第1章　緒論

1.1　研究目的和意義

我國水資源供需矛盾突出,水資源危機已影響到社會經濟的和諧發展。由于我國特殊的氣候條件,大部分地區降水非常集中,尤其是北方,平時河流基本沒水,一年的徑流基本上集中在一兩次洪水中。因此,常常造成水庫平時沒水可蓄,汛期又不敢蓄的被動局面。洪水是指水庫汛限水位以上的來水,也有人說洪水是指河道內警戒水位以上的來水,也有人說汛期的來水就是洪水,《中國水利大百科全書》定義洪水是河流中在較短時間內發生的水位明顯上升的大流量水流?！吨袊禐暮Α范x洪水是暴雨或急劇融冰、融雪等自然因素和水庫垮壩等人為因素引起的江河湖水量迅速增加或水位急劇上漲的自然現象。對于水庫垮壩等水利設施失事造成下游河道水位明顯上升、流量明顯增大,與自然發生的洪水相比,水體總量沒有增加,而且更具有突發性、不可預見性,更多地表現為災害的性質,不是洪水資源化研究的范疇。其次,洪水是不是水資源,一般意義上的水資源是指流域或水循環中能夠為生態環境和人類社會所利用的淡水,其補給來源主要為大氣降水,存在形式為地表水、地下水和土壤水,可通過水循環逐年得到更新。聯合國教科文組織和世界氣象組織關于水資源的定義:水資源是可供利用或有可能被利用,具有足夠數量和可用質量,并可適合某地對水的需求而能長期供應的水源。多年來,在我國很多地方形成了傳統的看法,即平水年尤其是枯水年,干旱缺水,滴水貴如油,水是寶貴資源,要充分加以利用;而水多尤其是大洪水年份,沒有把洪水當做資源,認為是水害,要盡快排走、入海為安,而缺乏對洪水的有效利用。從年內角度看,我國大部分地區降水主要集中在汛期,其降水量占全年降水量的60%以上。而汛期正是洪水頻繁發生的時期,大部分地表徑流是伴隨著洪水而來的,洪水也是水資源的重要組成部分。洪水是水資源,具有水資源的一般屬性,但是洪水作為水資源不具有長期可利用的特性,供水保證率低,又不是一般意義的水資源,具有水害、水利的雙重屬性,而且開發利用洪水資源的難度、風險比常規水資源要大,甚至造成災害,具有超越一般意義水資源的特殊性。對洪水資源化或洪水資源利用有兩種不同的看法:一種觀點認為,現在搞水利工程建設就是開發利用水資源,包括對洪水的調控、水能資源的開發,不存在洪水資源化的說法,或者說幾十年前就已經在利用洪水資源;另一種觀點認為,今天提出洪水資源化是因為過去考慮防洪安全多,考慮利用洪水興利少。洪水資源化是經濟社會發展的客觀需要,是治水理念更新的產物,是新時期治水理論指導下的實踐,是與時俱進、開拓創新的結果,是針對傳統水利、傳統做法而提出的,是興利與除害結合、防洪與抗旱并舉在新時期的一個具體體現。今天力圖實現洪水資源化不是偶然的,是經濟社會可持續發展對水的需求全面提升的結果,并且不僅是量的增加,更是供水的保證率、均衡性以及符合要求的水質的提高。總之,洪水資源化是經濟社會發展所需要的,也是有潛力、可實現的,而且在水利為全面建設小康社會提供支撐中,具有一定的方向性,從這個角度看,洪水資源化比洪水資源利用更確切。要通過洪水資源化,把理論意義上的資源更多地變為實際可利用的資源,如何在保證防洪安全的條件下,實現洪水資源化,是解決我國水資源危機的有效途徑之一。

