泗河流域水资源分配方案研究

2015-07-25郭伟，张梅

中国水利 2015年9期

郭伟，张梅

（1.山东省济宁市黄淮水利勘测设计院，272019，济宁；2.山东省济宁市水利勘测设计院，272019，济宁）

泗河发源于山东省新泰市太平顶，流域面积 2 357 km2，全长159 km，多年平均天然径流量4.4亿m3，径流深为186.7mm。径流年内分配极为不均匀，上游超过200 mm，下游不到100 mm，80%集中在汛期6—9月份。年径流深的地区变化明显，泗河共有大小支流30条，其中流域面积大于100 km2的5条，分别为黄沟河、石莱河、济河、险河和小沂河，其中最大支流小沂河流域面积649.9 km2（包括截辽28.3km2）。流域内蓄水工程 246座，大型水库1座，中型水库3座，小型水库242座，塘坝758座。目前，泗河流域的水利工程建设取得了巨大成就，已基本形成蓄、引、防洪等水利工程体系，发挥着巨大的社会和经济效益。

本着可持续利用和协调发展原则、以供定需合理利用原则、公平公正与适度兼顾效率原则及优先保证生态环境基本用水的原则，对泗河流域水量进行分配。

一、总体思路及技术路线

1.总体思路

认真研究核实基础资料，核定现状用水，采用了水利普查成果和市县两级的统计年鉴。

合理确定水资源可利用量。按照“以供定需”确定总量控制指标，维护河流健康生命，实现水资源可持续利用。针对初始水权分配要求，提出可供分配水资源量的概念。一般认为在保证流域环境生态需水的情况下，水资源合理开发比例不应超过水资源总量的40%。

采用多种方法进行分水研究。统一分配河道河川径流，统一调整上下游、左右岸的供水矛盾。分别从着重用水现状原则、公平原则及兼顾公平适度和效率原则出发，采用相应的分水方法。

2.主要技术路线

首先要确定水量分配方案的目标；然后在体现合理用水原则下核实现状用水，在节约用水的前提下预测用水需求，在维护河流健康生态、维护代际公平条件下，界定流域可供分配的水量，根据“以供定需”的原则，确定水量分配总体控制指标，采用多种分水方法编制水量分配方案；最终采用综合分析方法确定最优分配方案。

二、水量分配方法

1.泗河水量分配目标

泗河流域各支流上游已建有大量的蓄水工程，绝大多数已经进行除险加固，均能正常发挥防洪、蓄水和灌溉等效益。这些工程在各行政区划内可正常使用，不需要在行政区划间进行水量再分配。地下水水井工程均在本地区小范围内正常使用，也无须进行再分配。而泗河河川径流，受河道闸坝控制与调节，可进行引水、提水灌溉，或用于地下水回灌、城区水景观等，但由于河川径流时空分布不均匀，尤其上下游、左右岸用水矛盾突出，必须进行有效合理的水量分配。

2.基本思路

首先计算全流域天然地表径流总量和多年平均的月分配量，根据天然径流的地区分布、趋势、径流深等值线图等找出河道主要控制断面之间流域面积上的平均径流深和径流总量。

其次在各个控制断面之间，计算各支流区间内蓄水工程的多年平均拦蓄水量，包括上游水库和塘坝的拦蓄量，各控制断面之间的天然径流量减去拦蓄水量，就是各控制断面之间的区间径流量，对河道上的闸坝等控制建筑物进行调节计算，就可得出此区间的可利用水量，并可确定其灌溉面积，或引水量或地下水回灌面积，或向外流域调引水量。

最后将各控制断面可利用水量合并到县（市、区）一级行政区划中，最后得出不同水平年的分水方案。

3.泗河河川径流的分配

根据《济宁市水资源调整评价报告》，泗河1956—2000年系列多年平均径流量为 4.4 亿 m3，Cv=0.49，Cs=2Cv，多年平均径流月分配系采取书院水文站的多年平均月分配值。泗河上主要控制断面为湖口、金口坝上等。各控制断面之间径流分配成果见表1。

上游水库拦蓄，有的水库兴利调节库容大，正常情况蓄不满，有的水库兴利调节库容小，而来水面积相应较大，水库蓄满后溢洪下泄，还有一些长藤结瓜式的串联水库，水库蓄水情况千差万别，仅用兴利库容来计算上游拦蓄量很不准确。为了较准确计算水库拦蓄水量，引入水库标准拦蓄水能力概念。水库标准蓄水能力，在数值上为本流域多年平均径流深的1/10。

用各水库的流域面积去除相应水库的兴利调节库容，则得各水库的实际蓄水能力，如水库的实际蓄水能力大于水库的标准蓄水能力，则说明该水库蓄水能力大，流域面积小，水库蓄不满，这时的流域面积就为水库的拦蓄面积；反之则说明该水库蓄水能力小，流域面积相对大，此时水库的流域面积为水库的实际拦蓄面积与水库蓄满产流的剩余面积之和。水库的实际拦蓄面积为水库兴利调节库容与水库标准蓄水能力之比。

如果出现串联水库，则下游水库的总流域面积减上游水库的拦蓄面积，作为下游水库的计算流域面积。按照上述方法将全流域各水库逐一计算，得出其各自拦蓄面积，再将同一水库标准蓄水能力的各类水库拦蓄面积加起来，得出区间总拦蓄面积，区间总汇水面积减去总拦蓄面积，则得到区间产流总面积，区间产流总面积乘以各自的水库标准蓄水能力，则求出区间的多年平均径流量。

