提高水资源利用率方法研究

第２７卷第４期　２０ｏ７年８月　水文　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＩＮＡ　ＨＹＤＲＯＬＯＧＹ　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．，２００７　提高水资源利用率方法研究　朱岐武　，张小军　，刘俊卿　，赵信峰　（１．黄河水利职业技术学院，河南　开封４７５００３；　２．黄委会河南水文水资源局，河南　郑州４５０００４）　摘　要：通过对沙河水库提高汛限水位的必要性、可能性的分析。从而说明了提高汛限水位挖掘现有水库蓄水能力是提高　水资源利用率的一个有效方法，这不仅可以创造一定的经济效益，也是缓解水资源供需矛盾的一条途径。　关键词：水资源；汛限水位；利用率；效益　中图分类号：ＴＶ６９７．１　３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—０８５２（２００７）０４－．００２８—０３　１引言　随着我国经济建设的发展。人１３和产业的增长，城市生活、　工业和农业的用水量迅速增加，水资源的供求矛盾日益突出。解　决矛盾的办法，除国家有计划、有步骤继续开发水资源外，还必　须根据不同的情况．因地制宜地采取不同的对策和措施。充分利　用现有水库工程，挖掘其蓄水能力，提高水资源利用率，也是解　决供求矛盾的一种有效办法。　作为蓄水工程的水库，在设计阶段应根据开发任务的主次　和水库的性能研究处理防洪与兴利的关系。拟定好各种设计水　位。在水库管理阶段，水库的规模和下游防洪任务已经确定，实　现科学的调度运行，在确保大坝安全，优先满足下游防洪要求的　前提下，尽可能发挥水库的兴利效益，而合理利用水库容积，则　是提高水资源利用率的重要途径。　本文以沙河水库为例。论证了提高汛限水位，适当增加蓄水　量。提高水资源利用率，发挥更大兴利效益等问题。　水。实测弃水量最多的为１９６２年，年弃水量为６　５０１万ｎｌ　，相当　于当年有效利用水量２　３５６万ｍ　的２．７６倍，近一半的水资源量　被迫白白丢弃。导致水库蓄水量少，水资源量紧缺，同时也增大　了下游的防洪压力。其原因是汛限水位太低，当水库水位超过汛　限水位时，就得开闸弃水。　沙河水库有３年（１９７２、１９７３、１９７８年）靠翻死库容抗旱灌　溉．实际灌溉面积减少３万亩。相当于减少有效灌溉面积的１／３。　随着城乡经济的发展，用水要求越来越高，沙河水库不但肩负着　农业用水的任务。自上世纪８０年代初又向戴埠自来水厂、平桥　工模具厂、沙河乡自来水厂等单位供给生活和工业用水，水资源　供求矛盾日益突出，为了解决这一矛盾，水库就必须多蓄水，即　必须提高汛限水位。　３提高汛限水位的可能性　若拟定汛限水位为２０ｍ，兴利水位为２１ｍ，兴利库容即为　４　８７０万ｍ，，比原来汛限水位１９ｍ，兴利水位２０ｍ，兴利库容３　７６０万ｍ，．每年可增加１　１１０万ｍ３的蓄水量，这样既满足了工　２提高汛限水位的必要性　沙河水库位于溧阳县沙河乡．属戴溪河流域，于１９５８年９　月动工修建。１９６１年１１月竣工。水库集水面积１４８．５ｋｍ２。总库容　１．０９亿ｍ，，坝顶高程２５．６ｍ（吴凇基面，下同），防浪墙高１．１ｍ，有　效灌溉面积９．０６万亩，养鱼面积１．０８万亩，汛限水位１９ｍ，相应　农业及生活用水的需求．也对发电、养鱼、旅游有利。　为探讨提高汛限水位的可能性，通过对实测积累的降水资　料（无流量资料）进行设计洪水的计算，和在泄流条件不变的情　况下调洪演算，得到设计洪水水位和校核水位，与工程现状比　较．看汛限水位是否有可能提高。　库容３　８３０万ｍ３兴利水位２０ｍ。兴利库容３　７６０万ｍ　。　根据建库至今的运行记录．１９８４年６月１４日出现建库以　３．１设计暴雨的推求　根据沙河水库流域雨量资料，统计得出各年汛期最大３ｄ　来最高水位２１．４６ｍ。１９７８年ｌ０月２６日发生最底水位１２．９５ｍ，　流域最大年面雨量为１　６０２．３ｍｍ（１９８３年），最小年面雨量仅　６８７ｍｍ（１９７８年），多年平均水资源量为７　９９８．５万ｍ　，多年平均　水资源有效利用量为４　６７６万ｍ　，多年平均水资源利用率为　５８．