鲁北平原区水利工程对水文规律的影响分析

孔令太 邵泽斌 李本厚

1. 滨州市水文中心 山东 滨州 256609

2. 费县水利工程保障中心 山东 临沂 273400

鲁北平原区地处黄河下游，面积为3.09万km2，由古黄河决淤冲积形成，属于海河流域，东、北临渤海，南依黄河、金堤河，西北以南以南运河、漳卫新河与河南、河北两省为界，全区有聊城、德州两市和滨州、东营黄河以北地区[1]。本区为黄河冲积平原，地处暖温带季风气候区，冬季寒冷干燥，夏季湿热多雨，降水集中在汛期，降水量年际变化大。地貌形态可分为高、坡、洼地三种相对基本类型。高地为古河道河漫滩沉积而成，沉积物多为砂质或砂壤质，潜水埋深3-4m左右，约占总面积39%。坡地系黄河泛滥漫流沉积而成的单斜坡地，表土以轻壤、砂壤为主，潜水埋深2-3m左右，约占总面积40%。洼地为黄河泛滥尾闾缓流或静水沉积而成，表层多为粘土，潜水埋深2m以下，约占总面积21%。地貌类型大体与河流方向一致，呈带状西南东北向分布，海拔高程变化于0-49.00m之间，地面坡降从千分之一至万分之一。除黄河与南运河两大河系为边界河道外，主要有徒骇河、马颊河、德惠新河三条骨干河道，呈西南东北向纵贯全区；下游地区有一些独流入海的小河流，如马新河、潮河[2]。由于地势平坦，流域界限不清，河网贯通，水系易受人工影响。除黄河三角洲和沿海地带以生长牧草为主外，其他大面积种植小麦、玉米、大豆和棉花等农作物，森林覆盖面积约占7.5%。

1 水利工程概况

1.1 除涝工程

五十年代初遭遇1953年洪涝后，于1955年对徒骇河干流进行清淤（当时区内仅有徒骇河、马颊河两大河系）。在1961～1964年的大水中，全区受灾面积高达1030万亩，占耕地面积的60%以上，粮棉产量下降到解放以后的最低水平。1963年着手流域治理，干流河道直到1970年疏浚完成，支流河道也完成治理。1968年为解决中、下游德州、惠民地区排水顶托问题，截取原徒骇河支流土马、沙河和马颊河支流笃马河，开挖了德惠新河，德惠新河在1971年大水时上下游开始行洪排水，开挖后徒骇河、马颊河干流河道排涝行洪能力比原来扩大了约2.5倍，排水历时缩短了一半左右。

徒骇河自上世纪六十年代、七十年代扩大治理后的40年间，由于投入少，未进行较全面的系统治理，特别是沾化坝上闸以下海口段由于海潮的影响，河道淤积深度一般在2米以上，河道排洪能力严重降低。2010年徒骇河大水时，下游段水流下泄缓慢，河道长时间处于高水位运行，对沿岸人民群众生命财产和沿岸城区的防洪安全造成严重威胁。为此，于1993年、1996年、2011年、2015年、2017年、2018年、2019年、2020年实施了清淤疏浚、沿线建筑物重建，刘桥闸、宫家闸、营子闸、樊桥闸、堡集闸、坝上闸等大型拦河闸拆除重建、沿岸防汛道路建设等综合治理工程，治理标准为“64雨型”排涝标准、“61雨型”防洪标准，大大提升了河道防洪、除涝能力，下游段结合徒骇河通航工程，实现船舶海河联运，促进了徒骇河生态环境质量。

马颊河自上世纪六十年代中期全面治理后一直未再治理，经多年运行，淤积堵塞十分严重，排涝行洪能力严重降低，严重威胁沿河两岸工农业及人民群众生命财产安全，2008年、2011年、2020年分段实施了清淤疏浚、堤防加高培厚、配套建筑物建设等综合治理，工程采用“64雨型”排涝标准、“61雨型”防洪标准，大大提高了马颊河的排洪泄涝能力，有力保障了沿河企业及人民群众生活和生命财产安全。

