第1章　绪论

1.1　研究目的和意义

我国水资源供需矛盾突出,水资源危机已影响到社会经济的和谐发展。由于我国特殊的气候条件,大部分地区降水非常集中,尤其是北方,平时河流基本没水,一年的径流基本上集中在一两次洪水中。因此,常常造成水库平时没水可蓄,汛期又不敢蓄的被动局面。洪水是指水库汛限水位以上的来水,也有人说洪水是指河道内警戒水位以上的来水,也有人说汛期的来水就是洪水,《中国水利大百科全书》定义洪水是河流中在较短时间内发生的水位明显上升的大流量水流。《中国水旱灾害》定义洪水是暴雨或急剧融冰、融雪等自然因素和水库垮坝等人为因素引起的江河湖水量迅速增加或水位急剧上涨的自然现象。对于水库垮坝等水利设施失事造成下游河道水位明显上升、流量明显增大,与自然发生的洪水相比,水体总量没有增加,而且更具有突发性、不可预见性,更多地表现为灾害的性质,不是洪水资源化研究的范畴。其次,洪水是不是水资源,一般意义上的水资源是指流域或水循环中能够为生态环境和人类社会所利用的淡水,其补给来源主要为大气降水,存在形式为地表水、地下水和土壤水,可通过水循环逐年得到更新。联合国教科文组织和世界气象组织关于水资源的定义:水资源是可供利用或有可能被利用,具有足够数量和可用质量,并可适合某地对水的需求而能长期供应的水源。多年来,在我国很多地方形成了传统的看法,即平水年尤其是枯水年,干旱缺水,滴水贵如油,水是宝贵资源,要充分加以利用;而水多尤其是大洪水年份,没有把洪水当做资源,认为是水害,要尽快排走、入海为安,而缺乏对洪水的有效利用。从年内角度看,我国大部分地区降水主要集中在汛期,其降水量占全年降水量的60%以上。而汛期正是洪水频繁发生的时期,大部分地表径流是伴随着洪水而来的,洪水也是水资源的重要组成部分。洪水是水资源,具有水资源的一般属性,但是洪水作为水资源不具有长期可利用的特性,供水保证率低,又不是一般意义的水资源,具有水害、水利的双重属性,而且开发利用洪水资源的难度、风险比常规水资源要大,甚至造成灾害,具有超越一般意义水资源的特殊性。对洪水资源化或洪水资源利用有两种不同的看法:一种观点认为,现在搞水利工程建设就是开发利用水资源,包括对洪水的调控、水能资源的开发,不存在洪水资源化的说法,或者说几十年前就已经在利用洪水资源;另一种观点认为,今天提出洪水资源化是因为过去考虑防洪安全多,考虑利用洪水兴利少。洪水资源化是经济社会发展的客观需要,是治水理念更新的产物,是新时期治水理论指导下的实践,是与时俱进、开拓创新的结果,是针对传统水利、传统做法而提出的,是兴利与除害结合、防洪与抗旱并举在新时期的一个具体体现。今天力图实现洪水资源化不是偶然的,是经济社会可持续发展对水的需求全面提升的结果,并且不仅是量的增加,更是供水的保证率、均衡性以及符合要求的水质的提高。总之,洪水资源化是经济社会发展所需要的,也是有潜力、可实现的,而且在水利为全面建设小康社会提供支撑中,具有一定的方向性,从这个角度看,洪水资源化比洪水资源利用更确切。要通过洪水资源化,把理论意义上的资源更多地变为实际可利用的资源,如何在保证防洪安全的条件下,实现洪水资源化,是解决我国水资源危机的有效途径之一。

