摘要：为给流域洪水资源利用合理性评价提供基本的阈值标准，有效协调洪水资源利用与河流生态环境保护和流域防洪安全的关系．建立了流域洪水资源利用评价的基本框架。指出洪水资源利用评价应解决洪水资源量计算、洪水资源利用水平分析、洪水资源可利用量评价和洪水资源利用潜力评估四个基本问题。在对洪水资源利用量、洪水资源可利用量、洪水资源利用潜力等基本概念进行系统阐述的基础上，建立了流域洪水资源利用的评价方法。根据所建立的基本概念和评估方法，对1980～2006年海河流域及4个二级区的洪水资源利用状况及合理性进行了全面评价。结果表明，1980～2006年海河流域平均年洪水资源可利用量和利用潜力分别为62．8亿m3和5．35亿m3。海河流域洪水资源利用总体而言处于比较不合理的状态．洪水资源利用量频繁超过洪水资源可利用量，洪水资源利用潜力不大。多数年份洪水资源利用量超过了河道内必要需水量允许的限度，少数丰水年份超过了流域洪水资源调控利用能力的范围。今后。海河流域洪水资源利用合理性的提高，需要逐步调整目前洪水资源利用主要集中于山区的空间格局．提高平原区洪水资源调控利用能力．有效保障洪水期河道内必要需水量。
中图分类号：TV213．9 文献标识码：A 文章编号：1000—0852(2009)05—0006—07
Assessment of Flood Resources UtNIzation in the Haihe River Basin
HU Qing—fang WANG Yin-tang2
Abstract：In order to establish a threshold criterion for rational flood resources utilization and form a harm ony relationship among flood resources utilization，flood disaster control and eco—environment protection，abasic framework of flood resources utilization assessment was proposed．The four basic problems of flood resources utilization assessment were pointed out，including eva luation of the utilized flood resources quantity，utilizable flood resources quantity and flood utilization potentiality．Based on systemic illustration of these conceptions，the assessment approach for flood resources utilization on basin scale was set up．According to it，flood utilization assessment for the water—scare of the Haihe River Basin，North China and its four sub—basins was conducted．The results show that the utilizable flood resources and flood utilization potentiality are respectively 6．28 billion mand 0．535 billion m all over the basin during 1980-2006．Flood utilization condition there is relatively irrationa1．The utilied flood resources quantity frequently exceeded the utilizable flood resources quantity and flood resources utilization potentiality was rather smal1．This condition was mainly resulted from the invasion of the fiver necessary water demand during the flood season，but also caused by the fact that the utilized flood resources exceeded flood regulation caPACity in several years．