浅谈西干渠二所沿线洪水资源化

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  【摘 要】洪水资源化是我国新时期治水理念更新的产物,需要我们改变过去洪水“入海为安”的思想,需要统筹安排防洪减灾和调洪兴利,综合利用系统论,风险管理,科学调度等现状理论,管理方法,科技手段和工程措施,实施有效的洪水管理,适度承担风险,规范人类行为,给洪水以出路和蓄滞空间,在保障防洪的同时,留住洪水资源,造福人类。
  【关键词】洪水资源;可持续利用
  一、洪水资源利用的必要性
  宁夏地处西北干旱地区,降水稀少,水资源严重短缺是基本区情,当地人均占有水资源量仅为黄河流域的1/3,加上国务院“87”分水方案分配给宁夏的40亿立方米黄河可利用水资源量,人均水资源可利用量670立方米,也仅为全国平均值的1/3,全区资源型,工程型和水质型缺水并存。洪水的资源化利用便是摆在全体水利工作者一个新问题,若把洪水当做一种最具潜力的开源手段,采取完善的工程措施,提高监测预报能力,充分加以利用,使洪水的资源化利用不仅成为可能,而且必将成为现实。
  二、西干渠二所防洪工程及沿线雨情洪情基本情况
  (一)西干二所防洪工程概述
  西干渠是青铜峡建坝后的产物,也是青铜峡河西灌区自流灌溉最高的一条干渠,1959年冬修建,1960年春通水,由河西总干渠引水。沿贺兰山东麓洪积扇边缘北行,经青铜峡、永宁、银川、贺兰4县(市),止于平罗下庙乡暖泉村,尾水入第二农场渠,全长112.7km,设计灌溉面积70万亩,设计引水流量70 m3/s,实际引水能力63m3/s。
  西干渠二所防洪工程体系在西干渠全线发挥其纽带和总体平衡作用,必须加强干渠防洪工程建设,提高行洪能力和调蓄能力。为了保证干渠安全运行,原则上不考虑山洪入渠,采取以拦为主,拦泄结合的防洪方案,以减轻洪水对干渠的危害。近年来,贺兰山沿渠共发生较大山洪约40多次,干渠12次被冲断,东堤决口累计236处,其中2001年,二所三其沟洪水直接入渠10 m3/s;2015年,横沟爆发山洪29 m3/s,洪水冲毁北五沟滞洪区泄洪闸,洪水直接入渠5 m3/s。
  (二)西干渠二所沿线分布的防洪工程有:
  渠西(一次)拦洪库、渠东 (二次)拦洪库、退水闸、节制闸调控工程等。由南向北的依次是:二旗沟拦洪库、三旗沟拦洪库、横沟拦洪库;新桥拦洪库;新桥退水闸;宁化节制闸。
  (三)西干渠二所沿线雨情洪情
  1.暴雨洪水特性
  西干渠沿线位于贺兰山银西段,具有干旱、半干旱区暴雨洪水的一般特性:
  ① 年际变化:各年发生暴雨次数不等,最多一年4次(1977年),最少0次(1957年、1960年、1963年、1965年、1972年),多年平均≥50mm暴雨每年发生1次,≥100暴雨每年0.4次。
  ② 季节特点:暴雨一般集中在每年的6~9月,但主要集中在7、8两月,H24≥50mm暴雨7、8两月发生次数占全年的80.5%,H24≥100mm暴雨7、8两月发生次数占全年的82.3%。
  ③ 暴雨分布:暴雨中心分布情况,贺兰山各山洪沟道出山口处(海拔1300~1500m),占60%,距山脊线不远,高程在2000m以上可占40%。
  ④ 次暴雨时空特征:
  a:暴雨历时不长,大强度暴雨持续时间短。
  1975年8月5日贺兰山降水量212.5mm,历时9h,其中7h降211.5mm。
  1998年5月20日苏峪口降水量168.7mm,历时7h,其中4h降雨161.8mm。
  b: 笼罩面积不大,点面折减快。
