蚌埠闸蓄水位抬高对抗旱减灾的影响研究

马苗苗 管佳佳 李江龙 邢智慧 梁 珂 王立军 侯明月

（1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京 100038；3.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，合肥 230088；4.安徽省淮河河道管理局，蚌埠 233000；5.中国国际工程咨询有限公司农村经济与地区业务部，北京 100048；6.中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083）

0 引 言

蚌埠闸枢纽工程是一座具有防洪、蓄水灌溉、航运、发电、供水等综合效益的大型枢纽工程，其主要作用为壅高淮河中游的干流水位，从而利于沿淮及淮北平原农田灌溉，提高船舶通航能力，同时利用壅水落差及剩余泄量发电。多年来，蚌埠闸正常蓄水位控制在17.5～18.0 m，但随着经济社会的快速发展，淮河流域水资源短缺问题日益突出，现有的水资源已不能满足当地的用水需求，尤其是干旱年份，需要迫切深入挖掘蚌埠闸工程蓄水功能。开展蚌埠闸抬高蓄水位研究，对于缓解区域干旱缺水压力，改善淮河干流生态环境，最大限度地发挥工程效益具有重要意义。

本文从抗旱减灾的角度，深入分析蚌埠闸蓄水位抬高前和抬高后的旱灾风险降低程度，并剖析蓄水位抬高后的4 种不同蓄水方案所带来的影响，最终为蚌埠闸蓄水位抬高以及方案优选提供参考依据。

1 区域概况及数据收集

蚌埠闸位于淮河中游，在蚌埠市西郊，距蚌埠市约6 km，距中上游的淮河临淮岗洪水控制工程约230 km，距下游洪泽湖250 km。蚌埠闸枢纽工程设计洪水标准为100 年一遇，闸上流域面积12.1万km2，整个枢纽由28孔节制闸、12 孔新节制闸、双线船闸、水电站、分洪道、3.37 km堤防组成，同时兴建溢流堰1 座，堰顶高程18.7 m。鉴于蚌埠闸蓄水位的抬高主要影响的是蚌埠市和淮南市，因此重点针对蚌埠市和淮南市进行旱灾风险的评估及分析。

本文收集了历史长序列降雨数据（1956-2010年）、抗旱统计上报数据（1990-2010 年）、抗旱规划数据、历史旱灾调查数据、水资源第二次调查数据（1956-2010年）、《中国水资源公报》数据等。由于涉及水资源供需水量平衡计算，收集了当地的生活、农业、工业、生态等多类型的用水情况，以及需水计算所需要的人口分布情况、用水定额等。

2 研究方法

分析蚌埠闸蓄水位抬高对抗旱减灾的影响，重点关注4 种蓄水位抬高方案（方案1 蓄水位18.3 m、方案2 蓄水位18.5 m、方案3蓄水位18.7 m、方案4蓄水位19.0 m）对旱灾风险的降低程度。鉴于引江济淮工程与蚌埠闸蓄水的依存关系，分为引江济淮工程实施前和实施后两种情况进行供需水量的平衡计算，确定相应的缺水量和缺水率，预估蚌埠闸多种蓄水位方案对抗旱的影响，分析其干旱缓解的程度。具体技术路线如图1所示，其步骤如下：①基于引江济淮前和济淮后供需水量数据，分别计算原蓄水方案（蓄水位18.0 m）以及4种蓄水位抬高方案调整后的缺水率，并根据旱灾风险等级阈值划分标准（表1），确定不同方案下逐年的旱灾风险等级。②分析不同干旱频率下（2年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇）各县（市、区）的旱灾风险等级，统计各风险等级出现的次数，并与原蓄水方案带来的旱灾风险进行对比，探求4种蓄水位抬高方案对旱灾风险的降低程度。③从抗旱减灾的角度，对比分析4种不同蓄水位方案对抗旱减灾的影响，确定较优的蓄水方案。

图1 技术路线

表1 旱灾风险等级阈值表

3 结果分析

3.1 引江济淮工程实施前多种蓄水位抬高方案对抗旱减灾的影响

对引江济淮工程实施前的供需水量数据进行分析，分别计算出原蓄水方案下的缺水率以及4 种蓄水位抬高方案调整后的缺水率。图2 是引江济淮工程实施前，1956-2010 年不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率变化情况。各蓄水位抬高方案的缺水率年际变化波动较大，呈现周期性起伏变化，尤其是1966-1967年的缺水率达到多年最大波峰值，1958-1959年、1977-1979年、1995年、2000年的缺水率也处于较高的数值。蚌埠闸蓄水位抬得越高，则缺水率就越低，在严重干旱的年份尤为突出，充分说明蚌埠闸水位抬高对当地缺水状况起到调节作用。

图2 引江补淮工程实施前不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率变化过程图

从旱灾风险的角度分析，将各蓄水位抬高方案出现低风险、中低风险、中风险、中高风险、高风险的年份次数分别进行统计，并与原蓄水方案带来的旱灾风险进行对比，探求4种蓄水位抬高方案对旱灾风险的降低程度，统计结果见图3。当蚌埠闸蓄水位抬升的越高时，低风险年份出现的次数呈增大趋势，中低、中高和高风险年份出现的次数呈减小趋势，说明蚌埠闸蓄水位抬高有降低干旱影响的作用。从降低中、中高、高风险等级出现的频率看，方案3 和方案4 旱灾高风险值出现的次数明显降低，方案1 和方案2 高风险值出现次数无变化；而方案2 和方案3 中高风险值出现的次数明显降低，说明蓄水位抬高对降低严重干旱灾害风险起作用。