５％。在沙河水库多年的运行中，有８２％的年份出现被迫弃　雨量。将各年汛期最大３ｄ雨量资料按递减次序排列，计算经　验频率。并在机率格纸上点绘经验点据，以矩法计算统计参数　Ｈ，Ｃ　，Ｃｓ　ｏ　１二　日＝　饿　（１）　收稿日期：２００６—０９—１８　基金项目：河南省科技攻关项且（０４２４４４００６１１）　作者简介：朱岐武（１９６１一），男，教授，河南省教育厅学术技术带头人，从事水文水资源教学与研究工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　朱岐武等：提高水资源利用率方法研究　２９　Ｃ　：　（２）　∑（后　一１）　Ｃｓ＝　————　一　（３）　（ｎ－３）Ｃ　：旦　（４）　日　式中：　为多年最大３ｄ平均雨量（ｍｍ）；Ｈｉ为年最大３ｄ雨量　（ｍｍ）；ｒｔ为样本容量；　为变差系数；Ｃｓ为偏态系数；Ｋｉ为模比　系数。　经计算得初始参数为Ｈ＝Ｉ　１８．６ｍｍ。Ｃｖ＝０．４５。经适线确定统　计参数为Ｈ＝１２５ｍｍ，　＝０．５５，Ｃｓ＝３．５Ｃｖ。　根据确定的统计参数，得到３ｄ各设计频率的雨量为：５００　年一遇设计暴雨量Ｈ＝４７９ｍｍ，２０００年一遇设计暴雨量日＝　５７３ｍｍ。　３．２设计洪水的推求　根据设计暴雨资料，利用当地洪水汇流单位线，可推算出设　计洪水过程。　３－３调洪演算　根据起调水位、设计洪水过程线条及调洪工作曲线，即可进　行调洪演算，得到最高库水位为：５００年一遇设计洪水位高程为　２３．７０ｍ，２０００年一遇设计洪水位高程为２４．１８ｍ。　３．４提高汛限水位可能性分析　沙河水库总库容为１．０９亿ｉｎ　，属大ＩＩ型水库，应按５００年　一遇洪水设计，２０００年一遇洪水校核。　水库最大风速１８ｎｄｓ，水面吹程Ｄ＝３ｋｍ，大坝迎水坡ｔｇａ＝ｌ／３，　有浆砌块石护坡ｋ＝０．７７，波浪高计算公式采用ｈｓ－Ｏ．－－Ｏ２０８Ｖ￣Ｄ　。波　浪爬高采用ｈ　＝３．２ｋｈＢｔｇａ，得ｈ　＝１．５ｍ　坝顶高程＋防浪墙高＝２６．７０ｍ　设计水位＋波浪爬高＝２５．２０ｍ　校核水位＋波浪爬高＝２５．６８ｍ　安全超高计算　设计情况下：２６．７０—２５．２０＝１．５０ｍ＞ｌｍ　校核情况下：２６．７—２５．６８＝１．０２ｍ＞０．５ｍ　满足设计规范要求。　由此可见，汛限水位提高ｌｍ是可能的。　４提高汛限水位后的效益　由于汛限水位提高到２０ｍ，兴利水位增加到２１ｍ，兴利库容　增大，每年可多蓄水１　ｌ１０万ｉｎ　，其效益是显著的。　４．１灌溉效益　沙河水库在兴利水位２０ｍ，灌溉面积９．０６万亩，灌溉保证　率６６％，平水年灌区水稻平均亩产量９５０斤，小麦３５０斤。提高　汛限水位ｌｍ，兴利库容增大，灌溉保证率提高了ｌ１％。汛限水　位提高前破坏年份多年平均产量１　１３１．２斤，提高汛限水位后，　破坏年份多年平均产量１　２１５．６斤（按典型年份分析计算），粮食　产量价格０．８元／斤（国家议价收购）则多年年平均增产粮食计算　公式为：　Ｘ＝Ｗ［Ｙ－（ＰＩ—Ｐ２）＋ｙ２（１—ＰＩ）－Ｙ３（１－／２）］Ｋ　式中：　为多年年平均增产粮食量（斤）；Ｗ为灌溉区面积（亩）；　ｙ。为灌区平水年平均粮食亩产量（斤）；Ｙ　为灌区提高汛限水位　后破坏年份多年平均亩产量（斤）；Ｙ，为灌区提高汛限水位前破　坏年份多年平均亩产量（斤）；ＰＩ为汛限水位提高后的灌溉保证　率；Ｐ２汛限水位提高前的灌溉保证率；Ｋ为灌溉分摊系数，规范　规定取值范围０．２—０．６，取其值０．４。　可计算年增产粮食量为１３７．６万斤，折合人民币约ｌ１０．０８　万元。　４．２水力发电效益　根据电站水位——单机功率——流量关系，水位２０—２１ｍ，　单机功率１００ＫＷ，平均单机出流１．６４ｍ３／ｓ，水库汛限水位提高　ｌｍ，则库容增加１　１００万ｍ　。则可发电　１：．６４×３　６ＯＯ　１９．３万千瓦小时　。。。一’’　电价按０．４元／千瓦小时计．则发电效益为１９．３ｘ０．４＝７．７２　万元　４．３养鱼效益　水库汛限水位提高。水库水面面积也相应增加，可净增养鱼　面积９３７．５亩。根据水库多年水面养鱼的平均产量５０斤／亩计　算，鱼价按５元／斤，水面面积分摊系数１／３，则养鱼效益　９３７．５ｘ５０ｘ５×１／３＝７．８１２５万元　４．