德惠新河自开挖后，于1999年、2013年、2016年、2020年进行清淤疏浚、险工护砌、堤防加高培厚、堤顶防汛道路建设等治理工程，工程同样采用“64雨型”排涝标准、“61雨型”防洪标准，流域行洪排水条件得到了改善，缓解了洪涝灾害威胁，改善了河道环境，具有较好的经济效益、社会效益及环境效益。

近年来，重点水利工程的实施，徒骇河、马颊河、德惠新河等大中型河流基本完成河段清淤治理，病险水闸、河道建筑物、构筑物得以重建，河道行洪能力增强，洪水传播时间缩短。鲁北平原区153条河流，河段总长度5330.97km，治理河段长度4975km。

1.2 引黄灌溉工程

引黄灌溉：1956年后沿黄修建了一批小型虹吸工程，开发引黄灌溉。1958年聊城位山修建了位山引黄闸，并规划开发了相应的灌区，建成后1959年2月放水，至1961年6月放水量约38.7亿m3，与此同时相继修建了簸箕李、韩墩等引黄灌区。1961年至1964年连续四年特大洪涝灾害后，为恢复自然流势，突击排水，大部分引黄灌区渠系废除。1965年后，又连续大旱，1968年全年降水量不足300mm，特旱造成农业欠收，引黄灌区又一次兴起，于六十年代至七十年代先后兴建了李家岸、潘庄、邢家渡、王庄、小开河等大型灌区，恢复了位山灌区，灌溉面积1000多万亩，引黄灌溉纵横全区，大型引黄闸8处，设计引水流量710m3/s，中小型引水闸20处，设计引水量122.6m3/s；近10年来的节水改造与续建配套工程的实施，引黄灌溉的发展，大大改善了农业生产条件，保证了农业增产增收；使大面积盐碱地得到了改良，昔日的不毛之地披上了绿装；有效控制了水土流失，增加了绿色植被，改善了生态环境，潘庄、邢家渡、位山、打渔张、韩墩、小开河等引黄灌区公布为国家水利风景区。

据鲁北平原区2015-2020年各市水资源公报统计，年引黄水量平均为32.31亿m3，最少的年份2017年引入28.16亿m3，最多的年份2019年引入水量41.16亿m3。

1.3 拦河闸工程

在六十年代末大量发展引黄灌溉的同时，沿干支流河道节节建闸蓄水调水，多数干流闸到1970年开始运用，仅徒骇河、马颊河、德惠新河三干流即建设拦河闸32座，一次蓄水量可达2.3亿m3，相当于鲁北区多年平均产水量的15%。现鲁北平原区建设闸坝290座，总设计蓄水量69235.46万m3，其中节制闸274座，设计蓄水量64640.46万m3；橡胶坝15座，总设计蓄水量4595万m3。拦河闸兼顾蓄水与排涝、挡潮、灌溉等作用，为附近工业、农业和居民提供水源，为农业增产增收提供了坚实保障。

1.4 其他工程

随着干支流拦河闸的建立，沿河建有不同形式的扬水站点，共有泵站1233座，装机流量1298.76m3/s，装机功率150980.65kw。塘坝124处，总蓄水量372.26万m3，灌溉面积4303亩。水库96座，总库容63702.3万m3。据鲁北平原区2015-2020年各市水资源公报统计，年蓄引提水量平均为6.20亿m3，最少的年份2019年取用水量4.75亿m3，最多的年份2018年取用水量7.86亿m3。

距离黄河较远的北部县区，主要以发展井灌为主。规模以上机电井200973眼，年许可取水量114424.41万m3；规模以下灌溉机电井64576眼，年许可取水量4974.37万m3，灌溉面积305940亩。据鲁北平原区2015-2020年各市水资源公报统计，年取用地下水量平均为9.38亿m3，最少的年份2020年取用地下水量14.58亿m3，最多的年份2015年取用地下水量16.88亿m3。

