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科学利用雨洪资源 解决北方地区缺水问题

 

河北省是有人口、环境双重压力的极度资源性缺水地区,人均、亩均水资源量仅为全国的1/7和1/9,且时空分布极不均匀,70%~80%的降水集中在汛期3个月,大量的水资源以洪水形式出现。解决河北省水资源匮乏和水环境恶化问题,是21世纪人口、环境、经济、社会持续协调发展的一个关键性问题。解决的对策,除了实行计划用水、全面节流、多方补源、优化配置、有效保护、强化管理和南水北调等措施外,科学调蓄、充分利用降雨和洪水资源,是缓解河北乃至我国北方地区水资源紧缺问题和防洪减灾的重要举措。河北省从80年代后期开始研究这个问题,已经有十几年的工作实践。

一、充分利用雨洪资源是人与洪水和谐共处的重要手段

暴雨洪水是一种自然灾害,同时它也具有资源、环境、生态等多种功能。充分利用雨洪资源,是减轻洪水灾害,增加可用水资源量,实现人与洪水和谐共处的有效措施。人与洪水的关系大体可分为四个阶段:

第一是人与洪水和谐共处阶段——如原始社会人类巢居、穴居,躲避洪水猛兽。

第二是人类适应洪水阶段——如我国4000多年前大禹导洪入海,春秋战国时代筑堤防水。

第三是人类限制和利用洪水阶段——主要是近几个世纪,随着人口的增长、经济的发展和科技的进步,人类改造自然的能力明显增强,人与水争地、与山争地的活动剧增,大量侵占洪水通道和停滞场所,引发了新的人水矛盾。

第四是人类重新与洪水和谐共处的阶段——在21世纪,人类应树立改造自然与适应自然相结合的思想。从一味追求以工程手段战胜洪水,转变为以最小的投入换取最大的经济效益、社会效益和环境效益。这就要把暴雨洪水既看作是必须抓紧防治的一种自然灾害,又要看作是宝贵的可利用资源;把洪水的拦蓄和滞蓄、分泄,既看作是防洪减灾对策,又看作是蓄水兴利的有效措施。

二、充分利用雨洪资源是解决河北干旱缺水的一项有效措施

50年的发展,河北用水量大大增加,已由丰水省份变为干旱地区,由地下水富省变为开采漏斗区,由以洪涝灾害为主变成了以干旱缺水为主。半个世纪以来,河北省用占全国07%的水资源、4%的用水量,生产了占全国6%的粮食,养活了占全国5%的人口,达到了占全国7%的国内生产总值。但是这种发展是以牺牲生态环境为代价的,是靠大量超采地下水、使用劣质水和发展节水勉强支撑的。河北省年用水量早已超过220亿m3,但是一般年可以利用的水资源仅有170亿m3,加上冬季引黄和使用污水、微咸水也只有180亿m3,不得不靠每年超采40多亿m3地下水和发展节水勉强支撑。河北省现状年用水量2292亿m3,一般年缺水超过60亿m3,不调蓄利用好雨洪资源就更没有出路。现在,经济和社会发展了,水资源供需严重失衡、水环境恶化严重失控、防洪能力与保安要求严重失调等问题也突出了。要解决这个21世纪初河北经济和社会可持续发展的最大难题,合理开发雨洪资源是经济、快捷、有效的措施之一。

1雨洪资源是水资源的主要补给来源

河北省汛期降雨量和径流量占全年的80%左右,尤其是7、8两个月,既是防洪保安的关键时期,又是集雨蓄水的黄金季节。河北省平原地区,近20年来已超采浅层地下水近500亿m3,浅层地下水位平均下降937m,形成了很大的地下库容,不仅涝碱灾害大大减轻,而且降雨入渗能力显著增强。过去一次降雨50mm就成灾的平原洼地,现在一次降雨150mm也不产生径流。“63·8”大水的径流系数是048,“96·8”大水的径流系数只有024。由于平原土壤入渗能力成倍增加,因而有条件通过滞蓄、分泄等措施,加大雨洪资源对水资源的补给力度,在防洪减灾的同时,增加可以利用的水资源量。

