河南省卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力分析

张修宇，康金鸽，陈 思

（1.华北水利水电大学，河南 郑州 450046；2.河南省豫北水利勘测设计院有限公司，河南 郑州 450002）

1 引 言

流域暴雨频发成为制约社会、经济和生态发展的瓶颈［1］。河南省卫河流域地处豫北地区，历史上频繁的洪涝、干旱等自然灾害给豫北人民带来了深重灾难。2021年7月17—22日，卫河流域局地发生特大暴雨，卫河发生超历史最高水位洪水（汲县站水位超历史极值1.84 m）；自7月19日开始，河南省先后启用境内9处蓄滞洪区中的7处，截至23日总蓄水量约1.9亿m3，转移人口21.9万。卫河是半悬式河床［2］，两岸有很多洼地，用作蓄滞洪区。蓄滞洪区对于流域防洪减灾十分重要，其与河道、水库联合运用可以削减洪峰、存蓄过量洪水，提高流域抵抗洪水的能力。计算和评价卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力具有重要意义。

对于雨洪资源利用，国内外均有很多研究，例如：Islam等［3］构建了孟加拉国相关流域模型框架，计算了研究区的雨水资源化潜力；Sharma等［4］根据印度225个主要降水区的作物在生长期的气候水量平衡关系，计算了604个地区的雨水资源利用潜力；孟凡香等［5］从雨水的自然属性和社会属性入手，采用分布式水文模型SWAT计算了研究区的雨水资源化潜力；王银堂等［6］对流域层面的雨水资源利用模式进行了探讨，并对北京市区及海河流域的雨洪资源利用潜力进行了定量评价；张光辉等［7］研究了暴雨洪水对地下水的补给作用；王宗志等［8］采用极限分析理论，评价了南四湖流域洪水资源利用现状和利用潜力；杨小柳等［9］研究了大黄堡洼蓄滞洪区洪水资源化的收益和损失；赵飞等［10］利用多年平均降水量法计算出了城市雨洪资源利用潜力。

从上述分析可以看出，国内外雨洪资源利用潜力多以计算为主，很少将计算与评价模型结合起来进行评价。笔者利用不同下垫面分析法［11］和评价模型相结合的方法，对卫河流域蓄滞洪区雨洪资源的利用潜力进行评价分析。

2 雨洪资源利用潜力分析

雨洪资源利用潜力［12］指在特定区域的一段时间内，经过规划设计采取与之对应的技术并实施相应的工程措施后，可以开发利用的最大雨洪资源量。当不考虑技术和经济实力时可以被全部利用的雨水称为雨洪资源利用理论潜力；但是不论采用何种技术和方法、建设什么设施，雨水资源都不可能被全部利用，其中能够被利用的这部分雨洪称为雨洪资源利用实际潜力［13］。

不同下垫面分析法是基于研究区域不同的下垫面面积进行计算的一种方法，利用已知的降水资料对研究区域进行雨洪资源利用潜力计算分析，其结果比较准确。虽然卫河流域的下垫面种类比较多但易于区分，所以选取不同下垫面分析法对卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力进行计算。

利用不同下垫面分析法时，为使计算简便，参照有关研究［14］将卫河流域下垫面分为3类：一是不透水下垫面，主要包括城镇、工矿和居民用地，其透水性能较差，计算时不包括降水损失量和弃流量；二是透水下垫面，包括耕地、林地等，其透水性较好，计算时不包括植被截留量；三是河、湖、池塘等可以直接将雨水转化为资源的水域。卫河流域雨洪资源利用潜力计算公式为

式中：A0为蓄滞洪区雨洪资源利用的理论潜力，m3；A1为不透水下垫面雨洪资源量，m3；A2为透水下垫面雨洪资源量，m3；A3为水域雨洪资源量，m3；Ae为蓄滞洪区雨洪资源利用的实际潜力，m3；At为临界雨洪资源量，即超出防洪承载力的雨洪资源量，m3。其中

式中：m为降水场次；Ri为第i场降水的降水量，mm；RK为降水损失量和初期弃流量，两者分别取1.6 mm和4.0 mm，即RK取5.6 mm；Ra为植被截留量，取0.3 mm；Rt为临界降水量，取50 mm；S1为蓄滞洪区不透水地面的总面积，m2；S2为蓄滞洪区透水地面的总面积，m2；S3为蓄滞洪区水域总面积，m2；St为蓄滞洪区总面积，即St=S1＋S2＋S3，m2。

3 评价指标体系

3.1 构建评价指标体系

基于数据的可获得性［15］，选取对蓄滞洪区雨洪资源利用影响较大的指标。在查阅大量文献并参考专家意见的基础上，采用层次分析法，构建卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力综合评价指标体系（见表1）。

表1 卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力综合评价指标体系

3.2 构建评价模型

（1）确定评价指标权重。利用层次分析法计算各指标权重，首先需要一些相关专家依据经验和地区性质，对准则层和指标层的指标作出重要性判断；然后构建判断矩阵，进行归一化处理，得出指标相对权重；最后对其进行一致性检验，符合一致性检验的权重即为所求。

（2）模糊综合评价法。模糊综合评价法是根据模糊数学的隶属度理论，将定性评价转化为定量评价，评价思路清晰、系统性强，可使模糊的、难以量化的问题得到很好解决。蓄滞洪区雨洪资源利用潜力评价指标众多且存在模糊性和不确定性，因此把层次分析法与模糊综合评价法相结合，先用层次分析法计算出各指标权重，再用模糊综合评价法对卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力进行评价。