４总效益　根据以上计算结果总效益约为：１１０．０８＋７．７２＋７．８１２５＝１２５．６　万元　由此可见，沙河水库汛限水位提高ｌｍ，可直接获得年经济　效益近１２５．６万元。而效益不仅仅是１２５．６万元，因为水库多蓄　水发电供给城镇，这对缓解电能紧张，促进乡镇企业的发展，增　加工业产值，将起到一定的作用。另外由于提高汛限水位。增加　了水厂自来水供应量。这对改善农村饮水卫生条件，提高农村生　活水平，将起到积极的作用。再者，农田灌溉效益是用分摊系数　发计算水利作用而获得的农作物增产量。但水利对农业的增产　效益作用却决不仅限于此。因为灌溉对农业生产起着稳定增产　和平衡的作用。虽然我国每年都发生不同的灾害，但是粮食产量　却没有大的波动，基本上保持稳定增产的趋势，对巩固和稳定我　国农业基础起了重大作用。所以，提高汛限水位，增加灌溉保证　率，不仅有一定的经济效益，也有一定的社会效益。　５提高汛限水位后安全措施　抬高汛限水位可以增加兴利效益。减少不必要的弃水。实现　洪水资源化，达到水库防洪、兴利效益的统一，而抬高汛限水位　的同时也带来水库本身及下游的防洪风险，因此必须采取安全　维普资讯 http://www.cqvip.com

３０　水文　第２７卷　措施，确保工程安全。　变过程，也总会有一些明显的信息为我们所掌握。气象卫星的发　射，为我们尽早的了解天气情况提供了有力的保证。洪水期间通　过与气象部门的合作，及时，详细准确地了解当时的气象形势，　降雨发展，未来数日展望，使调度者胸有成竹。在天气发生变化　时，可提前加大出力发电，在洪水尚未入库前即进行预泄，腾出　一５．１工程措施　在原有工程措施上增加溢洪道宽度，确保洪水期安全泄流。　５．２非工程措施　５．２．１　要做好汛前各项准备工作　（１）建立防汛领导机构，组织防汛抢险专业队伍，健全岗位　责任制，从组织上作好防汛准备；　（２）对水库工程进行全面、仔细地一次大检查，检查大坝、　泄洪建筑物的工作状态，机电设备的完好率，从工程上作好防　汛准备：　（３）加强器材管理，准备草包、铁丝、备用柴油，及一切防汛　物资，从物资上作好防汛准备；　（４）做好水文气象观测和调度控制计划及各种水文，雨量，　水位～泄量曲线，调度图等技术资料，制定防汛作战方案，从决　策做好防汛准备：　部分兴利库容，用于调节即将入库的洪水，做到万无一失。这　事实上提高了防洪兴利的结合程度，充分利用了水资源，增加了　经济效益。　６结语　由于资料限制，本文只讨论了沙河水库提高汛限水位，年增　加经济效益１２５万元的可能。根据调查情况看，一些大中型水库　（库容在１０亿ｍ　以下）如江苏溧阳县的大溪水库，江苏省宜兴　县的横山水库，河南省灵宝县的窄口水库等，在汛期都有大量的　弃水，如进行科学的管理和调度都有可能提高汛限水位。如果全　国的大中型水库都和沙河水库那样，根据各自水库的实际情况，　在确保水库工程安全，满足下游防洪需求的前提下，适当的提高　汛限水位，在汛期多蓄水，则会得到非常显著的经济效益。这样　做也是挖掘现有水库的蓄水潜力，缓解水资源紧缺解决供需水　矛盾的一条重要途径。提高汛限水位后，必须加强水库工程的管　理和调度，关键是作好水库的洪水预报工作。根据短期和中长期　预报的结果，进行水库的调度，安排泄洪。这样，即可以充分利用　水资源，提高水资源的利用率，增加效益，也可确保工程的安全，　做到万无一失。　参考文献：　【１】汪恕诚．资源水利【Ｍ】．北京：中国水利水电出版社，２００３．　【２】朱岐武，拜存有．水文与水利水电规划【Ｍ】．郑州：黄河水利出版社，　２ｏ０３．　（５）进行深入宣传发动工作，从思想上作好防汛准备。　５．２．２入汛后要做好各项管理工作　由水文站工管科密切注意水情、雨情变化，加强洪水预报，　与气象部门配合对水情的变化做到胸有成竹。　（１）加强短期洪水预报，提高防洪调度的灵活性　沙河水库历来应用水文预报进行水库调度，过去用手工计　算进行洪水预报和调度，想增长预见期和提高预报精度是有限　的，现在洪水预报已从图表改用电子计算机，预见期增长，精度　也有所提高。在水文情报方面．过去靠农村有线电话通过邮局将　各雨量站的资料传到管理处．现在改为水文自动测报系统，在降　雨过程中，可随时了解库区内各站降雨情况，迅速准确，大大提　高水库防汛调度的及时性和灵活性。　