  贺兰山银西段大面积暴雨少,据实测资料分析,大于等于50mm的暴雨笼罩面积为0.07~0.7万km2,大于等于100mm的暴雨笼罩面积最大为0.14万km2。
  (2) 洪水特性
  ① 产流
  洪水特性与暴雨特性相应,即年际变化大,有明显的季节性、地区性。产流方式以超渗产流为主。由于地处干旱区,土壤经常处于干旱状态,一次降水使流域达到饱和的机率极少,当雨强超过损失率,超过部分即可变为地面径流汇成洪水。大水沟以北沟道为石山区,土层浅薄,岩石裸露70%左右,植被差,流域最大持水量85mm,7、8月暴雨多时土中水分可饱和,土壤湿度增大后入渗明显减少,地面径流增加,设计洪量大于黄土丘陵区。大水沟以南的沟道,属中高土石山,有部分次生林,年平均雨量仅有250~400mm,降水除去径流,不够树林蒸騰,林地含水量反比旷地小,降雨入渗损失率大,产流型式同黄土丘陵区。
  ② 汇流
  贺兰山区汇流近似黄土丘陵区,但较黄土丘陵区略快,面积、雨量相同时,产生的洪峰流量为全区之冠。本区基流少,设计洪水可不考虑。
  ③ 洪峰
  一般洪峰为单峰,复式峰较少。与产流面积小、暴雨集中、历时短有关,峰型较尖瘦,涨张陡落,一般从开始起涨到峰落约6小时左右。流域面积较大的沟道洪水历时可达10小时左右。洪峰流量随流域面积增大而缓慢增加,反映出干旱地区暴雨洪水不均匀的特性。
  三、西干渠二所洪水资源化的分析
  目前洪水资源化的方法主要是坚持点(拦洪库或滞洪区)、线(渠道)、面(田间)兼顾,采取工程措施和管理措施并重,蓄、泄、滞、引有机结合,要求汛期要做到防洪调度和水量调度兼顾,充分利用现代先进技术、预报手段和雨洪监测,在保证防洪安全的前提下,充分利用新桥拦洪库,三其沟拦洪库,存蓄尽可能多的洪水量,达到防洪减灾和增加干渠水资源,在用水高峰期是开启泄洪闸利用洪水,消减供用水矛盾,建设和谐稳定的用水环境,改善生态环境的目的。
  四、对洪水资源化利用的建议
  在河道中,径流在时间上和地区上变化很大,往往因不能满足国名经济各用水部门在时间上和数量上对用水的要求而产生矛盾,当河流中的水量不能满足农田灌溉用水的需要,我们必须修建一些专门的水利工程,解决供和需的矛盾,达到兴利除害。西干渠具有防汛和灌溉双重作用的渠道,如何有效的利用洪水将变得非常重要,如果能把洪水通过滞洪区蓄积起来,用于农田灌溉,这样不仅缓解了供需矛盾,还为我们取得了经济效益。洪水的暴发时间大多在每年7-9月份,恰好是农作物灌溉用水高峰期,坚持生态优先,科学配置的原则,通过发挥渠西一次滞洪区的拦蓄作用,最大限度地将洪水蓄存起来,延长洪水在陆地的时间,用于缓解灌溉高峰期的灌溉压力。对于直接入渠的洪水,如果未能全部利用,可以让干渠中的洪水,通过节制闸的调蓄作用,让洪水进入镇北堡拦洪库,保证下游的农田适时灌溉。这样:不仅缓解灌溉矛盾紧张的局面,而且有效的利用了洪水,达到兴利除害的目的。水库中蓄存起来的洪水不仅能用于灌溉和发电,而且还能够带动一方经济产业链。通过工艺处理1)将水用于工厂生产用水;(2)用于人工饮用;(3)发展旅游业;(4)发展水产养殖;(5)改良盐碱化土壤;(6)湿地利用;(7)地下水补灌。建立完善蓄滞洪区进退洪设施,通过调整产业机构,加快城市防洪工程与市区河湖等排水系统整治,可以提高城市防洪,雨洪调蓄和防内涝的能力,增建渠系间横向串联工程,实现渠系间洪水的联合调度,做到渠湖相通,调洪蓄水自如,共同组成防洪与兴利有机结合的工程体系,提高干渠流域的整体防洪和蓄水能力。   五、洪水资源的水文预报
