青島市大沽河梯級攔河閘壩可利用水量調算及效益分析

張祖山 李磊 于新好

青島市大沽河梯級攔河閘壩可利用水量調算及效益分析

張祖山 李磊 于新好

青島市淡水資源嚴重短缺，新的水資源的開發和利用方式將成為水利工作的重點。除了對傳統的地表水、地下水水資源進行開發使用外，雨洪的開發利用是解決青島市水資源危機的重要方式和途徑。1997年起，青島市水利局先后在大沽河干流修建攔河閘壩11處，大沽河干流攔河閘壩總蓄水面積1866.1萬m2，總攔水能力為2787.9萬m3，橡膠壩的建設為青島市創造了極為有利的水源條件，那么大沽河階梯橡膠壩建立起來以后，總的洪水可利用量的多少將對沿途各縣市的防汛抗旱、水資源保護、植物生態保護等方面產生重要影響。

一、梯級閘壩洪水可利用量調算

大沽河干流共有11處攔河閘壩，調算時自上而下調算，先調算龍虎山和江家莊橡膠壩，上游來水中的可利用水量大于橡膠壩的庫容時的多余水量作為棄水變成下游橡膠壩的上游來水，上游橡膠壩棄水加區間來水后的可利用水量大于橡膠壩的庫容的多余部分又作為棄水再變成下游橡膠壩的上游來水，以此類推。

采用大沽河流域內雨量站1956～2010年同步系列進行流域降雨特征分析。經適線分析求得不同頻率年降雨量，計算結果見表1，頻率分析曲線見圖1。

表1　大沽河區不同設計頻率降雨量成果表

圖1　大沽河區年降雨量頻率分析曲線圖

二、降雨與徑流關系規律研究

通過分析大沽河區降雨與區域內南村水文站年徑流的相關關系，研究大沽河流域降雨徑流關系規律。繪制大沽河區1956～2009年降雨量與南村站年徑流深變化圖2。從圖中可以看出，大沽河區年降雨量與南村站流域年徑流深變化過程相似，兩者相關性較好。分析兩者的相關系數，見表2。

表2　大沽河區降雨量與南村站流域徑流深比較表

圖2　大沽河區年降雨量、南村站流域徑流深過程線圖

從以上可以看出，大沽河區降雨量與南村站徑流深變化規律基本一致，極值出現時間相同，兩者具有較好的相關性。

三、典型年各斷面徑流量計算

大沽河干流攔河閘壩增加了地表水攔蓄量，減少了大沽河入海水量，增加了雨洪水可利用量。根據相應典型年的來水情況和22座攔河閘壩的庫容以及引調水情況進行大沽河干流現狀及綜合治理后雨洪水可利用量調算。

由于大沽河流域降雨量與徑流量相關性較好，可根據降雨量選擇典型年作為徑流量的不同設計頻率的代表年份。根據典型年各水文站徑流量資料，計算各個斷面以上流域天然徑流量。計算方法如下：

式中：W斷面：斷面年徑流量；W控：控制站年徑流量；W未控：未控區年徑流量。

控制站年徑流量通過還原、修正計算求得。未控區年徑流量采用徑流系數法，即借用控制站的年徑流系數及未控區的年降水量進行計算，計算公式如下：

式中：α控：控制站年徑流系數；P未控：未控區面平均年降水量。

其中流域面積中已扣除流域內大中型水庫控制面積。

流域內有南村、閘子、嵐西頭等水文站，根據以上計算方法，借用水文站天然徑流資料，分別計算各攔河閘斷面以上、大中型水庫以下區間的P=25%、P=50%、P=75%以及多年均值的年徑流量。根據大沽河區1956～2009年降雨頻率分析結果，選取2008年、1993年、1992年作為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為大沽河治理后各攔河閘壩樁號及匯流面積表。

表3　大沽河治理后各攔河閘壩樁號及匯流面積表

表4　大沽河干流各典型年可用水量調算成果表單位：萬m3

四、大沽河干流可利用水量調算

根據相應典型年的來水情況和22座攔河閘壩的庫容以及引調水情況調算。考慮防洪安全的需要，汛期前需要放空庫容，6月初庫容為死庫容，自死庫容起調。從上游至下逐級調算。

其中：Q棄：當前橡膠壩棄水量；Q上棄：上游橡膠壩棄水量；Q區間：上游區間來水；Q引：當前橡膠壩引調水量；V0：時段初橡膠壩庫容；V1：時段末橡膠壩庫容。

大沽河干流水資源可利用量為全年引調水量加攔河閘庫容增加量：

經過逐級調算，新建11座攔河閘和引水工程前后，各典型年可引水量、庫容增加量和入海水量情況見表4，由計算結果可知，大沽河干流現狀攔蓄25%頻率豐水年雨洪水可利用量為10509萬m3，平水年可利用水量8321萬m3，大沽河綜合治理工程后，25%頻率豐水年雨洪水可利用量為22341萬m3，平水年可利用水量將增加到19447萬m3。

五、大沽河攔河閘壩雨洪水利用效益分析

大沽河干流攔河閘壩和水源地的興建，對緩解青島市城市供水的緊張狀況，確保社會安定起到了巨大作用。大沽河梯級攔河閘壩洪水資源利用的研究與實踐表明，通過科學地采取工程措施或非工程措施，可以在不增加防洪風險的同時，提高洪水資源的利用率，取得顯著的經濟、生態環境和社會效益。

1.水資源效益

大沽河干流梯級攔河閘壩最重要的功能是調蓄水資源，通過修建攔河閘壩攔蓄了汛期流失、甚至可能導致洪澇災害的雨洪資源，減少雨洪水入海水量，有效增加水資源可利用量，打破了因缺水而制約產業結構調整和經濟發展的瓶頸。到目前，大沽河水源地建成投產已有24年，其供水能力仍占全市總供水能力的36%以上，大沽河現狀地表水供水量2.48億m3，地下水供水量2.08億m3。通過實施水源調配，增加供水量0.68億m3，總供水量達到5.24億m3，對促進青島市的改革開放和經濟發展發揮著巨大作用。由大沽河干流水資源可利用調算結果可知，大沽河干流現狀攔蓄25%頻率豐水年雨洪水可利用量為10509萬m3，平水年可利用水量8321萬m3，大沽河綜合治理工程后，25%頻率豐水年雨洪水可利用量為22341萬m3，平水年可利用水量將增加到19447萬m3。水資源可利用量的增加，促進了青島市工農業的增產和增收，保證了工農業生產的長期穩定發展，產生了巨大的經濟效益。

2.生態、環境效益

大沽河梯級攔河閘壩工程的實施，營造了周圍良好的小氣候，可降低城區環境污染負荷10%～15%，調節溫度1～2℃，同時吸收大量的二氧化碳。在充分發揮大沽河水量調節閥功能的同時，也使大沽河形成“下看是水庫、上看是瀑布”的生態景觀，尤其是在大沽河綜合治理后，大沽河河道水面面積將由目前的21km2增加到40km2，形成百公里首尾相連的連續水面。

大沽河現狀攔河閘壩對涵養當地地下水起到了顯著的作用，2010年增加地下水補給量859萬m3，大沽河綜合治理后攔河閘壩平水年可增加地下水補給量2300萬m3，有效地遏制了城區地面下沉現象和地質災害的發生

（作者單位：青島市水文局266071）