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针对洮儿河流域开展水资源需求与平衡措施的研究

2020-04-29 602 上传者：管理员

摘要：本文对流域水资源演变趋势及水资源开发利用现状进行了介绍，并从经济社会与生态需水对流域水资源供需进行了分析。结果表明，洮儿河流域地表水开发利用率低，基于当前流域发展现状，在满足农田灌溉需水的条件下，流域总需水量缺水量下限值为2.82×108m3。根据流域水资源开发利用情况，从洪水资源的调配与合理利用入手，对水资源的时空分布进行优化，从而实现生态环境的优化，全面推进水资源可持续发展。

关键词：
供需水分析
水资源演变趋势
洪水资源利用
洮儿河流域
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1、概述

洮儿河是嫩江一级支流，流经内蒙兴安盟和吉林白城，最后在月亮泡汇入嫩江，流域总面积为4.3万km2。洮儿河流域地处我国半干旱地区，流域多年平均降水量为435mm；流域供水结构和用水结构不均衡，上、下游和行业用水矛盾突出，下游湿地萎缩，生态环境破坏严重[1]，全方面地对流域水资源进行供需分析是必不可少的工作。本文基于当前洮儿河流域水资源开发利用现状，从流域水资源演变趋势和经济社会与生态需水两方面进行流域水资源供需分析，为缓解流域水资源短缺形势也提出相应的对策，旨在为流域水资源规划和配置提供一定的支撑。

2、数据来源

本文所需的水文数据来源于洮儿河流域5个水文站（索伦、察尔森、镇西、洮南和黑帝庙站），气象数据来源于中国气象数据网，数据时间序列均为1958—2017年。数字高程模型（DEM）数据来源于地理空间数据云，分辨率为90m×90m；土地利用遥感监测数据来源于中科院资源环境数据中心，选取1980年和2018年的土地利用数据，空间分辨率为1∶100万。

3、流域水资源演变趋势

3.1 流域水资源开发利用现状

洮儿河流域地表水资源主要是过境的江河客水，开发利用程度不足20%，而地下水开发利用率高达80%，中下游耕地资源丰富，农业是用水主体，用水占比为90%，工业和生态环境用水较少，流域水资源开发利用失衡，严重阻碍经济社会发展。由于察尔森水库拦蓄上游来水，导致下游可用水量减少，连续枯水年时下游洮南和黑帝庙水文断面出现断流。

3.2 流域水资源演变趋势

3.2.1 降水演变趋势分析

结合洮儿河流域5个气象站1958—2017年降水序列，通过泰森多边形法求得流域平均降水量为333.2mm。利用ArcGIS进行空间插值得到洮儿河流域平均年降水量空间分布图（见图1），年降水量线性倾向率为-2mm/10a，随高程的降低降水量逐渐减少，上游山区年降水量明显多于下游平原区。流域降水量年际和年内变化差异较大，丰平枯交替出现，降水多集中在6—9月，占全年降水量的85%以上。总体而言，流域年降水量呈下降趋势。

图1洮儿河流域年降水量空间分布图

3.2.2 径流演变趋势分析

选取察尔森和洮南水文站1958—2017年实测径流序列进行趋势分析。可发现两站年径流丰平枯特征明显，1958—1961年为连续丰水年，1973—1984年和1999—2011年为连续枯水年，1962—1972年、1985—1998年和2012—2017年丰平枯交替出现；两站年径流量在一定范围内波动且呈下降趋势，均通过99%M-K检验，表明年径流下降趋势明显。

3.3 流域供水分析

根据流域降水量和年径流量趋势分析结果，两者均呈下降趋势，降水量减少导致地表径流减少，可利用水资源总量也随之减少。通过水文分析求得来水频率为25%、50%及75%时洮儿河年径流量为62.7×108m3、32.8×108m3和15.1×108m3，采用典型年的方法求得在流域现状供水格局下，相应来水频率下流域可供水量分别为23.86×108m3、21.9×108m3和19.78×108m3。

4、水资源需求分析

经济社会需水是指除生态环境需水外的城乡居民生活用水、农业用水、工业用水等[2]。采用典型年的方法计算频率为50%的经济社会需水状况，经济社会用水为20.57亿m3，其中城乡居民生活用水为0.65亿m3，农业用水为18.96亿m3，工业用水为0.96亿m3。

