蚌埠閘蓄水位抬高對抗旱減災的影響研究

馬苗苗 管佳佳 李江龍 邢智慧 梁 珂 王立軍 侯明月

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心，北京 100038；3.安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，合肥 230088；4.安徽省淮河河道管理局，蚌埠 233000；5.中國國際工程咨詢有限公司農村經濟與地區業務部，北京 100048；6.中國地質大學（北京）水資源與環境學院，北京 100083）

0 引 言

蚌埠閘樞紐工程是一座具有防洪、蓄水灌溉、航運、發電、供水等綜合效益的大型樞紐工程，其主要作用為壅高淮河中游的干流水位，從而利于沿淮及淮北平原農田灌溉，提高船舶通航能力，同時利用壅水落差及剩余泄量發電。多年來，蚌埠閘正常蓄水位控制在17.5～18.0 m，但隨著經濟社會的快速發展，淮河流域水資源短缺問題日益突出，現有的水資源已不能滿足當地的用水需求，尤其是干旱年份，需要迫切深入挖掘蚌埠閘工程蓄水功能。開展蚌埠閘抬高蓄水位研究，對于緩解區域干旱缺水壓力，改善淮河干流生態環境，最大限度地發揮工程效益具有重要意義。

本文從抗旱減災的角度，深入分析蚌埠閘蓄水位抬高前和抬高后的旱災風險降低程度，并剖析蓄水位抬高后的4 種不同蓄水方案所帶來的影響，最終為蚌埠閘蓄水位抬高以及方案優選提供參考依據。

1 區域概況及數據收集

蚌埠閘位于淮河中游，在蚌埠市西郊，距蚌埠市約6 km，距中上游的淮河臨淮崗洪水控制工程約230 km，距下游洪澤湖250 km。蚌埠閘樞紐工程設計洪水標準為100 年一遇，閘上流域面積12.1萬km2，整個樞紐由28孔節制閘、12 孔新節制閘、雙線船閘、水電站、分洪道、3.37 km堤防組成，同時興建溢流堰1 座，堰頂高程18.7 m。鑒于蚌埠閘蓄水位的抬高主要影響的是蚌埠市和淮南市，因此重點針對蚌埠市和淮南市進行旱災風險的評估及分析。

本文收集了歷史長序列降雨數據（1956-2010年）、抗旱統計上報數據（1990-2010 年）、抗旱規劃數據、歷史旱災調查數據、水資源第二次調查數據（1956-2010年）、《中國水資源公報》數據等。由于涉及水資源供需水量平衡計算，收集了當地的生活、農業、工業、生態等多類型的用水情況，以及需水計算所需要的人口分布情況、用水定額等。

2 研究方法

分析蚌埠閘蓄水位抬高對抗旱減災的影響，重點關注4 種蓄水位抬高方案（方案1 蓄水位18.3 m、方案2 蓄水位18.5 m、方案3蓄水位18.7 m、方案4蓄水位19.0 m）對旱災風險的降低程度。鑒于引江濟淮工程與蚌埠閘蓄水的依存關系，分為引江濟淮工程實施前和實施后兩種情況進行供需水量的平衡計算，確定相應的缺水量和缺水率，預估蚌埠閘多種蓄水位方案對抗旱的影響，分析其干旱緩解的程度。具體技術路線如圖1所示，其步驟如下：①基于引江濟淮前和濟淮后供需水量數據，分別計算原蓄水方案（蓄水位18.0 m）以及4種蓄水位抬高方案調整后的缺水率，并根據旱災風險等級閾值劃分標準（表1），確定不同方案下逐年的旱災風險等級。②分析不同干旱頻率下（2年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇）各縣（市、區）的旱災風險等級，統計各風險等級出現的次數，并與原蓄水方案帶來的旱災風險進行對比，探求4種蓄水位抬高方案對旱災風險的降低程度。③從抗旱減災的角度，對比分析4種不同蓄水位方案對抗旱減災的影響，確定較優的蓄水方案。