  防洪工程有一定标准,而超过标准洪水发生,无限制地提高防洪标准,不仅在经济上不合算,而且会在生态环境方面带来负面影响,因此,在流域防洪工程体系初步完善以后,强化防洪非工程措施就成为防洪体系建设的重点,非工程体系建立应包括蓄滞洪区运用与洪水风险管理系统,暴雨洪水自动测报与预报系统,防汛通讯网络与预警系统,防汛决策支持系统,防汛抢险组织,抢险队伍与物资管理系统,防洪保险与灾后救助系统,防洪政策与法律法规系统等等。在工程措施达到一定标准以后,要靠非工程措施提高防御洪水能力,由工程措施专项非工程措施,因此加快防汛抗旱信息化建设尤为重要,利用实测的水文气象资料,探索水文现象的演变规律,编制预报方案,预测未来的水文要素。在防洪斗争中,水文预报能事先提供洪水的发生和发展变化的信息,特别是在特大洪水到来之前,若能根据预报准确地掌握暴雨和洪水的动向,就可以事前做好防汛抢险的准备,必要时有计划地采取蓄洪、分洪措施,使洪水灾害减到最低程度。
  六、工程管理
  在水利工程的管理运用中,根据水文预报,合理安排调度运用方式,较好地处理防洪和兴利的矛盾,可以大大提高工程的综合效益。同时做到认真巡护,落实好巡护制度,在汛期来临之前,全面贯彻落实好防汛预案,认真筹备防汛物资,防汛车辆和与协防单位的沟通。每逢刮风下雨,都要到派专人到延山公路边察看有无山洪,强化值班制度,一旦有山洪暴发,必须逐级汇报降雨起止时间、雨量大小、洪水发生时间、洪水流量、发生洪水的沟道名称等。
  (一)修建水库
  天然河道,径流在时间上和地区上变化很大,往往因不能满足国民经济各用水部门在时间上和数量上等于水的要求而产生矛盾,必须修建一些专门的水利工程,如蓄水、拦水等措施,来解决供需矛盾。其中水库是最常见的蓄水工程之一。在河流上筑坝形成了水库,一般坝筑得越高,水库容积就越大,起到调蓄作用,合理的利用水库,让其正常工作,就必须对其水位做一要求。
  1.死水位:在正常运行情况下,允许水库消落的最低水位。
  2.正常蓄水位:水库在正常运行的情况下,为满足兴利部门枯水期的正常用水,在供水起开始时应蓄到的水位。在正常蓄水位与死水位之间的库容,是水库实际可用于调节径流的库容。
  3.防洪限制水位:水庫在汛期洪水未到前允许蓄水的上限水位。
  6—1 永久性水工建筑物正常运用的洪水标准
  由流量资料推求设计洪峰流量及设计洪量,用水利统计方法,涉及水库的防洪标准,此种方法也可用于渠道中去,渠堤加固设计标准也必须对其进行设计特大洪水重现期,以便于对渠道防洪工程预算的优化。
  七、防洪工程经济评价
  防洪工程的效益,与灌溉或发电工程的效益不同,它不是直接创造财富,而是把因修建防洪工程而减少的洪灾损失作为效益。因此,防洪工程效益只有当遇到原来不能防御的洪水时才能体现出来。防洪工程从防御常遇洪水提高到防御稀遇洪水所需工程规模和投资几年运行费等,均要相应大幅度地增加,虽然遇上稀遇洪水时一次防洪效益很大,但因其出现机会稀少,因此,若按多年平均值计算,比起防御常遇洪水所增加的效益可能并不很大。工程修建后,若很快遇上一次稀遇大洪水,其防洪效益可能比工程本身的投资大若干倍,若在很长时间内,甚至在工程有效使用期内遇不到这种稀遇洪水,则长期得不到较大的防洪效益。
  八、结论
  随着人类控制洪水能力的提高,对水资源需求量的增加和对生态环境问题的关注,较大规模安全合理地利用洪水不仅可能,而且急需,从控制洪水向管理洪水转变,将洪水资源化作为洪水管理的一项重要内容纳入到防汛抗旱工作之中。
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