4 实例应用

4.1 研究区概况及数据来源

卫河全长394 km，流域面积为15 229 km2，其中河南省境内河长286.5 km，流域面积12 921 km2，约占全流域面积的85%［2］。流域内有9处蓄滞洪区，分别是良相坡、白寺坡、共渠西、长虹渠、任固坡、小滩坡、广润坡、崔家桥和柳围坡，涉及3个地级市（新乡、鹤壁、安阳）7个县（浚县、汤阴、卫辉、滑县、内黄、淇县、安阳县），蓄滞洪区内有397个行政村50.75万人和9.84万hm2耕地［2］。设计蓄滞洪总量10.87亿m3，蓄滞洪区淹没面积849.5 km2。卫河流域呈西南—东北向，地势总体为西高东低、南高北低。

选取新乡、鹤壁、安阳3个地级市的降水数据作为卫河流域的降水数据，数据来源于2001—2020年《河南省水资源公报》。土地利用数据来源于各县的土地利用总体规划。

4.2 雨洪资源利用潜力分析

将新乡、鹤壁、安阳3个市2001—2020年逐月降水量的平均值进行加权平均，得出卫河流域的年均降水量为612.5 mm。依据对蓄滞洪区下垫面类型的分析，由式（1）～式（6）计算得出卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力的计算结果（见表2）。

表2 不同下垫面分析计算结果 亿m3

4.3 模型计算结果与分析

（1）利用层次分析法计算指标权重。借助Yaahp软件进行层次分析法与模糊综合评价法计算分析。基于已绘制好的层次结构模型和构造的判断矩阵，利用软件对判断矩阵的一致性进行检验，生成层次分析法测评表并分发给专家进行打分。测评表收回后，将其导入Yaahp软件，将专家们反馈的权重利用Yaahp软件的群决策面板将数据进行算术平均，即为所求指标权重。

（2）利用模糊综合评价法进行评价。参照2001—2020年《河南省水资源公报》《豫北地区水利工程管理手册》及相关研究成果，确定卫河流域雨洪资源利用潜力评价等级划分标准，见表3。Ⅰ级（优）表示雨洪资源充沛且容易利用，雨洪资源利用潜力大；Ⅱ级（中）表示雨洪资源适配性比较好，雨洪资源利用潜力中等；Ⅲ级（差）表示雨洪资源匮乏且不容易利用，雨洪资源利用潜力小。

表3 卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力评价等级划分标准

结合层次分析法计算出的权重，建立模糊综合评价测评表，并确定评价等级：2.4～3.0分为Ⅰ级（优）、1.5～2.4分为Ⅱ级（中）、1.5分以下为Ⅲ级（差）。随后生成测评表发送给专家进行测评，将收回的测评表导入Yaahp软件自动进行矩阵构造和计算，最终的评价结果见表4。

表4 卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力指标权重及模糊综合评价结果

由表4可知：卫河流域水资源基础条件（B1）的评价结果为Ⅰ级（优），其指标层中设计蓄滞洪量（C2）、淹没面积（C3）评价结果均为Ⅰ级（优），表明其蓄滞洪区蓄水能力较为突出，能够很好地蓄滞洪水；多年平均降水量（C1）的评价结果为Ⅱ级（中），原因是当地年均降水量不大，但降水一般集中在汛期，容易形成暴雨，给雨洪资源利用带来较大压力。实施条件（B2）评价结果为Ⅱ级（中），其指标层中只有蓄滞洪区堤防长度（C4）的评价结果为Ⅰ级（优），可见蓄滞洪区堤防的建设比较完善；蓄滞洪区使用概率（C5）和人口数量（C6）评价结果为Ⅱ级（中），原因是蓄滞洪区的人口数量比较多，启用时会对人民生命财产安全造成威胁，只有发生特大暴雨时蓄滞洪区才会启用，这在一定程度上影响了对雨洪资源的利用程度。社会经济（B3）的评价结果为Ⅰ级（优），说明当地的经济发展能够为水资源利用提供一定的经济支撑，这与河南是农业大省、当地非常重视农业发展有着密不可分的联系，雨洪资源利用有坚实的经济基础。耗水量（B4）的评价结果为Ⅱ级（中），其指标层中农业耗水量（C10）、工业耗水量（C11）、生活耗水量（C12）均为Ⅱ级（中），说明农业、工业和生活用水量较大，用水效率还有待提高，还有进一步增大水资源利用潜力的可能。

卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力（A）的评价结果为Ⅰ级（优），说明其雨洪资源充沛且容易利用，雨洪资源利用潜力大。通过不同下垫面分析法计算出卫河流域的理论雨洪资源利用量为39.63亿m3、实际雨洪资源利用量为38.80亿m3，二者相差不大，原因主要是蓄滞洪区的耕地面积较大且耕地涵养水的能力较强。卫河流域属于缺水地区，同时汛期暴雨集中容易发生洪涝灾害，严重影响人民的生命财产安全，应该在保障安全的情况下合理利用雨洪资源，将风险转化为效益。

5 结 语

本文从水资源基础条件、实施条件、社会经济、耗水量4个方面选取12个指标，构建河南省卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力评价指标体系，结果表明研究区雨洪资源利用潜力大。但是从评价结果看出，实施条件和用水效率还有待改善与提高。比如，蓄滞洪区内的人口数量评价等级为Ⅱ级（中），说明蓄滞洪区的人口数量较多，蓄滞洪区启用时损失较大，应该设法减少蓄滞洪区内的人口数量；耗水量的评价结果为Ⅱ级（中），说明蓄滞洪区的用水效率不高，应该引进节水技术和设施，提高用水效率，减少耗水量。

层次分析法带有较强的主观性，会对研究结果带来一定的影响，另外滞洪区数据收集的局限性也会对分析结果带来影响。下一步应结合客观分析法，完善卫河流域蓄滞洪区雨洪资源利用潜力评价方法。