In order to change the irrational situation of flood resources utilization in the Haihe River Basin，the present space structure of utilized flood resources highly concentrating in the mountainous region must be gradually adjusted and the flood regulation capacity in the plain region must be intensified in future．Meanwhile，the river water demand during the flood season should be guaranteed．
Key words：assessment of flood resources utilization；flood resources quantity；utilizable flood resources quantity；flood resources utilization potentiality；Haihe River
受季风气候影响．我国主要江河径流集中以汛期洪水形式分布的规律十分突出。因此，长期以来洪水资源利用在我国水资源利用中具有十分重要的地位。特别随着水资源短缺问题的日益突出，许多地区将增加洪水资源的有效利用量作为“开源”的一种重要途径。在这样的背景下，近十年来国内提出了由洪水控制向洪水管理转变的思路[1]，并提出了水库动态汛限水位控制、蓄滞洪区主动调洪等一系列洪水资源利用的新方法与新措施[2-4]，在实际中取得了一定的成效。
然而，目前国内洪水资源利用的研究和实践．集中在单项性或局部性的洪水调控技术方面．主要强调如何利用水利工程尽可能多的调蓄洪水，但是缺乏适当的标准和方法，从流域层面对洪水资源利用状况及合理性的综合评估，因而导致相应成果缺乏系统性和针对性，与流域生态环境保护和防洪安全保障的要求难以协调。同时，目前在洪水资源利用的基本概念方面也存在着较多的争论和分歧[5-8]，因此，有必要在梳理现有成果的基础上，总结流域洪水资源利用合理性评价的基本标准和评估方法，以夯实洪水资源利用的理论基础，为流域洪水资源利用实践提供理论和技术指导。
海河流域是我国北方缺水最严重的流域之一。近年来．海河水利委员会和流域各省市将加强洪水资源利用作为缓解水资源供需矛盾的重要举措之一，进行了许多理论和实践探索。如国家“十五”科技攻关计划课题“海河流域洪水资源安全利用”，从资源评价、调控技术等方面对海河流域洪水资源利用，问题进行了比较全面的研究嘲，海河水利委员会制订了“北运河中小洪水应急调度方案”，京津地区也提出了诸多加强洪水资源利用的设想或措施[10-11]。因此，评价当前海河流域洪水资源利用现状和合理性。评估洪水资源利用的阈值和利用潜力，对于有针对性的制订科学的洪水资源利用策略，协调好流域水资源利用与防洪安全保障和河流生态环境保护三者的关系，无疑具有很强的现实意义。
1 洪水资源利用评价的基本问题
流域洪水资源利用评价首先需要解决以下4个基本问题：(1)洪水资源利用评价应针对洪水资源的数量进行评价，回答流域洪水资源数量的多少，时空分布和变化规律如何的问题；(2)洪水资源利用应当针对洪水资源的开发利用水平进行综合评价，回答流域洪水资源利用规模和程度如何的问题，同时适当分析洪水资源利用对生态环境和防洪安全的影响等；(3)洪水资源利用评价需要综合考虑河流生态环境和防洪安全的约束条件，提出流域洪水资源利用的总体控制指标，回答洪水资源利用的合理阈值如何的问题；(4)洪水资源利用评价，需要研究相对于现状利用量．还可以增加多少洪水资源的利用量，即回答流域洪水资源利用的潜力如何的问题。
围绕上述4个逐层递进的问题，本文构建了流域洪水资源利用评价的基本框架．并提出了相应评价指标(见图1)。洪水资源量计算、洪水资源利用水平分析、洪水资源可利用量评价、洪水资源利用潜力评估构成了洪水资源利用评价的主要内容。
图1 洪水资源利用评价的框架和基本指标
Fig．1 Framework and basic indexes of flood resouFees utilization assessment
2 基本概念与评估方法
2．1 洪水资源和洪水资源量
