流域雨洪资源评估及利用可行性研究

程发顺，王俊钗，陶 亮

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

0 前言

雨洪资源化利用不仅有助于实现洪水由控制向管理转变的现代化要求，还可通过与区域社会经济发展的密切相关性开发水资源潜在价值，解决区域供用水矛盾[1]。雨洪资源利用在一定程度上既能保障区域生态的可持续发展，又能促进区域经济的稳定增长，是区域经济可持续发展的现实选择[2]。研究雨洪资源特性及流域雨洪资源量可为区域水资源分配提供分析和决策依据，通过科学管理、合理利用雨洪资源促进区域经济协调发展。

以往对雨洪资源研究主要是集中在城市雨水的集流利用[3]，本文从流域尺度构建雨洪资源评估模型，研究雨洪资源量及特点，分析雨洪资源可利用量，初步研究雨洪资源利用可行性。

1 资料和方法

1.1 研究区概况和资料

西枝江是东江的一级支流，发源于惠东县与紫金县交界处的竹坳顶，于惠州市东新桥下汇入东江。西枝江流域面积4120km2，占东江博罗以上流域总面积的16.27%，干流全长176km，河床平均坡降0.6‰。流域上游白盆珠水库于1984年建成，控制面积856km2，占全流域的20.8%，该水库以防洪、供水为主，结合灌溉、发电、改善航运及水环境等综合效益，是广东省第三大水库。流域地处亚热带季风气候区，多年平均降雨量为1800mm，是广东省暴雨高值区，4—9月为雨季，占全年降雨量的82.3%[4]。

本文雨洪资源径流计算采用西枝江流域双下站、下寮站、平山站、九洲站等水文站资料，双下站作为流域控制站，径流及洪水资料完整可靠，在西枝江流域历次规划设计中进行多次审查、复核，并经水利部水利水电规划总院审定，资料具有较好的代表性和可靠性。

1.2 雨洪资源的定义

以往对雨洪资源的研究主要集中在城市雨水的集流利用，指大气中的降水降落到地面以后，超过城市自然消化能力的雨水。这部分雨水会形成地表径流，造成一定的危害，但雨洪资源同时也是一种十分重要的水资源[5]。

本文研究的雨洪资源，指考虑白盆珠水库优化调度(三库联调方案)、扣除流域内用水及外调水量(《广东省东江流域水资源分配方案》)、满足河口生态流量要求后，富余的水资源[6]。

2 流域雨洪资源评价模型

2.1 东江流域水资源分配方案

东江是珠江流域三大水系之一，流域面积3.5万km2，多年平均径流量326.6亿m3，是广州、深圳、河源、惠州、东莞等地的主要供水水源，同时担负着向香港供水的重要任务，总供水人口超过3000万。为保障东江流域及相关地区经济社会可持续发展，2008年，广东省人民政府以“粤府办[2008]50号”文发布了《广东省东江流域水资源分配方案》，在确保对港供水安全，以及河道内生态基本需水和充分利用非常规水源的前提下，以广东省境内东江流域河川径流量为分配对象，按照防洪、供水、发电的顺序优化水库群调度，安排正常来水年(90%保证率)和特枯来水年(95%保证率)情况下各有关区域取水量分配指标，见表1；以落实水资源分配方案、协调河道内外用水、保障供水安全为目标，明确重要控制断面最小下泄流量指标(以下简称“原配置方案”)。

表1 广东省东江流域水资源分配表 单位：亿m3

惠州市正常年份分水量为25.33亿m3，特枯年份分水量为24.05亿m3，西枝江东江入口的东新桥断面以及淡水河深圳与惠州交接的西湖村、上垟断面的水质控制目标均为Ⅳ类，为保障汇合口下游地区的取水及生态等需求，西枝江口最小下泄流量为40m3/s。

2011年，《广东省东江流域新丰江、枫树坝、白盆珠三大水库联合优化调度方案》对三大水库防洪调度、供水调度运行方式进行了优化。2012年，广东省水利厅根据三库联调方案研究成果发布了新丰江、枫树坝、白盆珠三座水库的供水调度运行方案，根据上述成果，西枝江流域通过白盆珠水库的优化调度来保障本流域的取用水及河口流量约束(40m3/s)，河口以上河道外共取水7.91亿m3。

