松花江佳木斯段干旱预警水位（流量）确定实践

杜庆顺，付兴龙，丁 伟

（1.沂沭泗水利管理局水文局（信息中心），江苏徐州 221018；2.松辽委水文局黑龙江中游水文水资源中心，黑龙江 佳木斯 154000；3.大连理工大学，辽宁 大连 116000）

0 引言

江河湖库水文干旱预警水位（流量）是江河湖库水资源管理由日常管理进入应急管理的分水岭，到达干旱预警水位（流量）后，江河湖库进入缺水状态，社会各部门应采取更严格的节水措施和应急管理措施，保障社会经济平稳发展和生态安全基本用水[1]。2011年，原国家防办提出了旱限水位（流量）概念，出台了《旱限水位（流量）确定办法》（以下简称《办法》），在七大流域和30个省（自治区、直辖市）开展试点，初步推动了旱限水位（流量）制度的应用[2]。针对近几年抗旱实践中发现的旱限水位（流量）计算方法单一，制约其推广应用的情况，水利部防御司组织开展了江河湖库水文干旱预警水位（流量）确定方法的深化研究工作，在《办法》基础上，中国水利水电科学研究院进一步修订完善了干旱预警指标的概念、功能、使用对象和范围，出台了《江河湖库干旱预警水位（流量）确定技术指南（试行）》。鉴此，下文以松花江干流佳木斯至同江段为例，探讨江河干旱预警水位（流量）确定的方法，以期为全国其他江河抗旱调度提供实践支持。

1 江河断面干旱预警水位（流量）确定方法

江河断面干旱预警水位（流量）确定方法主要有比例折减法、水文频率法、最低流量/水位保障法、水量叠加法、综合约束法和分级分期综合法。其中，分级分期综合法根据来水规律和需水特点将全年划分为若干时期，每个时期内考虑不同程度干旱胁迫下的社会经济和生态的需水要求，综合考虑干旱年河道内生态、航运、下游河道外社会经济需水和取水工程的要求，采用外包线法和叠加法确定分级、分期江河断面的干旱预警水位（流量）。

干旱预警水位（流量）建议划分为旱警水位（流量）和旱保水位（流量）两个级别。旱警水位（流量）指轻度干旱情况下，保障城乡生活、工农业生产、生态环境主要供水需求的水位（流量）阈值。旱保水位（流量）指严重干旱情况下，保障城乡生活、工农业生产、生态环境基本供水需求的水位（流量）阈值。

干旱预警水位（流量）的预警分期建议划分为农业用水关键期、生态关键期、非汛期等分期；对于汛期有抗旱需求的地区，也可将汛期纳入抗旱调度期。对于来水与需水分期交叉的情况，以需水分期为主。干旱预警水位（流量）预警分期划分示意图如图1所示。

图1 干旱预警水位（流量）预警分期划分示意图

江河断面干旱预警水位（流量）逐时段推算，考虑河道内生态流量、通航水位、取水口高程、河道外城乡生活、工业和农田灌溉需水量，采用外包线和逐级叠加的方法计算，单个江河断面计算原理如图2所示，多个相邻的江河断面可按流量取最大值。

图2 江河断面干旱预警水位（流量）计算示意图

江河断面第i月（旬）干旱预警水位计算公式：

式中：Qhx，i——i月（旬）江河断面干旱预警流量，m3/s；u()——水量-流量转换函数；Ws，i——干旱预警水位（流量）对应的月（旬）社会经济需水量，万m3；Qe，i——干旱预警水位（流量）对应的月（旬）生态流量，m3/s；f()——河道水位-流量转换函数；H1——干旱预警水位（流量）对应的通航水位，m；H2——取水口高程，m；Zhx，i——i月（旬）江河断面干旱预警水位，m。

2 松花江佳木斯段干旱预警水位（流量）确定

2.1 研究区域概况

松花江是中国七大江河之一，位于中国东北地区北部，流域面积55.68万km2，占黑龙江总流域面积的30.2%。松花江流域属温带、寒温带大陆性季风气候，地形复杂，温差较大。松花江流域内多年平均降水量约500 mm，降水量自东南向西北递减，降水多处于季风控制的夏季7，8月份，汛期（6—9月）降水量占全年的70%~80%，冰期枯水期（11—4月）的降水量不足全年的10.0%。降水的年内分布极其不均，年际之间有明显的丰枯交替[3]。松花江流域地跨黑龙江、内蒙古、吉林、辽宁四省（区），干流沟通了吉林、哈尔滨、佳木斯等主要工业城市。松花江有南北两源，北源嫩江，南源第二松花江，两江在吉林省松原市三岔河汇合后称松花江。松花江干流全长939 km，流域面积18.90万km2，包括吉林省和黑龙江省的部分地区。干流自西南向东北于黑龙江省同江市注入黑龙江。依据河道地形及特性，松花江干流可分为上、中、下三段：上段为三岔河至哈尔滨市，河段全长240 km，集水面积3.00万km2，主要有拉林河注入；中段为哈尔滨至佳木斯河段，河段全长432 km，主要有呼兰河、少陵河、木兰达河、蚂蚁河、汤旺河、牡丹江和倭肯河汇入；下段为佳木斯至同江河段，全长267 km[4]。