长期以来．国内外主要从防洪的角度对洪水进行定义，而较少从资源利用的角度对洪水进行定义，因此目前尚无“洪水资源”的明确定义。鉴于洪水是地表水资源的重要组成部分表现形式，本文认为可以结合当前有关“地表水资源量”[12]和“洪水”的定义[13-14]，将“洪水资源”定义为：一定区域由当地降水形成的天然河川洪水径流。而“洪水资源量”定义为“洪水资源的数量”，即一定区域由当地降水形成的天然河川洪水径流量，是地表水资源量的重要组成部分。
洪水资源量的计算根据年内洪水期天然河川流量过程确定：
式中：为i年流域洪水资源量； (t)为t时刻流域河川天然洪水流量；ti1、ti2，分别为年内洪水期起止时刻。洪水资源量计算的关键是确定年内洪水期的起止时刻。不同的流域年内洪水期不同，因此需要根据河川径流季节性规律、水系特性等因素综合确定。
2．2 洪水资源利用量和洪水资源利用率
洪水资源利用量和洪水资源利用率是表征流域洪水资源开发利用水平的两个基本指标。前者是指流域洪水资源利用的绝对规模，后者则描述了洪水资源利用的程度。
目前地表水资源评价中。地表水资源利用量一般指当地河道外地表水资源供水量[12]。为与上述概念一致，本文将洪水资源利用量定义为“流域当地河道外洪水资源供水量”，而洪水资源利用率则为“当地河道外洪水资源供水量在流域洪水资源量中所占的比例”。
但是洪水资源供水量与其它地表水供水量难以截然分开，而且大量汛期洪水经调蓄后在非汛期使用，因此上述定义用于计算或评价时可操作性较差。本文认为可取流域洪水资源量与洪水期出境水量之差(实际上是流域洪水资源调蓄耗用量)近似代表“洪水资源利用量”，则洪水资源利用量与利用率的计算公式分别为：
式中：、，分别为年内洪水资源利用量和利用率；为洪水期流域出境水量。
2．3 洪水资源可利用量
“洪水资源可利用量”是流域洪水资源利用评价的核心概念，其作用是为洪水资源的合理利用提供一个基本的阈值条件和控制性标准．协调好洪水资源利用与防洪安全保障和生态环境保护的关系。
“洪水资源可利用量”可定义为：可预见的时期内，在统筹考虑洪水期河道内必要需水量(包括必要的生态环境需水量和生产需水量)和其它需水量，保障流域防洪安全的基础上，当地洪水资源量中通过经济合理、技术可行的措施能够调控利用的最大洪水径流量。
洪水资源可利用量兼具“能够利用”和“允许利用”两层含义。“能够利用”是指洪水资源可利用量在流域水利工程调控利用能力范围之内，“允许利用”是指洪水资源可利用量不能超过洪水期河道内必要需水量允许的限度。洪水资源可利用量是一个动态的概念，不同技术水平、工程经济条件及河道功能目标下，洪水资源可利用量是不同的。
流域洪水资源可利用量界定了一定时期内，洪水资源开发利用的合理阈值。对于某一流域，若洪水资源实际利用量超过了洪水资源可利用量，则说明洪水资源利用处于“不合理”状况，对流域生态环境安全或防洪安全构成不利影响；反之，洪水资源利用基本在合理范围内．具有进一步开发利用的余地。
洪水资源可利用量的计算涉及“洪水资源调控利用能力”和“洪水期河道内必要需水量”两个概念。前者是指可预见期内．在基本保障流域防洪安全的前提下流域水利工程能够调蓄利用的最大洪水径流量，它反映了流域对洪水的正常调控利用的阈值；后者则指相应于一定的河流生态环境和生产功能保护目标的洪水期河道内生态环境和生产需水量。
对于“洪水资源调控利用能力”，可结合流域洪水灾害等方面的资料信息，从偏于防洪安全的角度考虑选取现状或未来条件下在流域历年洪水资源利用量的“较大值”代表。具体要求是该年洪水资源利用量和洪水资源量均较大，同时流域未发生大规模的洪涝灾害：
式中：为某阶段流域洪水资源调控利用能力，函数Φ(．)表示取较大值。与目前有关文献采用的“最大值”方法[15-16]相比，这一方法也是一种经验性较强的方法．具有一定的不确定性，但可以防止不合理的高估流域洪水资源调控利用能力，对防洪安全保障比较有利。
对于洪水期河道内必要需水量．其中的生态环境需水量可参考Tenant法[17J等一些比较成熟的方法计算，必要生产需水量则需根据具体情况计算。
在确定流域洪水资源调控利用能力和洪水期河道内必要需水量的基础上，得到洪水资源可利用量的计算公式:
式中：为流域洪水资源可利用量；为洪水期河道内必要需水量；为流域汛期不能被调控利用的洪水径流量(可简称为“不可控洪水径流量)；为洪水期河道内必要需水量与不可控洪水径流量之间的重复量。
2．4 洪水资源利用潜力
洪水资源利用潜力评价的主要意义在于确定相对于现状利用量．在洪水资源量中能够进一步增加利用的最大洪水径流量，它是对流域洪水资源可利用量的进一步划分。本文中“洪水资源利用潜力”定义为：扣除实际洪水利用量之后，在经济合理、技术可行，不破坏河流基本功能的前提下，流域洪水资源中还能够进一步增加利用的最大洪水径流量。
