理站，山东 潍坊 261300；3.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013)

山东省属于资源型缺水省份，全省水资源人均占有量不到全国平均水平的1/6，仅为世界平均水平的1/24。降水时空分布不均，汛期降水量占全年的70%以上，部分河道存在汛期弃水较大而难以利用的局面。如鲁北地区属水资源严重短缺地区，在南水北调供水范围内地表水资源量为12.19亿m3，地下水资源量为26.88亿m3，用水量为49.03亿m3，需水量为51.74亿m3，水资源承载能力不足成为制约经济社会可持续发展的瓶颈。因此，需要进一步挖掘当地雨洪资源利用潜力，提高供水能力，以保障地区经济社会可持续发展。

国内外雨洪资源的利用历史均较早，但雨洪资源利用的理论体系尚不成熟，雨洪利用技术尚不完善。目前对水库洪水资源利用研究较多，主要是优化调整汛限水位[1-2]，或对水库群进行联合优化调度[3]，对河道洪水资源利用研究较少。本文通过对大汶河典型洪水进行分析，利用东平湖进行短历时洪水实时调度，并利用南水北调东线一期工程胶东干线和鲁北干线外调洪水资源，减轻黄河防汛压力，有效利用大汶河洪水资源，缓解地区水资源短缺危机。

1 大汶河基本情况

大汶河流域位于黄河下游，北以泰山山脉和小清河为界，东以鲁山、南以蒙山及其余脉和淮河流域为界，西以黄河为界，西南与济宁市接壤。大汶河是黄河下游的较大支流之一。大汶河又名汶水，简称汶河，发源于莱芜市松崮山南麓的沙崖子村，自东向西流经莱芜、新泰、泰安、肥城、宁阳、汶上、东平等县市。大汶口以上分南、北两支，为上游，以北支牟汶河为主流。全长为208km，在东平县马口注入东平湖，自然落差为362m，总流域面积为9069km2。

东平湖是大汶河流域内的主要湖泊，位于大汶河下游东平县西部鲁中山区向平原过渡的边缘地带，是我国东部典型的浅水型湖泊。湖区总面积为627km2，其中老湖区面积为209km2，新湖区面积为418km2。水位为45.00m(东平湖采用大沽高程)时，相应总库容为33.54亿m3，其中新湖区库容为23.67亿m3，老湖区库容为9.87亿m3。老湖区与大汶河相通，湖区内常年有水。东平湖面积库容示意图见图1。

图1 东平湖面积库容示意图

2 径流洪水特点

2.1 径流量

东平湖水源补充主要是大汶河来水，根据大汶河入湖控制站——戴村坝水文站1956—2015年多年实测水文资料统计，多年平均来水量为9.92亿m3，其中7—10月的汛期平均来水量为8.38亿m3，占年来水量的84.5%。大汶河年际间来水极不均匀，年最大来水量为1964年的60.73亿m3，最小来水量为0，发生在1989年。东平湖作为黄河、大汶河的调蓄湖泊，大部分年份都要向黄河弃水，其中20世纪70年代、80年代、90年代年均入黄径流量分别为8.47亿m3、2.93亿m3、6.17亿m3，2000—2015年年均入黄径流量为8.77亿m3，在当地属于水资源相对丰富的地区[4]。

2.2 场次洪水特点

统计大汶河控制站戴村坝水文站场次洪水的洪水历时、洪峰等特征参数。戴村坝1964—2015年较大洪水26场次，洪水历时一般在4～12天，平均为7.8天，起始流量平均为124m3/s，结束流量平均为208m3/s。洪水历时大于5天的场次有17场，占总洪水场次的比例为81.0%。

根据大汶河洪水历时，洪水期间调水天数宜取 5～10天；当洪水期较短时，可利用东平湖调蓄洪水，延长调水时间，一次调水时长取5～15天。对大汶河戴村坝1956—2015年最大7日洪量进行理论频率曲线拟合，选用P-Ⅲ型理论频率曲线，适线结果见图2。大汶河最大7日洪量均值为2.44亿m3，最大72h洪量均值为1.63亿m3，可见，大汶河具有一定的洪水资源利用潜力。

图2 大汶河戴村坝7日洪量频率曲线拟合

2.3 东平湖控制运用情况

根据东平湖防洪调度方案，东平湖汛期为7—10月，老湖区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。统计东平湖多年年平均水位及汛期平均水位，其中，1960—1989年汛期平均水位为40.39m。1990年以后，湖水位提高明显，1990—2015年汛期平均水位为41.47m，104个月中有91个月月均水位高于40.5m，比例为87.5%，有98个月月均水位低于42.5m，比例为94.2%，相比1960—1989年平均汛期水位抬高1.08m，主要与东平湖防洪治理工程、东平湖滞洪区治理工程、东平湖分洪工程等流域水利工程建设及湖区工程调度运用管理有关。