依据断面上下游河段没有大的支流汇入、没有水库，且包含附近的取水口、重要生态河段的原则，项目选取松花江干流下段为计算范围，旱限流量控制站为佳木斯水文站。佳木斯水文站位于松花江干流中下游的分界，集水面积52.80万km2，占松花江流域面积的97.0%，是松花江汇入黑龙江前的重要控制站。

2.2 计算过程

2.2.1资料介绍

项目收集了佳木斯站多年日均流量过程，水位-流量关系曲线，松花江干流取水口汇总表，松花江设计通航水位等资料。

2.2.2计算过程及结果

初步研究采用Tennant法计算北方河流生态流量。Tennant法以多年平均流量（MAF）为基础，探讨MAF不同流量百分比下河流内物种的栖息地状态。依据水生生物对环境的季节性要求不同，分为4—9月份鱼类产卵育肥期和10月至翌年3月份一般用水期。将各时期MAF的10.0%作为该时期保障河道基本生态功能的流量，算得佳木斯站4—9月基本生态流量为292 m3/s，10月基本生态流量为73 m3/s。依据佳木斯水文站98.0%保证率对应最低设计通航水位为73.26 m，由佳木斯站水位-流量关系得到佳木斯站最低通航流量为1 270 m3/s。佳木斯站临近河段有城乡生活、工业、农业灌溉三类用水户，共24个取水口。其中2个取水口是工业取水，供水对象为华电能源股份有限公司佳木斯热电厂、富锦东方热电有限责任公司；17个取水口是农业取水，供水对象为富锦市幸福灌区、桦川县悦来灌区、同江市三江口灌区、郊区群英灌区等。各类用水户设计年取水量如表1所示。

表1 佳木斯河段各类用水户设计年取水量 万m3

生产生活年取用水量进行年内平均分配，农业年取用水量参考临近区域作物灌溉用水过程进行年内分配，得到佳木斯站预警期内各月社会经济设计取水流量如表2所示。

表2 佳木斯站干旱预警期内各月社会经济设计取水量 万m3

松花江属于北方河流，项目在计算佳木斯站不同级别保障供水量时，生态流量均采用基本生态流量。由于生态用水与航运用水可以共用，取二者外包络线，叠加社会经济设计取水流量作为佳木斯河段各月旱警流量；叠加城乡生活、工业设计取水流量及0.7倍农业设计取水流量，作为佳木斯河段各月旱保流量。佳木斯站干旱预警期内各月旱限流量如表3所示。

表3 佳木斯站干旱预警期内各月旱限流量m3/s

不考虑冬季冰封期，设定4—10月为佳木斯站干旱预警期，并按照该区域的来水、用水的季节性特点，区分4—5月为灌溉期、6—9月为汛期、10月为汛后期。取各分期中最大月旱限流量作为佳木斯站该分期旱限流量，并依据水位-流量关系得到各分期旱限水位如表4所示。

2.3 合理性分析

对文中江河断面干旱预警水位（流量）确定方法采用重现期法进行合理性分析，当所计算的各个分期的旱警流量出现频率约5年一遇，旱保流量出现频率约为10年一遇时，认为计算的结果具有合理性。该项目按照持续30 d日均流量小于旱限流量时发布预警的原则，根据1954—2018年65年逐日流量资料进行统计分析，结果表明所计算的佳木斯站分期旱限流量合理，统计结果如表5所示。

表4 佳木斯站分期旱限流量和水位

表5 佳木斯站分期旱限流量重现期统计表

3 结语

文中对江河断面干旱预警水位（流量）的确定工作进行了应用研究，并以松花江流域佳木斯段为例进行分析计算，使松花江流域遭遇干旱年份时的抗旱调度具有可操作性。但受经济社会发展迅速的影响，文中收集的取用水资料可能存在一定滞后性，且尚未考虑同期其他可利用水源情况，对于指导全流域的抗旱工作有一定的局限性，后续相关工作有待进一步探索和完善。