（２）与气象部门密切合作，做好中长期预报，充分利用水　资源。　因为历史上发生洪水都是因特殊天气影响造成的。一次暴　雨天气系统的形成和发展．总是在一定的条件下有它的相应演　【３］３詹道江，叶守泽．工程水文学【Ｍ】．北京：中国水利水电出版社，２０００．　【４］王国安，李文家．水文设计成果合理性评价【Ｍ】．郑州：黄河水利出版　社．２００２．　（上接第２７页）　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　Ａｎｎｕａｌ　Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｎａｏｌｉｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ　ＬＩ　Ｐｉｎｇ　，ＬＵ　Ｗｅｎ－ｘｉ　，ＷＡＮＧ　Ｆｕ—ｌｉｎ２　（１．　Ｕｎｗｅｍｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｗｅｍｉｔｙ，Ｈａｅｒｂｉｎ　１５００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｅｎｄｅｎｃｙ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｖａｌｕｅ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｍｏｄｅ　Ｗａｓ　ｃｈｅｃｋｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｗａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｓｅｒｉｅｓ．Ｆｔ．￣Ｕｙ，ｔｈｅ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ　ｏｆ　ｅｖｅｒｙ　ｐｅｒｉｏｄ　ｗａｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｎｄ　ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｐｅｒｉｏｄ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｔｈｅ　ａｎｎｕａｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｎａｏｌｉｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ，Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｈａｓ　ｔｗｏ　ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｐｅｒｉｏｄｓ，ｎａｍｅｌｙ　ｔｈｒｅｅ　ｙｅａｒｓ　ａｎｄ　ｎｉｎｅ　ｔｏ　ｔｅｎ　ｙｅａｒｓ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｆｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ　ｏｆ　ｃｌｉｍａｔｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｌｇａ．Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｇｏｏｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｎａｏｌｉｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｅｒｉｏｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；Ｎａｏｈｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