洪水资源化一般包括:①充分利用汛期洪水,进行流域水量的配置;②利用汛期发生洪水的时机从干流引水;③跨流域配置洪水资源;④加强管理调度,调蓄洪水,丰水枯用;⑤有计划、主动运用蓄滞洪区分洪,主观上是为减轻干流上洪水的压力,利于保障全局防洪安全,客观上起到了蓄滞、利用洪水的作用。通过近些年的实践研究,在洪水资源化方面取得了一些经验,转变了治水用水观念,施行可持续发展策略,社会各界对有河皆干、有水皆污、湖泊消失、湿地萎缩、草场退化、沙尘暴肆虐等生态环境恶化极为关注,一桩桩事件也告诉人们,传统的竭泽而渔的做法弊端显现,罗布泊的消失、额济纳旗胡杨林的萎缩已不单单是湖泊和森林本身的问题,而是国家整个生态系统链的破坏。它启示人们要在维系生态系统的框架下进行江河治理和开发建设,既要治理江河,又要规范经济社会发展活动,黑河、塔里木河的治理和水量统一调度就是历史的启示和认识升华的结果,以水资源可持续利用支撑经济社会可持续发展的观念日益深入人心,这是洪水资源化的思想基础。另外,近些年党中央、国务院高度重视水利工作,每年在水利方面投入大量财力、物力。例如在黑河、塔里木河治理规划和近期分水问题上,国务院就召开常务会议专门研究,有关部门大力支持,塔里木河治理投资107亿元,黑河治理投入23亿元,充分展示了国家对水资源管理方面的重视。同时,也有需要注意的问题,例如像对洪水资源化尚未形成统一认识,缺乏长远统筹规划,工程设施不能适应洪水资源化的需要,行政手段多,经济手段少等。针对这些问题,开展洪水资源化要坚持实事求是、尊重科学的原则,不刻意追求或超越实际可能而开展洪水资源化工作,要坚持确保工程安全、防洪安全、适度承担风险的原则,不能忽视安全而一味地追求兴利,要坚持整体利益最大化原则,讲求投入与产出、效益与损失的合理分析,趋利避害,不以牺牲生态环境为代价,也不能造成生态环境问题的转移,要坚持利益均衡的原则,建立风险共担、利益共享、损失补偿的机制,要从我国实际出发,最大限度地减少入海水量和出境水量,增加水资源的有效供给,更好地保证城乡人民生活用水安全,满足经济用水,多考虑生态用水,以恢复、改善生态环境,为全面建设小康社会提供强有力的防洪抗旱安全保障。常规洪水资源化就是在充分开发、利用、配置小洪水的基础上,重点研究中等洪水、较大洪水的资源化,充分、合理调蓄、配置洪水资源,利用洪水排污、回补地下水、增加洼淀湿地,恢复、改善生态环境,发生大洪水、特大洪水的地区必须确保防洪安全,洪水过境地区可考虑引用洪水资源。无论南方还是北方都有洪涝、旱灾发生,只是发生概率、严重程度不同,目前,洪水资源化的重点应在北方地区尤其是水资源紧缺、开发利用程度高的流域,在流域内应重点考虑上中下游洪水资源的合理配置,在流域间考虑洪水资源的调配,在有条件的水库通过现代化的水文气象预报、动态汛限水位的研究、科学管理调度等手段,重复利用防洪库容,多调蓄洪水,利用湖泊、有条件的蓄滞洪区、地下水回补工程调蓄洪水、回补地下水。

汛期限制水位又称汛限水位,即水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,也是水库在汛期防洪运用时的起调水位,该水位在协调防洪和兴利关系中起着极其关键的作用,对工程防洪效益、发电灌溉等兴利效益、库内引水位高程、通航水深、泥沙淤积,以及水库淹没指标等均有直接影响。汛期限制水位的确定一般是统筹考虑保证灌溉蓄水、保证下游安全、保证大坝本身安全三种要求,通过计算比较后选定,其中后两条要求的依据则是设计洪水,因此设计洪水对汛期控制运用方式影响很大。目前,在计算设计洪水时,不考虑洪水(暴雨)是由哪种天气系统形成的,在控制运用中则不考虑各种天气系统形成的暴雨(洪水),在特征上的差异及预报的预见期和准确性上的差异,这使得在水库防洪上表现较保守,汛限水位偏低,对水库蓄水兴利造成不利影响,水库汛限水位是协调防洪与兴利的重要指标。影响汛限水位的确定有很多因素,如水库所在的流域气象水文特性、水库的调蓄能力、泄流能力、管理水平、水库工程质量、下游防护对象的重要性、洪水预报水平等。以往的汛限水位确定过程中只考虑防洪安全而忽视了兴利效益方面,其方法简单操作容易。而分期汛限水位计算方法则根据洪水发生的统计规律,用传统的水库汛限水位确定方法依据分期洪水来确定汛期不同时段的汛限水位,但不考虑利用洪水预报的信息,在形式上这种计算方法更加符合汛期洪水发生的实际自然规律,近年来该方法取得了很大的发展。而后来,随着水文气象预报信息技术和基础理论的发展以及现代监测系统工程的逐步建设,完善了软硬件条件,使得洪水预报及降雨预报的精度不断提高,从成因分析与统计学的条件概率事件出发,综合一切实时调度阶段的可利用信息(如实时的水、雨、工情,水文气象预报的水、雨情及卫星云图与测雨雷达等),为汛限水位动态控制的研究提供了可能。将动态控制理论与技术应用于汛限水位的研究,已逐步成为目前研究的焦点。

目前的研究对象大多是单一水库,至多两串联水库;一般只考虑短期降雨预报信息,且主要集中于24h降雨预报信息。本书结合水利部公益性项目—滦河流域水资源高效利用关键技术研究,主要研究滦河下游水库群潘家口水库、大黑汀水库、桃林口水库、于桥水库、邱庄水库、陡河水库等水库群在有入库洪水预报且水库群实施联合调度的条件下,水库汛限水位实时控制的理论、方法与应用等相关问题。