圖1 技術路線

表1 旱災風險等級閾值表

3 結果分析

3.1 引江濟淮工程實施前多種蓄水位抬高方案對抗旱減災的影響

對引江濟淮工程實施前的供需水量數據進行分析，分別計算出原蓄水方案下的缺水率以及4 種蓄水位抬高方案調整后的缺水率。圖2 是引江濟淮工程實施前，1956-2010 年不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率變化情況。各蓄水位抬高方案的缺水率年際變化波動較大，呈現周期性起伏變化，尤其是1966-1967年的缺水率達到多年最大波峰值，1958-1959年、1977-1979年、1995年、2000年的缺水率也處于較高的數值。蚌埠閘蓄水位抬得越高，則缺水率就越低，在嚴重干旱的年份尤為突出，充分說明蚌埠閘水位抬高對當地缺水狀況起到調節作用。

圖2 引江補淮工程實施前不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率變化過程圖

從旱災風險的角度分析，將各蓄水位抬高方案出現低風險、中低風險、中風險、中高風險、高風險的年份次數分別進行統計，并與原蓄水方案帶來的旱災風險進行對比，探求4種蓄水位抬高方案對旱災風險的降低程度，統計結果見圖3。當蚌埠閘蓄水位抬升的越高時，低風險年份出現的次數呈增大趨勢，中低、中高和高風險年份出現的次數呈減小趨勢，說明蚌埠閘蓄水位抬高有降低干旱影響的作用。從降低中、中高、高風險等級出現的頻率看，方案3 和方案4 旱災高風險值出現的次數明顯降低，方案1 和方案2 高風險值出現次數無變化；而方案2 和方案3 中高風險值出現的次數明顯降低，說明蓄水位抬高對降低嚴重干旱災害風險起作用。

圖3 引江補淮工程實施前各蓄水位抬高方案在不同風險等級對應的年份個數統計圖

從不同干旱頻率下蓄水位抬高方案對旱災風險的影響角度進行對比分析，結果見表2。發現在遭遇100 年一遇和50 年一遇的干旱時，4 種蓄水位抬高方案不能降低當地的旱災風險，仍處于高風險中；在遭遇20年一遇的干旱時，方案3 和方案4 將旱災風險由高風險降到中高風險；在遭遇10年一遇干旱時，方案3和方案4將旱災風險由中高風險降到中風險；在遭遇5 年一遇干旱時，方案2、方案3 和方案4 將旱災風險由中高風險降到中風險；在遭遇2 年一遇干旱時，方案3和方案4將旱災風險由中低風險降到低風險。

表2 不同干旱重現期下蓄水位抬高方案對旱災風險的影響

綜合考慮抗旱成本和效益產出比，引江濟淮工程實施前，方案2 和方案3 對于緩解中度和嚴重干旱災害效果較好，方案較優，能較大程度上緩解旱情。

3.2 引江濟淮工程實施后多種蓄水位抬高方案對抗旱減災的影響

對引江濟淮工程實施后的供需水量數據進行分析，分別計算出原蓄水方案下的缺水率以及4種蓄水位抬高方案調整后的缺水率。圖4 是引江濟淮工程實施后，1956-2010 年不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率變化情況。各蓄水位抬高方案的缺水率年際變化波動較大，呈現周期性起伏變化，尤其是1966-1967年的缺水率達到多年最大波峰值，1958-1959 年、1977 年、1982 年的缺水率也處于較高的數值。結果顯示，隨著蓄水位的抬高，缺水率在逐漸減小，在嚴重干旱的年份尤為突出。