2科学调蓄暴雨洪水是经济有效的开源措施

河北省暴雨强度相当于东南亚国家,干旱程度又相当于干旱严重的中东地区。科学调蓄利用好汛期的暴雨洪水资源,既是防洪减灾的重要手段,又是补充水资源的经济有效的现实措施;既是补充当年水资源的主要来源,又是以丰补歉、实现多年调节的主要途径。如1996年8月上旬海河南系大水,河北省中南部地区总降水量296亿m3,水库、洼淀拦蓄4577亿m3,补充地下水82亿m3,增加土壤水约100亿m3。其中宁晋泊、大陆泽两个滞洪区10d内进水超过18亿m3,只泄出3亿m3,达到了防洪减灾和补充水资源的双重效果。1997年春季干旱严重,但全省小麦喜获丰收,这是上一年充分蓄洪水的结果。

3充分利用雨洪资源是改善生态环境的重要途径

河北省地表水极度匮乏,地下水严重超采。最近20年与50年代相比,全省年均自产地表水由235亿m3减到106亿m3,减少76%;入境水量由998亿m3减到284m3,减少728%其中海河南系除1996年大水外,20年来几乎没有河水入海;水面面积由11亿km2减到600km2减少90%以上;河道航运里程由2368km减少到趋近于0,舟楫之利已成历史。连全省水量最丰沛的滦河干流,2000年汛期也出现了长达6个月的历史罕见的断流现象。由于地下水严重超采,出现了近4万km2的地下水开采漏斗区和近5万km2与天津市连成一体的地面沉降区,引发了诸多环境问题。通过汛期科学调蓄利用雨洪资源,特别是丰水年利用洪水冲淤、冲污、洗碱、淋咸,可以起到增加林草植被、水面面积与改善生态环境的作用。

三、充分利用雨洪资源的主要对策措施

主要是采用主动性决策方法,进行系统相关和伴随关系适度分析,提高防洪的主动性、科学性、可靠性和安全度,坚持点水库、闸坝、线河渠、堤防、面蓄滞洪区、田间、地表兼顾,工程措施、生物措施、管理措施并重,蓄、泄、滞、引、补结合,通过科学调度,在保证防洪安全的前提下,充分利用雨洪资源,达到防洪减灾和增加水资源、改善生态环境的目的。

1调整种植结构,巧用雨水润田

 积极引导农民站在田间地头,瞄准城乡餐桌,按照市场需求和本地资源优势,因地制宜地调整种植结构。积极推广一优优质谷子、豆类、甘薯、马铃薯等耐旱作物品种、二调调整旱地作物种植结构与品种结构、三改培肥改土、耕作改制、变“三跑田”为“三保田”、四结合农机措施与农艺措施、工程措施与生物措施、蓄墒措施与保墒技术、传统抗旱措施与现代抗旱技术结合,积极植树种草,发展雨热同期的作物品种,巧用雨水润田,增加农作物的抗旱能力和土壤的入渗能力,减少暴雨产生的径流。

2充分利用田间工程和水利工程集雨蓄水

一是利用地面及小型水利、水保工程拦蓄。山区充分运用林草植被、梯田、鱼鳞坑、水平沟和水池、水窖、谷坊、塘坝等水土保持工程截蓄利用雨水,力争洪水少下山,清水缓出川;平原充分利用地埂、地堰、林网畦田等田间工程拦蓄雨水,减少洪涝灾害。二是利用河渠、坑塘、洼淀存蓄。田间和小型工程拦蓄不了的雨水,用平原的河渠、洼淀、坑塘调引、存蓄起来。遇丰水年,宁肯舍弃部分洼地,也要多蓄一些雨洪。三是大力发展引洪淤灌。引用汛期洪水淤灌农田既可增加农田的水肥,又可减少洪水和泥沙对下游的危害,值得在山区大力推广。四是引蓄河道基流,实行春旱冬抗。冬季利用河道基流冬灌、存蓄或在寒冷地区搞蓄水养水,实行春旱冬抗,增加部分水源。