由于大中型水库全部为蓄水能力大的水库，即使上游没有小型水库和塘坝先期拦蓄，在多年平均情况下，也无法蓄满兴利库容，故泗河流域内4座大中型水库上游的小型水库、塘坝不再计入拦蓄面积。按照上述方法，计算得泗河干流14个控制建筑物之间的区间径流量及月分配成果。

4.汛期开闸泄洪对区间径流的影响

泗河径流量年内分配不均，汛期约占80%，出现洪峰的时间短且峰值较大，必须开闸泄洪。开闸泄洪时，需将各闸坝的蓄水放空。洪峰过后，即关闸蓄水。有的闸坝库容大，而区间径流量小，仅依靠本区间的径流蓄不满库，出现负径流，需上断面的弃水予以填充，以便蓄满闸坝的库容。按7月份开闸放水，紧接着再充蓄，来对7月区间径流进行修正，同时对每个控制建筑物区间的年径流进行修正。

三、水量调节计算

1.调节计算方法

调节计算水量平衡方程式：时段弃水量等于月初库容、时段（月）区间来水、上断面弃水之和，再减去时段（月）用水量、水面蒸发量、闸坝前水体时段渗漏量、月末库容。

起调水位取各库的最高水位，即假定在起调时，各库均已蓄满。调节周期为7月初至下一年6月末。调节计算中，起调水位已定，各月的月末水位为推求值，先假定一个月末水位，查出相应的水面面积和库容，再利用水量平衡方程式计算月末库容，如与假定水位查出的库容不符，则利用新计算的库容反求水位，如此进行迭代计算，直至假定的库容与计算库容相近。各月调节完成后，仍用水量平衡方程式进行年度水量平衡计算，以检查计算是否有误。蒸发损失和渗漏量仍按前述方法计算。

2.用水计算

根据作物种植比例和灌溉制度计算出各月的综合毛灌溉定额。兖州区地下水回灌工程已运行多年，地下水回灌区地下水补给项有降雨入渗、河道入渗补给、山前侧渗补给和井灌灌溉回归等。经详细计算，上述四项补给量之和为6828万m3，需水量与补给量之差为2662万m3。考虑地下水回灌会有一定量的尾水排泄，则引水量拟定为3 400万m3，退水为740万m3。地下水回灌与作物生长期无关，河道有水就引，无水不引，河道水量较大的时段为汛期，故除行洪时考虑防汛安全不引，其余时间均可相机引水。

表1 各控制断面之间径流分配成果表

兖州境内有 “四坝”：一是滋阳坝，作用是向城区河网生态供水，包括潭村河等，年供水量440万m3，根据来水情况相机引水；二是金口坝，引水通过黑风口闸向老城区府河供水，出城后入新府河，建设新城区生态河道，年引水量200万m3；其他兖州城东橡胶坝、城南橡胶坝为城区生态湿地及城市重要风景区，要求有较稳定的景观水位，不宜引水。

3.列表进行调节计算

泗河现状控制建筑物有黄阴集闸、泗河大闸等11处闸坝。对每个控制建筑物，设定不同的灌溉面积进行调节，求出合理的灌溉面积和可利用水量。汇总调节计算成果如表2。

经过计算，泗河流域多年平均年径流量为44015万m3，上游水库群拦蓄量为19 914.09万m3，各区间形成的河川径流为24 100.9万m3。经径流调节计算，11处控制建筑物可利用水量为7574.3万m3，各闸坝蓄水量为2850.69万m3，总分配水量为10 424.99万m3，占区间河川径流的43.3%，可利用水量占区间河川径流的31.4%。

根据现状控制工程的调算结果，金口坝以上已没有余水可以利用，不宜再兴建橡胶坝工程。而金口坝以下，因有泗河最大支流小沂河汇入，在灌溉期尚有水量可引。故在现状11处控制建筑物的基础上，可以按崇文大道橡胶坝、济邹公路桥橡胶坝、岚济公路橡胶坝进行调节计算。规划水平年除包括现状的调节计算成果外，下游三坝的调节计算成果见表3。

规划水平年下，14处控制建筑物可利用水量为9 180万m3，蓄水量为3598.19万m3，总分配水量为12778.99万m3。其中泗水县灌溉面积 6万亩（15 亩=1 hm2，下同），可利用水量1 927.8万 m3，闸坝蓄水 759.73万 m3，分配水量为2 687.53万m3；曲阜市灌溉面积5万亩，可利用水量1 606.5万m3，闸坝蓄水 644.1 万 m3，分配水量为2 250.6万m3；兖州区回灌 20万亩，自灌灌溉面积2万亩，可利用水量3 724.8万 m3，闸坝蓄水1 511.26万m3，分配水量 5 235.56 万 m3；济宁高新区灌溉面积3万亩，可利用水量963.9 万m3，蓄水量 683.1 万 m3，分配水量为1647万m3；济宁城区接受兖州地下水回灌尾水958万m3。规划条件下，14处控制建筑物可利用水量占河川径流的38.1%，河川径流可利用水量与山丘区需水量之和为29094.89万m3，占全流域天然径流总量的66.1%，开发利用程度远远大于通常规定的40%。