3 大汶河洪水调算

3.1 洪水资源利用原则

结合东平湖防洪调度方案，考虑大汶河补充东平湖水量，根据东平湖水位、大汶河洪水及流域工程调蓄情况，利用南水北调东线一期工程胶东输水干线和鲁北输水干线实施相机调水，充分利用大汶河洪水资源，拟定如下洪水资源调水原则：

a.调水水量为汛期洪水资源，根据东平湖蓄水、养殖及观光旅游等功能，在东平湖水位高于40.5m时，在汛期洪水期间可启用调水；东平湖水位达到43.0m时，考虑建筑物防洪安全，应对抗洪抢险，不宜启用调水。汛期调水期间需满足河道下泄生态基流[5]。

b.调水期间尽量不降低该场洪水来临前的湖水位。当洪水历时较短时，受调水能力限制，可考虑利用东平湖调蓄洪水，延长调水时间。结合气象预报，当预报大汶河来水量较大时，可对东平湖进行预泄，一方面适当腾空库容，加大防洪库容；另一方面，将预泄洪水调往鲁北地区，加大调水量，减少弃水损失。

借用南水北调山东段输水渠向胶东、鲁北地区输送东平湖大汶河洪水资源，并避免与南水北调输送长江水时间冲突。南水北调东线工程确定的调水时间原则上避开汛期，因此，调用东平湖大汶河洪水资源的调水时间，与南水北调输送长江水时间不存在时间冲突。南水北调东线一期工程鲁北段、胶东段设计流量均为50m3/s，总设计调水流量为100m3/s。

3.2 场次洪水选取

场次洪水选取时，通过对东平湖以上大汶河流域实测暴雨、洪水资料进行分析，选取雨洪对应关系较好、流域内降雨分布较为均匀的场次洪水。首先从历年洪水过程中，滑动选取年最大7日洪量，然后对历年最大7日洪量系列进行频率分析，选取洪水频率10%、25%、50%、75%的场次洪水作为典型洪水。丰水年场次洪水为200108、偏丰年场次洪水为200408、平水年场次洪水为200507。洪水起始调算水位为东平湖汛期限制水位，汛限水位为42.00m，警戒水位为43.00m，东平湖典型年洪水调算参数见表1。

表1 东平湖典型洪水调算基本参数

3.3 调度方式

调水方式一：弃水调水。调水水量全部来源于东平湖弃水，不影响东平湖自身的洪水调节。当东平湖需要弃水时，同时开启调水，东平湖出流包括泄流及调水流量。东平湖总出流按泄流能力控制。

调水方式二：考虑洪水预见期预泄调水。调水水量包括部分弃水及水库蓄存水量，影响东平湖自身的洪水调节。当洪水上涨时，则开启调水，调水流量按入湖洪水流量控制(不超过设计调水流量)，东平湖出流包括泄流及调水流量。其中泄流按泄流能力控制。

短历时洪水调算规则。以湖水位为判断条件，具体规则如下：当洪水位未超过汛限水位时，不泄流；当达到汛限水位时，洪水水量来多少泄多少，维持在汛限水位；当水位继续上涨时，则启用泄洪闸，控制下泄，启用傍口闸及陈山口闸，按傍口闸一级泄流能力450m3/s控泄；当水位超过警戒水位时，启用傍口闸及陈山口闸，按陈山口闸二级泄流能力1200m3/s控泄。

3.4 调算结果

本次东平湖大汶河洪水资源利用，原则上对汛期洪水资源进行利用。由于洪水历时通常较短，本次对东平湖典型洪水根据防洪规则进行短历时洪水调算，分析场次洪水下的实时调水过程、调水量等。典型年洪水调算结果见表2、表3。

表2 东平湖典型年洪水调算结果(方式一)

表3 东平湖典型年洪水调算结果(方式二)

图3 200507号洪水流量及调算泄流、水位过程(方式一)

图4 200507号洪水流量及泄流、水位过程(方式二)

两种调度方式下的洪水过程、湖水位、泄流过程见图3、图4。调度方式一弃水阶段调水调算结果：平水年200507场次洪水，起调水位为41.40m，弃水量为7763万m3，最大泄流为450m3/s，调水时间为5天，调水量为4320万m3。调度方式二弃水阶段调水调算结果：平水年200507场次洪水，起调水位为41.40m，弃水量为6802万m3，最大泄流为450m3/s，调水时间为6.8天，调水量为5281万m3。

两种调水方式，末时水位均不高于汛限水位；当起调水位低于汛限水位时，则末时调算水位均高于该起调水位。由调算结果可以看出，随着预见期加大，可延长调水时长，从而加大调水量，同时有利于减少东平湖下泄流量，减少防洪压力。

4 结 语

大汶河具有一定的洪水资源利用潜力，通过东平湖调蓄，并利用南水北调东线一期工程胶东输水干线和鲁北小运河输水干线外调洪水资源，可有效利用大汶河洪水资源，缓解胶东、鲁北地区水资源短缺危机。由于大汶河洪水通常历时较短，建议结合现代化水雨情监测系统、洪水预报调度系统进行实时精准调度，以安全高效利用洪水资源。