2 水利工程对水文规律的影响

2.1 除涝工程引起的峰量关系的变化和洪水过程的变化

从解放初期一直到1964年，河系排涝能力低，河道断面窄小，田间工程不配套，排水不畅。鲁北平原区的峰量关系综合经验公式为Q=0.0172RF0.75(二次相差法综合，不包括受洪水顶托的大水点据)。经干支流开挖治理，田间配套等工程措施，峰量关系综合经验公式为Q=0.0254RF0.75，比原来增大了近一倍，洪水历时比原来缩短了一半。

由于除涝工程对河道的扩大治理，缩短了汇流时间，减少了大水年的积涝蒸发等损失，次洪水以及汛期洪水总量有偏大趋势，如1972年7月6日在徒骇河流域，1977年8月5日在马颊河流域，1974年8月9日在德惠新河流域所出现的特大暴雨其洪水总量就有明显偏大。

除涝工程也经常调整改变水系的组合，扩大河网，改变了某些河段的自然流势。使得水文控制站的流域特征值如河长、流域面积等发生改变，难以考证清楚。致使水文规律的分析计算更加复杂。如1968年德惠新河的开挖，即缩小了徒骇河、马颊河的流域面积，又改变了原来两河系支流的流向，河系的组合改变水文规律的基础难以达到一致。

2.2 灌溉工程打破了河系界限，使主、客水串通

特别是引黄客水贯通于徒骇河、马颊河、德惠新河之间，并可以使引黄客水直接调到最北边的南运河。在用水量大的自流灌区，抬升了地下水位，使饱气带土层变薄，改变产流规律。在相同的暴雨量时，产流量明细曾多。但由于自流灌区的范围较小，大约不到鲁北区的10%，所以对整个鲁北区产流规律影响较小，影响较大的在徒骇河的原聊城四合头水文站至滨州堡集闸水文站之间的区间范围内。

河系水量的串通主要是引黄灌溉的客水，引黄客水的使用时间正好是雨水稀少发生干旱，无地面径流产生的时间。灌溉与除涝是水利管理工作的两个对立面。灌溉时无涝可除，除涝时无须灌溉。同时汛期除涝排洪时水系界限分明，各排各的涝水，涝水是不容易串通的。除非发生自然决口或引水口门来不及关闭，造成涝水与引黄客水不易分清，这种事情还时有发生。主客水不清的问题可以通过调查计算流域蓄水变量的方法予以解决。枯季的底线径流已全部受人工控制并且量比较小，又与较大的灌溉客水量混合，要想实测这个时期的少量径流十分困难。

2.3 拦河闸工程改变了中小水年洪水过程

降水量的季节性强，百分之七十到八十的降水量集中在汛期（6-9月），年径流量的百分之八十以上产生于同期。全流域发生暴雨洪水期间，拦河闸全部提出水面，洪水顺畅排泄，洪水过程接近天然径流过程。

在中、小水年所有洪水峰型均受人工控制，由于汇流过程历经干、支流多处调节闸影响，所以面目全非，在水利工程影响以后，能够提供一个比较完整而完全不受人类活动影响的洪水过程是没有的；只是影响程度大小不同，当然平原区的洪水过程即便是在五十年代至六十年代初，尽管当时人类活动影响小，但洪水过程也不像山丘区那样完整、规律性强；因平原区的洪水过程还受河槽调蓄、积涝滞洪、分洪决口等各种下垫面自然条件的影响。特别是闸坝蓄水抬高河槽水位，堵塞河槽两侧地下径流，使枯季径流过程改变了规律。但对于大水年的汛期由大暴雨形成的洪水影响相对较小，仅对起涨段和尾水段有影响。同时沿河扬水站点可以直接从河道拦河闸的蓄水量中提取水量，特别是汛后的提出水量中，都包括了当年的降雨径流量，其他时间如春季的提出水量则多数是客水水量。

