流域洪水资源利用的理论框架探讨Ⅰ:定量解析

自21世纪初以来,中国北方地区干旱缺水的严峻形势,催生了旨在挖掘洪水利用潜力、缓解水资源短缺矛盾的"洪水资源利用"的概念出现,并迅速成为防洪和水资源高效利用领域的研究热点。论文在梳理总结多年研究积累的基础上,从洪水资源利用概念形成与流域水量平衡方程出发,建立了流域洪水资源利用的定义和概念性模型,指出洪水资源利用的本质是风险与效益的博弈;采用极限分析理论,推理辨析与洪水资源利用潜力评价密切相关的若干概念及其定量关系;论述常见洪水资源利用方式基本原理和技术关键,进而建立涵盖洪水资源利用潜力评价、利用方式选择和风险效益评估于一体的流域洪水资源利用模式。     

“海河流域雨洪资源利用研究”成果通过水利部验收

该项目采用城市点和流域面相结合的途径。研究海河流域雨洪资源利用问题。构建了集城市雨水利用和流域洪水资源利用的基本概念、资源评价、利用模式和风险效益评估以及示范区建设于一体的理论框架和技术方法。评价了北京市雨水资源可利用潜力以及海河流域洪水资源利用现状、可利用量和利用潜力,提出了城市雨水资源利用的适宜模式,基于防洪风险与效益的综合评价,提出了不同洪水条件下的海河流域和典型水利工程（包括水库、河渠、蓄滞洪区）的洪水资源利用调度方案。成果为海河流域雨洪资源利用提供了科学依据和技术支撑,具有重要的实践意义和良好的推广应用前景。     

流域雨洪资源利用评价及利用模式研究

从城市和流域点面结合的途径,系统研究了流域雨洪资源利用的若干关键技术问题,重点对雨水、洪水资源利用评价和利用模式进行了研究。在城市雨水资源利用方面,以北京市城区为研究对象,结合不同时期下垫面变化．分析了城市化进程的水文效应及其降雨径流水质特征,定量评价了北京规划市区雨水资源可利用量。在流域洪水资源利用研究方面．以海河流域为研究对象,辨析了流域洪水资源利用量、可利用量、利用潜力等指标的概念和内涵．建立了相应计算模型,定量评价了全流域及二级区的洪水资源利用现状和利用潜力,同时提出了流域层面的洪水资源利用模式。     

流域洪水资源利用的现状与潜力评估方法

评价洪水资源利用现状和潜力,是开展流域洪水资源利用,进而缓解水资源短缺矛盾的首要工作。本文认为流域洪水资源可利用量是洪水调控利用能力的函数,对应任何洪水调控利用能力的洪水资源均可划分为可利用量和不可利用量两部分;采用极限分析理论,推理分析流域洪水资源现状利用潜力、理论利用潜力和流域洪水资源现状可利用量、理论可利用量之间的数量关系,完善和统一了流域洪水资源利用的概念体系和评价方法。作为实例,评价了南四湖流域洪水资源利用现状和利用潜力,得出现状和理论可利用量分别为16.29~18.08亿m3、20.50~21.55亿m3,现状和理论利用潜力分别为2.66~3.86亿m3和6.78~7.33亿m3,指出现状洪水资源利用的阈值空间和未来挖掘方向,对流域洪水资源利用实践具有重要的参考价值。     

流域洪水资源利用的理论框架探讨Ⅱ:应用实例

为验证本文上篇所建流域洪水资源利用模式的合理性与普适性,在南四湖流域开展实例分析。首先评价洪水资源利用现状与潜力,1974—2008年多年平均实际可利用量、现状利用潜力和理论利用潜力分别为14.67亿、2.88亿和7.33亿m~3,实际利用率为64.9%。然后针对防洪系统的组成要素,讨论二级坝汛限水位分期运用、湖西河系沟通调控等洪水资源利用方式的选择过程及其相应的实现途径。二级坝后汛期(8月21日—9月30日)汛限水位可从34.20 m抬高至34.35 m,增加兴利库容0.894亿m~3,湖泊高水位增幅0.020~0.026 m;提出的湖西河系沟通调控方案,可在几乎不增加防洪风险的前提下(1998年8月洪水),增加蓄水量1.358亿m~3。结果表明,集潜力评价、利用方式选择和风险效益综合评估于一体的流域洪水资源利用模式是合理、可行的。     