3增建河渠串联工程调蓄洪水

在有条件的行洪、排水河渠建拦河闸坝,搞梯级开发,把全省各个河系之间及主要灌溉、排水骨干渠道串联在一起,把汛期多水河道的水调往少水河渠和干旱地区,实现防洪、排水的优化调度和除害、兴利的有机结合。2000年汛期利用河渠坑塘闸多蓄雨洪资源超过5亿m3,扩大了抗旱水源。

4完善分洪滞洪工程,搞好调洪补水

在加强蓄滞洪区等分洪工程安全建设的同时要有计划地分泄、滞蓄河道洪水,搞好调洪补水,以减免下游灾害,回补平原地下水源。同时,要进一步研究探讨恢复部分常年蓄水洼淀的可行性和利用丰水年调蓄洪水与改善水环境等问题。

5通过科学调度,保安全、多蓄水

一是搞好水库加固除险,适当抬高汛限水位。①改一级控制为多级控制。随着水库除险加固工程的进展和水文系列的延长,对大型水库的多年实测资料作了整理分析,提高汛限水位,并将原有的一个汛限水位改为初汛、主汛和后汛三个汛限水位。这样,全省18座大型水库在确保安全的前提下,一般年份可多蓄水10多亿m3。②推迟汛限水位的控制时间。通过对历年资料的分析,河北省较大暴雨洪水几乎都发生在7月10日之后。因此,将汛限水位的执行时间由原定的6月15日推迟到7月10日,全省大型水库一般年份可减少弃水3亿~5亿m3。

二是通过科学分析提高汛限水位。运用华北水电学院北京研究生院水库漫坝风险法成果,对岗南水库7月1日至8月31日每旬一个时段的分期暴雨洪水,作了全面的分析计算,提出了6个汛限水位。陡河、朱庄两座水库经漫坝风险分析,提高了汛限水位,可在安全度99999%的情况下,多蓄水128亿m3。

三是灵活机动地调度洪水。①预蓄预泄,增加蓄洪水量。对于工程质量较好、防洪标准较高、水情测报比较准确及时的水库,在不改变水源原有功能,不降低库水位及下游防洪标准、不改变设计洪水、不新建防洪工程、不新增水库移民的原则下,实行汛期浮动水位——掌握实际库水位高于汛限水位1~2m,当气象预报有暴雨时提前泄水腾出库容到规定的汛限水位。1988年8月上旬,大清河、滹沱河系发生了10年一遇~20年一遇洪水,岗南、王快等10座大型水库通过预蓄预泄,多蓄水1045亿m3。②细水长流,发挥水库多种功能。1996年8月上旬海河南系大洪水,通过上述调度办法,34座大中型水库共拦蓄了洪水总量的318%,削减洪峰56%,还补充地下水82亿m3,多发水电1亿多kW·h,发挥了水利工程的综合效益。③不失时机地抓蓄后汛期洪水。河北省大型水库后汛期限制水位至正常蓄水位之间有192亿m3的库容,占兴利库容的44%。不失时机地抓蓄后汛期洪水是增加水库蓄水量的重要一环。一般采取两种办法:一是根据预报拦蓄洪水余量;二是根据多年经验,在平枯水年于8月10日之后就安排闭闸蓄水,并做好遇大水时的泄洪准备。

四是应用科学手段,提高调度水平和洪水预见期。近年来大型和重要的中型水库安装了水情自动测报系统,通过计算机进行洪水预报和调度;使用“3S”系统进行洪水监测,与专家集体分析相结合,提高防洪减灾与调洪蓄水的预见性和主动性,达到保安全、多蓄水、多兴利的目的。

此外,人工增雨也是充分利用雨洪资源的有效措施。但是,河北等北方地区属资源性极度缺水地区,仅京津冀地区“十五”期间缺水量就达100多亿m3。除采取开源节流综合措施充分利用当地水资源之外,必须按照五中全会的精神,切实抓紧南水北调的前期工作,争取早日开工建设,早日发挥效益。

作者为河北省水利厅厅长 

《中国水利报》02-13