图3 引江补淮工程实施前各蓄水位抬高方案在不同风险等级对应的年份个数统计图

从不同干旱频率下蓄水位抬高方案对旱灾风险的影响角度进行对比分析，结果见表2。发现在遭遇100 年一遇和50 年一遇的干旱时，4 种蓄水位抬高方案不能降低当地的旱灾风险，仍处于高风险中；在遭遇20年一遇的干旱时，方案3 和方案4 将旱灾风险由高风险降到中高风险；在遭遇10年一遇干旱时，方案3和方案4将旱灾风险由中高风险降到中风险；在遭遇5 年一遇干旱时，方案2、方案3 和方案4 将旱灾风险由中高风险降到中风险；在遭遇2 年一遇干旱时，方案3和方案4将旱灾风险由中低风险降到低风险。

表2 不同干旱重现期下蓄水位抬高方案对旱灾风险的影响

综合考虑抗旱成本和效益产出比，引江济淮工程实施前，方案2 和方案3 对于缓解中度和严重干旱灾害效果较好，方案较优，能较大程度上缓解旱情。

3.2 引江济淮工程实施后多种蓄水位抬高方案对抗旱减灾的影响

对引江济淮工程实施后的供需水量数据进行分析，分别计算出原蓄水方案下的缺水率以及4种蓄水位抬高方案调整后的缺水率。图4 是引江济淮工程实施后，1956-2010 年不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率变化情况。各蓄水位抬高方案的缺水率年际变化波动较大，呈现周期性起伏变化，尤其是1966-1967年的缺水率达到多年最大波峰值，1958-1959 年、1977 年、1982 年的缺水率也处于较高的数值。结果显示，随着蓄水位的抬高，缺水率在逐渐减小，在严重干旱的年份尤为突出。

图4 引江济淮工程实施后不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率变化过程图

从旱灾风险角度分析，考虑引江济淮工程实施后，对各蓄水位抬高方案出现低风险、中低风险、中风险、中高风险、高风险的年份次数分别进行统计，并与原蓄水方案带来的旱灾风险进行对比，探求4种蓄水位抬高方案对旱灾风险的降低程度，统计结果见图5。当蚌埠闸蓄水位抬升的越高时，低风险年份出现的次数呈增大趋势，中低、中、中高、高风险年份出现的次数呈减小趋势，说明蚌埠闸蓄水位抬高有降低干旱影响的作用。从降低中、中高、高风险等级出现的频率看，4 种蓄水位抬高方案将高风险值出现的次数降低到1 个；而中高风险值出现的次数在方案1 和方案2中降低到3 个，方案3 和方案4 中降低到2 个，说明蓄水位抬高对严重干旱灾害的风险有降低作用；同时，中风险和中低风险值出现的次数在逐步降低，表明蓄水位抬高对中度和轻度干旱灾害的风险有降低和缓解的作用。综合考虑抗旱成本和效益产出比，方案1和方案2较优，对于缓解中度和严重干旱灾害效果较好，可满足缓解旱情的实际需要。

图5 引江济淮工程实施后各蓄水位抬高方案在不同风险等级对应的年份个数统计图

在引江济淮工程实施后，从不同干旱频率下蓄水位抬高方案对旱灾风险的影响角度进行对比分析，结果见表3。在遭遇100 年一遇和50 年一遇的干旱时，4 种蓄水位抬高方案都不能降低当地的旱灾风险，仍处于高风险中；在遭遇20 年一遇的干旱时，4 种蓄水位抬高方案都能将旱灾风险由高风险降到中风险；在遭遇10 年一遇干旱时，4 种蓄水位抬高方案都将旱灾风险由中高风险降到中风险；在遭遇5 年一遇干旱时，4 种蓄水位抬高方案都将旱灾风险由中风险降到中低风险；在遭遇2 年一遇干旱时，方案2 至方案4 将旱灾风险由中低风险降到低风险。

表3 不同干旱重现期下蓄水位抬高方案对旱灾风险的影响

综上所述，基于引江济淮工程实施前的供需水量数据，方案2和方案3较优；而基于引江济淮工程实施后的供需水量数据，方案1和方案2较优。因此，方案2无论在引江济淮工程实施前还是实施后，整体效果较优。

4 结论与展望

分析了蚌埠闸蓄水位抬高对抗旱减灾的影响，重点关注4种蓄水位抬高方案对旱灾风险的降低程度。基于引江济淮前和济淮后供需水量数据，分别计算不同蓄水位抬高方案的缺水率，统计各风险等级出现的次数，并分析不同干旱频率下的旱灾风险等级。主要结论如下：

（1）随着蚌埠闸蓄水位的抬高，缺水率逐渐降低，旱灾风险等级降低。说明蚌埠闸蓄水位抬高，对当地缺水状况起到调节作用，有效地降低了当地的旱灾风险。

（2）从抗旱减灾角度分析，引江济淮工程实施前，蚌埠闸蓄水位抬高方案2和方案3较优；引江济淮工程实施后，蓄水位抬高方案1 和方案2 较优；综合考虑抗旱成本和效益产出比，兼顾引江济淮工程实施前和实施后，方案2的效果较优。

（3）蚌埠闸蓄水位抬高到18.5 m 时，在遭遇5 年一遇、10 年一遇和20 年一遇的干旱时，旱灾风险降低1～2 个等级，可以满足实际抗旱的需求。在遭遇50年一遇以上的干旱时，4种蓄水位抬高方案不能降低当地的旱灾风险，仍处于高风险，因此蚌埠闸蓄水位的抬高对于缓解中度和严重干旱的效果较好，而对特大干旱灾害的缓解效果仍不显著。

考虑到蚌埠闸蓄水位的抬高和引江济淮工程的密切联系，未来可以持续进行两者的交互影响研究，以期将蚌埠闸蓄水位调整到相对较优的平衡状态，更好地发挥蚌埠闸枢纽的工程效益。