典型蓄滞洪区洪水资源利用潜力评估方法研究

在剖析洪水资源利用潜力概念和总结国内外蓄滞洪区洪水资源利用方式的基础上,考虑蓄滞洪区不同重现期启用工况下的淹没洪水和区内降雨产汇流形成洪水两方面因素,研究提出了在保障流域防洪安全前提下的蓄滞洪区洪水资源利用潜力评估方法。以海河流域永年洼蓄滞洪区为典型案例,利用洪水风险分析、情景分析和水文序列统计等方法,定量评估了其年均期望的可利用洪水资源量。研究方法和成果对于我国其他蓄滞洪区的洪水资源利用潜力评估具有参考意义。     

黄河流域洪水资源利用水平初步分析

依据1956~2000年黄河流域地表水资源评价结果和入海水量资料,对黄河流域洪水资源利用水平进行初步分析,指出基于全年地表水资源量与出境量的洪水资源利用水平较稳定地维持在400亿m3左右;探讨了黄河流域历年来水利工程空间布局及运行方式变化与洪水资源利用过程的关系,并采用洪水资源利用程度的概念来显示不同流域之间洪水资源利用水平的相对差异,结果表明,黄河流域洪水资源利用程度在20世纪90年代呈上升趋势,至2000年已接近90%;指出黄河上游低含沙洪水资源的利用对中游高含沙洪水资源利用具有影响。     

基于组合权重云模型的调水工程洪水资源利用风险评价

洪水资源利用在产生效益的同时,也会带来风险,有必要加强洪水利用风险评价研究,最大限度降低洪水资源利用的负面影响。对调水工程洪水资源利用风险因素进行识别,构建风险评价指标体系,从蓄水工程、输水工程、提水工程三个方面展开评价。采用层次分析法计算主观权重,熵权法和投影寻踪法计算客观权重,引入云模型计算风险指标的隶属度,最后得到洪水资源利用的风险等级。以南水北调东线工程江苏段为实例,对丰、平、枯三种典型年的洪水资源利用风险进行了评价,验证了评价方法的有效性与适用性。     

海河流域洪水资源利用潜力研究

洪水具有水害和水利双重特性,在不同的历史阶段洪水资源利用的表现形式是不完全相同的。从广义和狭义两方面指出了洪水资源利用的内涵。根据海河流域所具有的河系分散、降水区域分布不均匀、洪水相对集中等特点,通过水库、蓄滞洪区、河系连通等工程措施和洪水调度中与水量调度、污染物调度、沙量调度相结合的非工程措施以及洪水资源利用量等方面综合分析,得出了流域洪水资源利用的潜力。指出开展海河流域洪水资源利用的必要性、可行性,并从流域管理角度提出了保障洪水资源利用的具体措施。     

海河流域洪水资源安全利用关键技术及应用——获2009年度国家科学技术进步奖二等奖

"海河流域洪水资源安全利用关键技术研究"是"十五"国家科技攻关计划重大项目"水安全保障技术研究"的重要课题之一,是第一个开展流域洪水资源利用研究的国家级课题.项目历时5年,设置了"流域洪水资源潜力评价与利用策略"、"水库调控洪水资源关键技术"、"河渠互济调蓄洪水资源关键技术"、"蓄滞洪区洪水资源综合利用"和"流域洪水资源实时调度系统集成"等5个专题,综合运用水文学、气象学、水文统计学、系统分析和风险分析等理论与方法,对洪水资源利用潜力评价技术,以及利用水库、河渠涵闸和蓄滞洪区调控洪水关键技术进行了系统研究,构建了集资源评价、工程调控和风险管理于一体的流域洪水资源安全利用技术体系.     

太湖流域洪水识别与洪水资源利用约束分析

随着人口增长和经济的迅速发展,太湖流域出现了洪涝灾害、水资源短缺与水环境恶化三者并存的局面,水资源问题已成为制约区域经济社会可持续发展的主要因素。依托防洪工程体系和河湖水系,完善洪水调控方式,促进洪水与水量、水质调度相结合,对于强化太湖流域水资源综合管理具有重要意义。在分析太湖流域洪水特性的基础上,结合降水和水位等要素,划分了太湖流域“洪水期”,从水量平衡角度识别和解析了太湖流域洪水过程,阐明了太湖流域洪水资源利用的实质,提出了流域洪水资源利用的防洪安全、供水安全及水环境安全约束条件,初步总结了太湖流域洪水资源利用识别体系,为开展太湖流域洪水资源利用评价和改善流域洪水调控模式奠定了基础。     

