青岛市大沽河梯级拦河闸坝可利用水量调算及效益分析

张祖山 李磊 于新好

青岛市大沽河梯级拦河闸坝可利用水量调算及效益分析

张祖山 李磊 于新好

青岛市淡水资源严重短缺，新的水资源的开发和利用方式将成为水利工作的重点。除了对传统的地表水、地下水水资源进行开发使用外，雨洪的开发利用是解决青岛市水资源危机的重要方式和途径。1997年起，青岛市水利局先后在大沽河干流修建拦河闸坝11处，大沽河干流拦河闸坝总蓄水面积1866.1万m2，总拦水能力为2787.9万m3，橡胶坝的建设为青岛市创造了极为有利的水源条件，那么大沽河阶梯橡胶坝建立起来以后，总的洪水可利用量的多少将对沿途各县市的防汛抗旱、水资源保护、植物生态保护等方面产生重要影响。

一、梯级闸坝洪水可利用量调算

大沽河干流共有11处拦河闸坝，调算时自上而下调算，先调算龙虎山和江家庄橡胶坝，上游来水中的可利用水量大于橡胶坝的库容时的多余水量作为弃水变成下游橡胶坝的上游来水，上游橡胶坝弃水加区间来水后的可利用水量大于橡胶坝的库容的多余部分又作为弃水再变成下游橡胶坝的上游来水，以此类推。

采用大沽河流域内雨量站1956～2010年同步系列进行流域降雨特征分析。经适线分析求得不同频率年降雨量，计算结果见表1，频率分析曲线见图1。

表1　大沽河区不同设计频率降雨量成果表

图1　大沽河区年降雨量频率分析曲线图

二、降雨与径流关系规律研究

通过分析大沽河区降雨与区域内南村水文站年径流的相关关系，研究大沽河流域降雨径流关系规律。绘制大沽河区1956～2009年降雨量与南村站年径流深变化图2。从图中可以看出，大沽河区年降雨量与南村站流域年径流深变化过程相似，两者相关性较好。分析两者的相关系数，见表2。

表2　大沽河区降雨量与南村站流域径流深比较表

图2　大沽河区年降雨量、南村站流域径流深过程线图

从以上可以看出，大沽河区降雨量与南村站径流深变化规律基本一致，极值出现时间相同，两者具有较好的相关性。

三、典型年各断面径流量计算

大沽河干流拦河闸坝增加了地表水拦蓄量，减少了大沽河入海水量，增加了雨洪水可利用量。根据相应典型年的来水情况和22座拦河闸坝的库容以及引调水情况进行大沽河干流现状及综合治理后雨洪水可利用量调算。

由于大沽河流域降雨量与径流量相关性较好，可根据降雨量选择典型年作为径流量的不同设计频率的代表年份。根据典型年各水文站径流量资料，计算各个断面以上流域天然径流量。计算方法如下：

式中：W断面：断面年径流量；W控：控制站年径流量；W未控：未控区年径流量。

控制站年径流量通过还原、修正计算求得。未控区年径流量采用径流系数法，即借用控制站的年径流系数及未控区的年降水量进行计算，计算公式如下：

式中：α控：控制站年径流系数；P未控：未控区面平均年降水量。

其中流域面积中已扣除流域内大中型水库控制面积。

流域内有南村、闸子、岚西头等水文站，根据以上计算方法，借用水文站天然径流资料，分别计算各拦河闸断面以上、大中型水库以下区间的P=25%、P=50%、P=75%以及多年均值的年径流量。根据大沽河区1956～2009年降雨频率分析结果，选取2008年、1993年、1992年作为P=25%、P=50%和P=75%的典型年，多年平均采用1980年至2009年平均成果。表3为大沽河治理后各拦河闸坝桩号及汇流面积表。

表3　大沽河治理后各拦河闸坝桩号及汇流面积表

表4　大沽河干流各典型年可用水量调算成果表单位：万m3

四、大沽河干流可利用水量调算

根据相应典型年的来水情况和22座拦河闸坝的库容以及引调水情况调算。考虑防洪安全的需要，汛期前需要放空库容，6月初库容为死库容，自死库容起调。从上游至下逐级调算。

其中：Q弃：当前橡胶坝弃水量；Q上弃：上游橡胶坝弃水量；Q区间：上游区间来水；Q引：当前橡胶坝引调水量；V0：时段初橡胶坝库容；V1：时段末橡胶坝库容。

大沽河干流水资源可利用量为全年引调水量加拦河闸库容增加量：

经过逐级调算，新建11座拦河闸和引水工程前后，各典型年可引水量、库容增加量和入海水量情况见表4，由计算结果可知，大沽河干流现状拦蓄25%频率丰水年雨洪水可利用量为10509万m3，平水年可利用水量8321万m3，大沽河综合治理工程后，25%频率丰水年雨洪水可利用量为22341万m3，平水年可利用水量将增加到19447万m3。

五、大沽河拦河闸坝雨洪水利用效益分析

大沽河干流拦河闸坝和水源地的兴建，对缓解青岛市城市供水的紧张状况，确保社会安定起到了巨大作用。大沽河梯级拦河闸坝洪水资源利用的研究与实践表明，通过科学地采取工程措施或非工程措施，可以在不增加防洪风险的同时，提高洪水资源的利用率，取得显著的经济、生态环境和社会效益。

1.水资源效益

大沽河干流梯级拦河闸坝最重要的功能是调蓄水资源，通过修建拦河闸坝拦蓄了汛期流失、甚至可能导致洪涝灾害的雨洪资源，减少雨洪水入海水量，有效增加水资源可利用量，打破了因缺水而制约产业结构调整和经济发展的瓶颈。到目前，大沽河水源地建成投产已有24年，其供水能力仍占全市总供水能力的36%以上，大沽河现状地表水供水量2.48亿m3，地下水供水量2.08亿m3。通过实施水源调配，增加供水量0.68亿m3，总供水量达到5.24亿m3，对促进青岛市的改革开放和经济发展发挥着巨大作用。由大沽河干流水资源可利用调算结果可知，大沽河干流现状拦蓄25%频率丰水年雨洪水可利用量为10509万m3，平水年可利用水量8321万m3，大沽河综合治理工程后，25%频率丰水年雨洪水可利用量为22341万m3，平水年可利用水量将增加到19447万m3。水资源可利用量的增加，促进了青岛市工农业的增产和增收，保证了工农业生产的长期稳定发展，产生了巨大的经济效益。

2.生态、环境效益

大沽河梯级拦河闸坝工程的实施，营造了周围良好的小气候，可降低城区环境污染负荷10%～15%，调节温度1～2℃，同时吸收大量的二氧化碳。在充分发挥大沽河水量调节阀功能的同时，也使大沽河形成“下看是水库、上看是瀑布”的生态景观，尤其是在大沽河综合治理后，大沽河河道水面面积将由目前的21km2增加到40km2，形成百公里首尾相连的连续水面。

大沽河现状拦河闸坝对涵养当地地下水起到了显著的作用，2010年增加地下水补给量859万m3，大沽河综合治理后拦河闸坝平水年可增加地下水补给量2300万m3，有效地遏制了城区地面下沉现象和地质灾害的发生

（作者单位：青岛市水文局266071）