在洪水资源实际利用量不超过洪水资源可利用量的情况下，洪水资源利用潜力是洪水资源可利用量与实际利用量之差。若流域洪水资源利用潜力大于零，则说明流域洪水资源尚具有进一步开发利用的余地，可通过合理的措施增加调蓄利用量。若洪水资源利用潜力为零．则说明流域洪水利用量已达到或超过了洪水资源可利用量，不存在进一步开发利用的空间或余地。
洪水资源利用潜力的计算公式为：
式中：表示流域洪水资源利用潜力。
3 海河流域洪水资源利用评价
3． 1 数据资料
评价的基本数据资料为海河流域4个二级区滦河冀东沿海(简称滦冀)、海河北系、海河南系、徒骇马颊河系(简称徒马)1956—2006年的汛期(6～9月)天然地表水资源量、1980～2006年汛期人海水量。同时还收集了流域大型水库、蓄滞洪区、骨干河道等各类水利工程资料，以及流域历史洪涝灾害、河流生态环境状况等相关资料。
3．2 评价方法
海河流域洪水资源利用评价在具体方法上有几点需要说明：
(1)由于暂未掌握各二级区逐13天然洪水径流量序列，只掌握汛期逐月天然洪水径流量和人海水量序列，因此评价时将“洪水期”界定为海河流域主汛期(6～9月)，认为主汛期天然洪水径流量即为洪水资源量，评价的时间为整个主汛期。
(2)除按照公式(1)计算海河流域及各二级区历年洪水资源量外，还利用Mann—Kendall、Spearman两种非参数统计方法[18]及Morlet连续小波方法[19]对洪水资源量的演化特征进行了全面的分析。
(3)海河流域是由4个基本独立人海的二级区组成的河系。各二级区洪水资源量时空分布、生态环境状况及保护目标、水利工程调控能力均有差异。因此对全流域洪水资源利用的评估需要在4个二级区独立评价的基础上汇总得到。全流域洪水资源量、洪水资源利用量、洪水资源可利用量、洪水资源利用潜力是4个二级区相应量之和。
(4)根据对海河流域洪水资源量、水利工程建设和防洪格局阶段性变化研究．上世纪70年代未海河流域防洪工程体系基本成型[7][20]，防洪格局趋于稳定，同时70年代末也是流域洪水资源量和河流功能演变的转折点[17]。因此，80年代以来的情况代表了海河流域洪水资源利用的现状，本文主要针对1980～2006年的洪水资源利用量、洪水资源可利用量及利用潜力进行评估分析。
(5)海河流域洪水期河道内必要需水量主要是必要的生态环境需水量，采用Tenant法计算，其结果与文献[21]相关结果比较一致。在调查历史洪涝灾情的基础上，4个二级区洪水资源调控利用能力取1980～2006年流域洪水资源利用量的较大值。滦冀、北系、南系和徒马4个二级区洪水资源调控利用能力的代表年份及相应数据分别为1985年(20．88亿m3)、1994年(23．40亿m3 )、1982年(70．88亿m3)、1984年(5．83亿m3)。
3．3 评价结果分析
3．3．1洪水资源量
1956～2006年，海河流域多年平均洪水资源量为131．8亿m3，占地表水资源量的63．1％。7~8月洪水资源量占汛期的73．0％。在地区组成方面，南系多年平均洪水资源量占全流域的比例达45．8％，滦冀和北系分别为24．3％和23．1％，徒马为6．8％。
在洪水资源量演化特征方面．1956～2000年全流域洪水资源量具有显著的丰枯振荡和下降趋势，显著准周期为l6、5、4年。以1979年为变点，全流域洪水资源量大体上经历了丰枯相继的两个阶段，预测2010年后流域降水量和洪水资源量总体上将较现阶段(1980～2006年)有所增加(见图2)。各二级区洪水资源量的变化特征与全流域基本相似。
图2 海河流域洪水资源量距平值和Morlet小波系数等值线图
Fig．2 Anomaly value and Morlet wavelet coefficient of flood Fesources quantity in the Haihe Basin
3．3．2 洪水资源利用水平
1980～2006年海河流域洪水资源利用量均值为69．4亿m，最大129．6亿m3(1996年)，最小仅363亿m，(1999年)。流域洪水资源量越大，洪水资源利用量也越大，但人海洪水资源量也越多，说明大洪水条件下流域洪水调控利用仍然相对能力不足(见图3)。
图3 1980～2006年海河流域洪水资源利用量与利用率
Fig．3 Utilized flood resources and utilization ratio in the Haihe Basin from 1980 to 2006
80年代以来。流域洪水资源利用达到了很高的强度。平均洪水资源利用率接近70％。1980—1983年等时段，由于汛期来水偏少，洪水资源利用率超过90％。1994 1996年．来水颇多，洪水资源利用率仍达到50％左右。总体而言，各二级区中，南系洪水资源利用率最高，北系和滦冀次之，徒马最低。
3．3．3 洪水资源可利用量