2.2 西枝江流域雨洪资源评估模型

2.2.1模型技术路线

西枝江流域的雨洪资源评估，遵从东江流域的分水方案及白盆珠水库现行的调度运行方式，建立以西枝江为水源，以原配置方案和河口流量约束为要素，以白盆珠水库为关键控制性工程的西枝江流域水资源优化调度模型，技术路线如图1所示。其中河口断面最小流量为白盆珠水库调度运行方式的控制指标之一，各断面的生态流量则为雨洪资源量计算的要素之一。

图1 西枝江流域雨洪资源评估模型示意图

2.2.2白盆珠水库调度运行方式

白盆珠水库是东江流域三大控制性水库之一。2012年，广东省“关于印发《广东省东江流域新丰江、枫树坝、白盆珠水库供水调度方案(试行)》的通知”，明确白盆珠水库供水调度图包括5条水位控制线，如图2所示。

图2 白盆珠水库供水调度图

水库调度图运用总的基本原则是以各控制水位和水库当前水位为判定条件、以月为控制时间段，确定水库出库水量。白盆珠水库调度图运用确定以西枝江口断面流量为控制目标。

2.2.3原配置方案调度模型验证

原配置方案、三库联调方案等上位规划均以西枝江流域河道外需水量为7.91亿m3为基础分析拟定。为分析流域雨洪资源量，本文对西枝江流域原配置方案进行径流调节模型模拟，由表2可见，本次流域雨洪资源调度模型拟合程度较好。

表2 西枝江流域水资源调度模拟成果

2.3 西枝江流域雨洪资源量及特点

2.3.1雨洪资源量分析

西枝江干流各节点的雨洪资源量是在遵循原配置方案前提下，白盆珠水库按现有调度运行方式(粤水资源[2012]31号)运行时，满足下游用水、调水、生态需水要求及河口流量约束后富余的水量。分析结果见表3、如图3所示。西枝江白盆珠、平山、水贝、河口多年平均雨洪量分别为2.09亿、14.81亿、19.76亿、28.82亿m3，可见西枝江流域丰、平水年份，各节点雨洪资源较丰富，为雨洪资源利用创造了有利条件。

图3 西枝江流域各节点雨洪资源量频率曲线

表3 西枝江流域各节点雨洪资源量 单位：亿m3

2.3.2雨洪资源量特点

(1)沿程分布特点

西枝江白盆珠、平山、水贝、河口节点多年平均雨洪资源量分别为2.09亿、14.81亿、19.76亿、28.82亿m3，如图4所示，越往下游，流域水资源越丰富，雨洪资源也越多。因此，从雨洪资源利用来看，下游较上游利用条件更好。

图4 西枝江各节点雨洪资源分布图

(2)年际分布特点

西枝江白盆珠、平山、水贝、河口历年雨洪资源量分布极不均匀，年际间差异较大。以河口节点为例，最丰年(2016年)雨洪资源量为83.17亿m3，最枯年(1963年)雨洪资源量为1.81亿m3，丰枯比达到45.91，如图5所示。可见，流域雨洪资源年际分布不均，是重要特性之一。

图5 西枝江河口节点历年雨洪资源分布图

(3)年内分布特点

西枝江白盆珠、平山、水贝、河口各节点年内雨洪资源量分布极不均匀，各月间差异较大。以河口节点为例，8月雨洪资源量最大(5.48亿m3)，1月雨洪资源量最小(0.32亿m3)；汛期5—10月雨洪资源量占全年的比例达到85.68%，主汛期6—9月雨洪资源量占全年的比例达到70.22%；枯水期11月—次年4月雨洪资源量占全年的比例为14.32%，如图6所示。可见，流域雨洪资源年内分布不均，是重要特性之一。