2.4 井灌区多年提取地下水降低了地下水位

井灌区由于多年提取地下水降低了地下水位，增加包气带土层变厚，对产流的影响与引黄灌区相反，如德州六六河武城站流域为井灌区，1984年8月9日流域平均降水量223.2mm，径流深只有9.1mm，径流系数为0.041，不考虑前期影响雨量的情况下，净损失水量214.1mm。暴雨前，流域主要取用地下水，地下水埋深3-4m，流域边界外最大埋深在7.0m左右。尽管暴雨量大，强度急，但产流量却较小。

3 宏观建议

3.1 优化水文站网布局

鲁北平原区徒骇河、马颊河、德惠新河等大型河道上均布设国家基本水文站，并积累了30-50年以上的水文观测资料，为研究水文规律提供保障。区内平原河道相互贯通，流域面积在200km2以上的中小河流在2012-2018年期间借助中小河流水文监测系统新建了水位站或水文站；水文站网在工程规划设计、防汛抗旱、水利工程运行管理、交通等基础设施建设方面提供了数据支撑，但随着社会需求的增加，以防洪为主要服务对象的水文站网，但还不能满足新形势下节水型社会建设、水资源可持续利用、生态监测等要求以县域为单元服务的需要。建议在十四五期间对水文站网进行优化调整，以县域为单元调整布置、该增加的增加，该撤销的撤销,该调整位置的调整位置，同时对单站雨量、蒸发、水位、流量、泥沙等观测项目进行精细化安排，以便充分发挥水文站网的全能作用。

3.2 推进现代水网建设

为实现山东现代水网高质量发展，强化水资源节约利用，推进安全、绿色发展，统筹融合发展，完善体制机制建设，2022年1月山东省人民政府印发《山东现代水网建设规划》，鲁北平原区借助《山东现代水网建设规划》加强雨洪资源利用，提升水资源跨流域跨区域联合调配能力；对流域面积200km2以上河道河段未达到规划防洪除涝标准的进行系统治理，流域面积200km2以下河道进行系统治理，配合海委实施漳卫河（山东段）防洪综合治理工程；加强水土流失综合治理、地下水超采区综合治理；建设全省雨情、水情、工情感知体系，信息资源整合与共享，着力构建数字化、网络化、智能化融合发展的智慧水网。

3.3 加快水文现代化建设

现代化水网，需要现代化水文监测网络进行支撑和保障。《全国水文现代化建设规划》、《全国水文基础设施建设“十四五”规划》、《山东省“十四五”水利发展规划》，《山东省黄河流域生态保护和高质量发展水利专项规划》已印发实施。十四五期间，山东省水文中心计划对全省水文进行现代化建设，针对鲁北平原区河网特点，在雨量、水位、地下水位、墒情实现自动化监测的现状下，进行高标准提升，同时，降雪量、蒸发量进行自动监测；针对不同河道选用不同仪器设备全部实现在线流量监测，有条件的水文测站泥沙监测项目实现实时在线监测，建设全省水文业务系统，提升预报预警能力，为收集各项水文要素，研究水文规律提供数据支撑。

4 结语

鲁北平原区近几十年来，水利事业迅速发展[3]，河道治理、引黄灌溉、病险水闸除险加固等工程发挥作用的同时，对流域水文规律影响比较大。水利工程的建设对河流的治理和规划改变了人类生活，加强了城市建设，满足了人类对水资源的需求，同时也影响了自然的水文规律；水利工程影响下的水文规律的研究，有关专家与学者应对此问题展开深入的探究与分析，掌握发生发展规律，为水旱灾害防御及经济发展提供服务，同时保障水资源得到合理的开发与可持续利用，优化配置地表、地下、客水各类水源，实现工业与农业、水量与水质、供水与需水、排污与治污在内的水资源统一管理，促进人与自然和谐相处。