洪水資源化一般包括:①充分利用汛期洪水,進行流域水量的配置;②利用汛期發生洪水的時機從干流引水;③跨流域配置洪水資源;④加強管理調度,調蓄洪水,豐水枯用;⑤有計劃、主動運用蓄滯洪區分洪,主觀上是為減輕干流上洪水的壓力,利于保障全局防洪安全,客觀上起到了蓄滯、利用洪水的作用。通過近些年的實踐研究,在洪水資源化方面取得了一些經驗,轉變了治水用水觀念,施行可持續發展策略,社會各界對有河皆干、有水皆污、湖泊消失、濕地萎縮、草場退化、沙塵暴肆虐等生態環境惡化極為關注,一樁樁事件也告訴人們,傳統的竭澤而漁的做法弊端顯現,羅布泊的消失、額濟納旗胡楊林的萎縮已不單單是湖泊和森林本身的問題,而是國家整個生態系統鏈的破壞。它啟示人們要在維系生態系統的框架下進行江河治理和開發建設,既要治理江河,又要規范經濟社會發展活動,黑河、塔里木河的治理和水量統一調度就是歷史的啟示和認識升華的結果,以水資源可持續利用支撐經濟社會可持續發展的觀念日益深入人心,這是洪水資源化的思想基礎。另外,近些年黨中央、國務院高度重視水利工作,每年在水利方面投入大量財力、物力。例如在黑河、塔里木河治理規劃和近期分水問題上,國務院就召開常務會議專門研究,有關部門大力支持,塔里木河治理投資107億元,黑河治理投入23億元,充分展示了國家對水資源管理方面的重視。同時,也有需要注意的問題,例如像對洪水資源化尚未形成統一認識,缺乏長遠統籌規劃,工程設施不能適應洪水資源化的需要,行政手段多,經濟手段少等。針對這些問題,開展洪水資源化要堅持實事求是、尊重科學的原則,不刻意追求或超越實際可能而開展洪水資源化工作,要堅持確保工程安全、防洪安全、適度承擔風險的原則,不能忽視安全而一味地追求興利,要堅持整體利益最大化原則,講求投入與產出、效益與損失的合理分析,趨利避害,不以犧牲生態環境為代價,也不能造成生態環境問題的轉移,要堅持利益均衡的原則,建立風險共擔、利益共享、損失補償的機制,要從我國實際出發,最大限度地減少入海水量和出境水量,增加水資源的有效供給,更好地保證城鄉人民生活用水安全,滿足經濟用水,多考慮生態用水,以恢復、改善生態環境,為全面建設小康社會提供強有力的防洪抗旱安全保障。常規洪水資源化就是在充分開發、利用、配置小洪水的基礎上,重點研究中等洪水、較大洪水的資源化,充分、合理調蓄、配置洪水資源,利用洪水排污、回補地下水、增加洼淀濕地,恢復、改善生態環境,發生大洪水、特大洪水的地區必須確保防洪安全,洪水過境地區可考慮引用洪水資源。無論南方還是北方都有洪澇、旱災發生,只是發生概率、嚴重程度不同,目前,洪水資源化的重點應在北方地區尤其是水資源緊缺、開發利用程度高的流域,在流域內應重點考慮上中下游洪水資源的合理配置,在流域間考慮洪水資源的調配,在有條件的水庫通過現代化的水文氣象預報、動態汛限水位的研究、科學管理調度等手段,重復利用防洪庫容,多調蓄洪水,利用湖泊、有條件的蓄滯洪區、地下水回補工程調蓄洪水、回補地下水。

汛期限制水位又稱汛限水位,即水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位,也是水庫在汛期防洪運用時的起調水位,該水位在協調防洪和興利關系中起著極其關鍵的作用,對工程防洪效益、發電灌溉等興利效益、庫內引水位高程、通航水深、泥沙淤積,以及水庫淹沒指標等均有直接影響。汛期限制水位的確定一般是統籌考慮保證灌溉蓄水、保證下游安全、保證大壩本身安全三種要求,通過計算比較后選定,其中后兩條要求的依據則是設計洪水,因此設計洪水對汛期控制運用方式影響很大。目前,在計算設計洪水時,不考慮洪水(暴雨)是由哪種天氣系統形成的,在控制運用中則不考慮各種天氣系統形成的暴雨(洪水),在特征上的差異及預報的預見期和準確性上的差異,這使得在水庫防洪上表現較保守,汛限水位偏低,對水庫蓄水興利造成不利影響,水庫汛限水位是協調防洪與興利的重要指標。影響汛限水位的確定有很多因素,如水庫所在的流域氣象水文特性、水庫的調蓄能力、泄流能力、管理水平、水庫工程質量、下游防護對象的重要性、洪水預報水平等。以往的汛限水位確定過程中只考慮防洪安全而忽視了興利效益方面,其方法簡單操作容易。而分期汛限水位計算方法則根據洪水發生的統計規律,用傳統的水庫汛限水位確定方法依據分期洪水來確定汛期不同時段的汛限水位,但不考慮利用洪水預報的信息,在形式上這種計算方法更加符合汛期洪水發生的實際自然規律,近年來該方法取得了很大的發展。而后來,隨著水文氣象預報信息技術和基礎理論的發展以及現代監測系統工程的逐步建設,完善了軟硬件條件,使得洪水預報及降雨預報的精度不斷提高,從成因分析與統計學的條件概率事件出發,綜合一切實時調度階段的可利用信息(如實時的水、雨、工情,水文氣象預報的水、雨情及衛星云圖與測雨雷達等),為汛限水位動態控制的研究提供了可能。將動態控制理論與技術應用于汛限水位的研究,已逐步成為目前研究的焦點。

目前的研究對象大多是單一水庫,至多兩串聯水庫;一般只考慮短期降雨預報信息,且主要集中于24h降雨預報信息。本書結合水利部公益性項目—灤河流域水資源高效利用關鍵技術研究,主要研究灤河下游水庫群潘家口水庫、大黑汀水庫、桃林口水庫、于橋水庫、邱莊水庫、陡河水庫等水庫群在有入庫洪水預報且水庫群實施聯合調度的條件下,水庫汛限水位實時控制的理論、方法與應用等相關問題。