4.1 农业需水

洮儿河流域农田是主要的用水单元，1980年以来流域土地利用类型转变主要是由生态用地（林地、草地、水域及湿地）转变为耕地，耕地面积增加了37×104hm2，林地和草地各减少了13×104hm2和30×104hm2。洮儿河流域相关公报数据显示，自2000年以来，流域内有效灌溉面积大幅度增加，导致农业灌溉需水量持续增长。

4.2 生态需水

4.2.1 河道生态基流

文中采用Tennent法[3]计算河道生态基流，选取多年平均径流量10%作为河道生态基流。选取1958—1989年各水文站实测径流数据分段计算河道生态基流，计算结果见图2，镇西站河道生态基流最大，索伦站最小，镇西站作为流域主要控制点，需要确保该河段的生态基流。4.2.2沼泽湿地生态需水以向海湿地为主要研究对象，其生态需水主要考虑湿地蒸散发量，包括湿地水面蒸发量和植物蒸腾量。以E-601型蒸发器实测值的0.98倍为大水体蒸发量[4]；向海湿地主要植物为芦苇，基于通榆气象站多年蒸发量数据计算湿地芦苇全年逐月的蒸腾量，根据芦苇生长特性将全年划分为生长期（4—9月）和非生长期，生长期芦苇的蒸腾量为水面蒸发量的1.14倍，非生长期芦苇的蒸腾量为0。向海湿地在保证率为25%、50%及75%时的生态需水量分别为2.42×108m3、2.75×108m3和2.98×108m3。

经上述需水分析，农业需水随耕地面积扩大而增大，工业和生活需水也逐年增加，为改善和恢复生态环境，必须保障生态用水，流域总需水量呈上升趋势。

图2各站生态基流过程线;表1不同来水频率下洮儿河流域供水计算结果

5、水资源供需平衡分析及对策

5.1 水资源供需平衡分析

根据不同频率来水洮儿河流域供水量及需水量计算成果，在保证河道生态基流的前提下，来水频率为25%、50%及75%时洮儿河年径流量、可供水量如表1所示；基于当前流域发展现状，在满足农田灌溉需水的条件下，流域总需水量上限值为28.67×108m3，需水量下限值为25.54×108m3；缺水量上限值为9.51×108m3，下限值为2.82×108m3。不同来水频率下洮儿河流域供水计算结果见表1。

5.2 对策

洮儿河下游两岸植被较差，汛期多发生暴雨洪水，下游防洪压力加大，为恢复湖泡、湿地生态系统功能，改善生态环境，需要改变当前单一的洪水资源利用模式，结合现有水利工程设施通过合理调度及管理将汛期洪水最大限度地安全利用，从全流域角度出发，加强流域水资源综合管理，实现洪水资源化，缓解流域水资源供需矛盾现状，优化水资源的时空分布。

6、结论

1）洮儿河年径流量逐年减少，流域现状供水格局下，25%、50%和75%来水频率下流域可供水量分别为23.86×108m3、21.9×108m3和19.78×108m3。

2）在满足农田灌溉需水的条件下，流域总需水量上限值为28.67×108m3，需水量下限值为25.54×108m3；缺水量上限值为9.51×108m3，下限值为2.82×108m3。

3）结合现有水利工程设施合理开发利用洪水资源，以缓解洮儿河流域水资源短缺现状，提高流域水资源可持续利用能力。

参考文献:

[1]吴元梅,郭凯先.面向生态的察汗乌苏河流域水资源配置方案研究[J].中国农村水利水电,2018(05):63-66.

[2]董红,姜艳艳,孙磊.洮儿河流域水资源综合管理模式研究[J].水利发展研究,2016,16(01):51-53.

[3]占车生,夏军,丰华丽,等.中国西部生态系统的水问题综合评估研究——以三工河流域为例[J].自然资源学报,2005(02):250-257.

[4]郭生练,王国庆.半干旱地区月水量平衡模型[J].人民黄河,1994(12):13-16.

[5]邓方方.沧州市现状水水资源供需分析及对策[J].水利规划与设计,2017(03):25-28.

董洋洋,刘建卫.洮儿河流域水资源供需分析及对策[J].东北水利水电,2020,38(2):41-42,46.