1980～2006年海河流域平均洪水资源可利用量62．8亿m3，最大为120．1亿m3(1995年、1996年)，最小仅l9．7亿m3。(1999年)。洪水资源量大的年份，洪水资源可利用量也大。洪水资源可利用量较大的时期是80年代末至90年代中期，最小的时期是90年代末至2006年。
由于1980—2006年，海河流域各二级区洪水资源利用量频繁超过了河道内必要需水量允许的限度，许多平水枯水年份洪水资源利用量超过了洪水资源可利用量，严重危害到河流生态环境安全：而受限于流域洪水资源调控能力的不足(主要是平原区调控能力不足)，在若干丰水年，某些子流域洪水资源利用量又超过了流域洪水资源调控利用能力允许的限度，影响到流域防洪安全(如滦冀1990、1998年等，见图4)。因此，总的来说，现阶段海河流域洪水资源利用的不合理性比较突出。需要有效调整。
图4 1980～2006年滦冀流域洪水资源可利用量与利用量
Fig．4 Available flood resources and utilized flood resources in the Luanhe—Jidong sub-basin from 1980 to 2006
3．3．4 洪水资源利用潜力
在现状的洪水资源条件和水利工程条件下，海河流域洪水资源利用潜力总体上不大，且年际分布极不均匀(见图5)，洪水资源利用潜力集中在少数丰水年份。1980—2006年．全流域平均洪水资源利用潜力为5．35亿m3。，最大22．6亿m3(1995年)。流域洪水资源利用潜力为零的年份有8年，洪水资源利用潜力在5～l0亿m3之间的有7年，洪水资源利用潜力大于10亿m3的有4年。
图5 1980～2006年海河流域洪水资源利用潜力
Fig．5 Flood resources utilization potentiality in Haihe basin from 1980 to 2006
滦冀、北系、南系、徒马四个二级区年平均洪水资源利用潜力分别为1．19、2．41、0．17、1．57亿m3。最大分别为7．4l、15．76、2．32、7．44亿m3。南系洪水资源利用潜力不仅规模小，而且仅分布在极少数年份，徒马洪水资源利用潜力年际分布相对均匀，滦冀、北系介于两者之间。
3．3．5 海河流域洪水资源合理利用策略
根据海河流域洪水资源利用评价结果。现阶段海河流域洪水资源利用不合理性比较突出。结合对海河流域防洪工程体系和水资源供需状况的分析，提出今后流域洪水资源利用的合理策略：
(1)鉴于现阶段海河流域洪水资源利用强度已相当高，今后海河流域洪水资源利用不应盲目以增加洪水资源利用量为目标，而是应以真正提高洪水资源利用的合理性为目标。尤其要避免中小洪水的过度利用以防止加剧河流生态环境恶化的状况。
(2)在未来及南水北调工程调水实施或者水文周期向相对丰水期转变后，海河流域水资源供给条件将得到一定的改善，应逐步调整目前洪水资源利用过度集中于山区水库的不合理空间格局。
在今后应通过有效发挥洼淀湿地功能，逐步增加平原区洪水资源利用量提高洪水资源利用方式的综合性。
(3)海河流域大洪水条件下的洪水资源利用潜力的挖掘，需要进一步增强洪水资源调控利用能力。由于目前山区水库已基本完善，实现这一目标的关键在于有效利用平原区洼淀、蓄滞洪区的调蓄作用。
(4)近期中小洪水条件下，海河流域洪水资源利用潜力挖掘的重点是北系和徒马两个二级区。北系主要在于平原区洪涝水资源的优化调度。徒马的关键问题由于流域水利工程调节能力有限，应通过河系间的沟通实现洪水资源有效调配利用。
4 结论
本文阐述了流域洪水资源利用评价应解决的4个基本问题．建立了洪水资源利用的基本框架和评价方法．对海河流域和4个二级区洪水资源利用进行了全面的评价，从宏观上分析海河流域洪水资源利用与河流生态环境安全、防洪安全的合理性关系。评价结果说明．现阶段海河流域洪水资源利用强度已相当高，洪水资源利用的不合理性比较突出。今后流域洪水资源利用不能盲目地以增加洪水资源利用量为目标，而应调整洪水资源利用的空间格局，有效保障洪水期河流必要生态环境需水量，适当增加大洪水条件下的调控利用能力。
需要指出的是本文在洪水资源可利用量的计算方面应进一步的完善，特别是对于流域洪水资源调控利用能力的确定，目前采用的方法经验性比较强，具有一定的不确定性，今后需要更好的综合流域洪水特性和水利工程条件，通过水资源系统调度模型建立更定量化，可操作性更强的方法。同时，目前主要着眼于对现状条件下流域洪水资源利用状况的分析，在后续研究中仍需要进行规划条件下流域洪水资源利用评价的研究。
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作者简介：胡庆芳(1981一)，男，湖南长沙人，工程师，博士研究生，主要从事流域水文模拟和防洪规划方面的研究。