圖4 引江濟淮工程實施后不同蓄水位抬高方案下逐年缺水率變化過程圖

從旱災風險角度分析，考慮引江濟淮工程實施后，對各蓄水位抬高方案出現低風險、中低風險、中風險、中高風險、高風險的年份次數分別進行統計，并與原蓄水方案帶來的旱災風險進行對比，探求4種蓄水位抬高方案對旱災風險的降低程度，統計結果見圖5。當蚌埠閘蓄水位抬升的越高時，低風險年份出現的次數呈增大趨勢，中低、中、中高、高風險年份出現的次數呈減小趨勢，說明蚌埠閘蓄水位抬高有降低干旱影響的作用。從降低中、中高、高風險等級出現的頻率看，4 種蓄水位抬高方案將高風險值出現的次數降低到1 個；而中高風險值出現的次數在方案1 和方案2中降低到3 個，方案3 和方案4 中降低到2 個，說明蓄水位抬高對嚴重干旱災害的風險有降低作用；同時，中風險和中低風險值出現的次數在逐步降低，表明蓄水位抬高對中度和輕度干旱災害的風險有降低和緩解的作用。綜合考慮抗旱成本和效益產出比，方案1和方案2較優，對于緩解中度和嚴重干旱災害效果較好，可滿足緩解旱情的實際需要。

圖5 引江濟淮工程實施后各蓄水位抬高方案在不同風險等級對應的年份個數統計圖

在引江濟淮工程實施后，從不同干旱頻率下蓄水位抬高方案對旱災風險的影響角度進行對比分析，結果見表3。在遭遇100 年一遇和50 年一遇的干旱時，4 種蓄水位抬高方案都不能降低當地的旱災風險，仍處于高風險中；在遭遇20 年一遇的干旱時，4 種蓄水位抬高方案都能將旱災風險由高風險降到中風險；在遭遇10 年一遇干旱時，4 種蓄水位抬高方案都將旱災風險由中高風險降到中風險；在遭遇5 年一遇干旱時，4 種蓄水位抬高方案都將旱災風險由中風險降到中低風險；在遭遇2 年一遇干旱時，方案2 至方案4 將旱災風險由中低風險降到低風險。

表3 不同干旱重現期下蓄水位抬高方案對旱災風險的影響

綜上所述，基于引江濟淮工程實施前的供需水量數據，方案2和方案3較優；而基于引江濟淮工程實施后的供需水量數據，方案1和方案2較優。因此，方案2無論在引江濟淮工程實施前還是實施后，整體效果較優。

4 結論與展望

分析了蚌埠閘蓄水位抬高對抗旱減災的影響，重點關注4種蓄水位抬高方案對旱災風險的降低程度?；谝瓭辞昂蜐春蠊┬杷繑祿?，分別計算不同蓄水位抬高方案的缺水率，統計各風險等級出現的次數，并分析不同干旱頻率下的旱災風險等級。主要結論如下：

（1）隨著蚌埠閘蓄水位的抬高，缺水率逐漸降低，旱災風險等級降低。說明蚌埠閘蓄水位抬高，對當地缺水狀況起到調節作用，有效地降低了當地的旱災風險。

（2）從抗旱減災角度分析，引江濟淮工程實施前，蚌埠閘蓄水位抬高方案2和方案3較優；引江濟淮工程實施后，蓄水位抬高方案1 和方案2 較優；綜合考慮抗旱成本和效益產出比，兼顧引江濟淮工程實施前和實施后，方案2的效果較優。

（3）蚌埠閘蓄水位抬高到18.5 m 時，在遭遇5 年一遇、10 年一遇和20 年一遇的干旱時，旱災風險降低1～2 個等級，可以滿足實際抗旱的需求。在遭遇50年一遇以上的干旱時，4種蓄水位抬高方案不能降低當地的旱災風險，仍處于高風險，因此蚌埠閘蓄水位的抬高對于緩解中度和嚴重干旱的效果較好，而對特大干旱災害的緩解效果仍不顯著。

考慮到蚌埠閘蓄水位的抬高和引江濟淮工程的密切聯系，未來可以持續進行兩者的交互影響研究，以期將蚌埠閘蓄水位調整到相對較優的平衡狀態，更好地發揮蚌埠閘樞紐的工程效益。