图6 西枝江河口节点各月平均雨洪资源分布图

(4)枯水时段特点

根据历年雨洪资源模型计算结果，选择1962年11月—1964年4月作为典型枯水时段，进行雨洪资源特点分析。雨洪资源特征值统计见表4，西枝江河口断面雨洪资源过程如图7所示。可见，枯水时段，各节点雨洪资源均较少，其中白盆珠无雨洪资源，其它节点雨洪资源量在1.86亿～3.90亿m3。1962年11月—1964年4月合计547d，白盆珠、平山、水贝、河口最长连续无雨洪资源的天数分别为547、87、87、87d，枯水时段各节点均存在较长的无雨洪资源时段。

图7 特枯水时段雨洪资源过程图(河口)

表4 枯水时段雨洪资源特征值

3 雨洪资源利用可行性研究

3.1 雨洪资源可利用量分析

雨洪资源可利用量受引水工程规模、调蓄工程兴利库容[7]、受水区用水过程等影响。用水过程一定的情况下，引用流量越大，引水系统投资越高；但需要配套蓄水工程的兴利库容越小，蓄水工程投资越低；实际方案拟定过程中，需根据库容条件、引水线路因素等优选引水规模和水库库容。本文分析兴利库容不受限情况下，各级引用流量对应的雨洪资源可利用量见表5、如图8所示。以引用流量50m3/s为例，河口、水贝、平山、白盆珠水库的雨洪资源可利用量分别为7.92亿、7.26亿、6.28亿、0.55亿m3。

图8 流域各节点雨洪资源可利用量与引用流量关系

表5 雨洪资源可利用量分析表 单位：亿m3

3.2 雨洪资源利用可行性分析

(1)水质利用条件

西枝江淡水河汇合口附近及其下游暂时不宜作为水源地，西枝江干流马安大桥及以上河段，水质指标(总氮除外)均不低于Ⅲ类标准，基本达到饮用水水源保护地标准，可作为本次雨洪资源利用的取水河段；干流惠东城区以上河段及白盆珠水库水质常年维持在Ⅱ类及以上，是优良的供水水源。

(2)工程建设条件

西枝江雨洪资源年内年际分布不均，与流域用水过程不匹配，利用雨洪资源需建设调蓄水库；从地形条件及淹没影响来看，西枝江干流已无再建设大中型调蓄水库的条件，故而需配套建设引水工程，引调西枝江水资源至支流或外流域的调蓄工程内。

从西枝江干流及邻近流域地形条件分析，深汕合作区明溪河上游具有建设大型调蓄水库的地形条件；惠东县多祝镇的楼下水中游具有建设大型调蓄水库元潭水库的地形条件；惠阳区大坑水库总库容1169万m3，水库地形地质条件较好，可扩建成大型水库。明溪河、大坑、楼下水坝址距离西枝江干流直线距离分别为16、10、9km，从工程布置条件来看，西枝江调水至明溪水库需新建隧洞穿越莲花山脉，引调水至本流域的大坑水库和元潭水库则可采用管道工程。

综上，西枝江雨洪资源利用工程建设条件具备可行性。

4 结论

本文通过以流域控制性水库调度为基础构建流域雨洪资源评估模型，对流域雨洪资源量及特性进行评价，初步研究雨洪资源利用可行性，得出以下结论：

(1)采用径流调节模型对西枝江流域原配置方案进行模拟计算，可知，本次构建的雨洪资源评估模型得出的模拟结果与原配置方案吻合，表明该模型可用于流域雨洪资源评估与研究。

(2)西枝江流域丰、平水年份雨洪资源较丰富。从沿程空间分布来看，流域下游雨洪资源明显大于上游；从年际、年内时间分布来看，年际间差异较大、年内各月间差异较大。可见，为合理利用流域雨洪资源，需配置具有较好调节性能的调蓄水库。

(3)雨洪资源可利用量受引水工程规模、调蓄工程兴利库容、受水区用水过程等影响。用水过程一定情况下，引用流量越大，需配置的调蓄工程兴利库容越小。

(4)雨洪资源的利用，具体还受到流域水质、雨洪资源调蓄工程建设条件、受水水库联合调度等的影响，可在以后的研究中进一步探讨。