对雨洪资源利用的再认识

雨水和洪水是宝贵的自然资源,雨洪资源利用是具有悠久历史的重要水资源开发利用方式。近年来雨洪资源利用的实用性技术获得了蓬勃发展,但对其基本概念尚存在明显的认识误区,相关概念和术语的不规范使用给研究和实践带来了混乱。鉴于此,从有关历史和现实情况出发,根据水文学基本理论,对雨洪资源利用进行了再认识,明确了雨水、洪水的自然资源和水资源属性,阐明了雨水资源利用和洪水资源利用的基本内涵和定义,辨析了雨水资源利用和洪水资源利用之间的关系,并澄清了“雨水资源化”“洪水资源化”等术语的规范性。对雨洪资源的思考和认识有助于夯实雨洪资源安全高效利用的理论基础,为科学开展雨洪资源利用评价、规划和技术创新及应用创造了条件。     

海河蓄滞洪区洪水资源利用的水污染风险分析

海河蓄滞洪区的洪水资源利用是提高流域水资源利用效率，缓解水资源供需矛盾的措施之一。但由于海河流域水污染严重，洪水资源利用时存在水污染风险，须在利用过程中谨慎考虑。本文分析了海河大黄浦洼蓄滞洪区洪水资源利用的水源水质问题，应用建立的蓄滞洪区水质预报模型，计算分析了各种分洪条件下的水质情景。阐述了洪水资源利用时水污染问题的不确定性以及相应的水污染风险，并结合大黄浦洼的实际水环境条件，提出了减缓水污染风险的措施建议。     

近52年和林格尔气温和降水量变化

针对高强度水资源开发利用条件下流域水循环研究存在的问题,从认知、试验、理论、方法四个层次探讨了适应水资源开发利用条件的流域水循环的研究方法,构建了一个以水资源配置模型与水循环模型耦合为核心,以流域供需水分析和流域生态、环境、经济综合评价为响应的多目标调控模型。利用该模型,对黄河流域水资源进行了合理配置计算。结果表明,现状条件下黄河流域缺水严重;而在未来情境下缺水将更加严重,大力节水能够较大程度缓解缺水状况。     

洪水资源化途径浅析

基于洪水和干旱并存,水资源短缺的情况,洪水的资源化已经成为一项重要的事业。在现代治水理念从过去单一控制洪水向全面管理洪水转变的基础上,提出洪水资源化。分析了洪水资源化的实现途径,兴建、完善基础工程,跨流域调水,利用湿地蓄存洪水,靠洪水补充地下水资源等等,同时分析了各途径的特点。     

浅谈海河流域洪水资源利用

海河流域属于资源性缺水地区,水资源的开发利用已超出其承载能力,并导致河道断流、天然湿地萎缩、地下水超采等一系列生态环境问题。结合流域特殊的河系特点和洪水时空分布规律,通过对“96·8”典型洪水利用潜力分析,研究流域洪水资源利用的可能性,为流域充分利用洪水资源、缓解流域水资源短缺提供借鉴与启示。     

再论水库汛期水位动态控制的必要性和可行性

汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,在防洪中具有法定地位,是协调水库防洪与兴利的关键参数,直接影响水库效益发挥。近年水利和应急管理部门落实强监管措施的过程中,出现了强制要求水库汛期不超汛限水位的情况,导致相当多的水库汛期过度弃水、汛后无水可蓄。我国许多省份发生干旱时出现无水可供的困局,2022年长江流域历史性特大干旱情况尤甚。本文通过回顾汛限水位动态控制试点工作,论述汛限水位设置依据和实际监管中存在的问题,阐述开展汛期水位动态控制的必要性和可行性;归纳总结梯级水库运行期设计洪水、分期汛限水位和汛期水位动态控制的理论及方法;提出需要继续深入研究的科学问题和关键技术;最后建议加强水利工程基础措施建设,修改完善现有的法律法规和设计洪水计算等规范,建立符合新阶段水利高质量发展的运行机制,统筹协调防汛抗旱和洪水资源高效利用,实现水库汛期水位动态控制。     

英那河水库防洪预报调度方案制定与分析

英那河水库不仅承担着水库上下游的防洪任务,同时作为大连市重要的水源地,其水资源利用效率对于大连市的社会经济发展极其重要,因此水库防洪调度方案的研究具有重要意义。针对英那河水库改扩建后没有适用于目前水库汛期防洪调度的方案问题,通过分析水库产流预报和退水预报的可利用性,并在此基础上,以累积净雨、入库流量和水库水位作为改变水库出库流量的判别指标,研究制定了考虑预报信息的英那河水库防洪调度方案。结果表明:考虑预报信息的英那河水库预报调度方案不仅满足水库调度原则,合理可行,而且便于操作。方案利用退水余量作为水库预泄后回蓄水量,在保证水库兴利效益,提高洪水资源利用效率的同时,还提高了水库的防洪能力。