魯北平原區(qū)水利工程對(duì)水文規(guī)律的影響分析

孔令太 邵澤斌 李本厚

1. 濱州市水文中心 山東 濱州 256609

2. 費(fèi)縣水利工程保障中心 山東 臨沂 273400

魯北平原區(qū)地處黃河下游，面積為3.09萬(wàn)km2，由古黃河決淤?zèng)_積形成，屬于海河流域，東、北臨渤海，南依黃河、金堤河，西北以南以南運(yùn)河、漳衛(wèi)新河與河南、河北兩省為界，全區(qū)有聊城、德州兩市和濱州、東營(yíng)黃河以北地區(qū)[1]。本區(qū)為黃河沖積平原，地處暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季濕熱多雨，降水集中在汛期，降水量年際變化大。地貌形態(tài)可分為高、坡、洼地三種相對(duì)基本類型。高地為古河道河漫灘沉積而成，沉積物多為砂質(zhì)或砂壤質(zhì)，潛水埋深3-4m左右，約占總面積39%。坡地系黃河泛濫漫流沉積而成的單斜坡地，表土以輕壤、砂壤為主，潛水埋深2-3m左右，約占總面積40%。洼地為黃河泛濫尾閭緩流或靜水沉積而成，表層多為粘土，潛水埋深2m以下，約占總面積21%。地貌類型大體與河流方向一致，呈帶狀西南東北向分布，海拔高程變化于0-49.00m之間，地面坡降從千分之一至萬(wàn)分之一。除黃河與南運(yùn)河兩大河系為邊界河道外，主要有徒駭河、馬頰河、德惠新河三條骨干河道，呈西南東北向縱貫全區(qū)；下游地區(qū)有一些獨(dú)流入海的小河流，如馬新河、潮河[2]。由于地勢(shì)平坦，流域界限不清，河網(wǎng)貫通，水系易受人工影響。除黃河三角洲和沿海地帶以生長(zhǎng)牧草為主外，其他大面積種植小麥、玉米、大豆和棉花等農(nóng)作物，森林覆蓋面積約占7.5%。

1 水利工程概況

1.1 除澇工程

五十年代初遭遇1953年洪澇后，于1955年對(duì)徒駭河干流進(jìn)行清淤（當(dāng)時(shí)區(qū)內(nèi)僅有徒駭河、馬頰河兩大河系）。在1961～1964年的大水中，全區(qū)受災(zāi)面積高達(dá)1030萬(wàn)畝，占耕地面積的60%以上，糧棉產(chǎn)量下降到解放以后的最低水平。1963年著手流域治理，干流河道直到1970年疏浚完成，支流河道也完成治理。1968年為解決中、下游德州、惠民地區(qū)排水頂托問(wèn)題，截取原徒駭河支流土馬、沙河和馬頰河支流篤馬河，開(kāi)挖了德惠新河，德惠新河在1971年大水時(shí)上下游開(kāi)始行洪排水，開(kāi)挖后徒駭河、馬頰河干流河道排澇行洪能力比原來(lái)擴(kuò)大了約2.5倍，排水歷時(shí)縮短了一半左右。

徒駭河自上世紀(jì)六十年代、七十年代擴(kuò)大治理后的40年間，由于投入少，未進(jìn)行較全面的系統(tǒng)治理，特別是沾化壩上閘以下?？诙斡捎诤３钡挠绊?，河道淤積深度一般在2米以上，河道排洪能力嚴(yán)重降低。2010年徒駭河大水時(shí)，下游段水流下泄緩慢，河道長(zhǎng)時(shí)間處于高水位運(yùn)行，對(duì)沿岸人民群眾生命財(cái)產(chǎn)和沿岸城區(qū)的防洪安全造成嚴(yán)重威脅。為此，于1993年、1996年、2011年、2015年、2017年、2018年、2019年、2020年實(shí)施了清淤疏浚、沿線建筑物重建，劉橋閘、宮家閘、營(yíng)子閘、樊橋閘、堡集閘、壩上閘等大型攔河閘拆除重建、沿岸防汛道路建設(shè)等綜合治理工程，治理標(biāo)準(zhǔn)為“64雨型”排澇標(biāo)準(zhǔn)、“61雨型”防洪標(biāo)準(zhǔn)，大大提升了河道防洪、除澇能力，下游段結(jié)合徒駭河通航工程，實(shí)現(xiàn)船舶海河聯(lián)運(yùn)，促進(jìn)了徒駭河生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

馬頰河自上世紀(jì)六十年代中期全面治理后一直未再治理，經(jīng)多年運(yùn)行，淤積堵塞十分嚴(yán)重，排澇行洪能力嚴(yán)重降低，嚴(yán)重威脅沿河兩岸工農(nóng)業(yè)及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，2008年、2011年、2020年分段實(shí)施了清淤疏浚、堤防加高培厚、配套建筑物建設(shè)等綜合治理，工程采用“64雨型”排澇標(biāo)準(zhǔn)、“61雨型”防洪標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了馬頰河的排洪泄?jié)衬芰?，有力保障了沿河企業(yè)及人民群眾生活和生命財(cái)產(chǎn)安全。

德惠新河自開(kāi)挖后，于1999年、2013年、2016年、2020年進(jìn)行清淤疏浚、險(xiǎn)工護(hù)砌、堤防加高培厚、堤頂防汛道路建設(shè)等治理工程，工程同樣采用“64雨型”排澇標(biāo)準(zhǔn)、“61雨型”防洪標(biāo)準(zhǔn)，流域行洪排水條件得到了改善，緩解了洪澇災(zāi)害威脅，改善了河道環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及環(huán)境效益。

近年來(lái)，重點(diǎn)水利工程的實(shí)施，徒駭河、馬頰河、德惠新河等大中型河流基本完成河段清淤治理，病險(xiǎn)水閘、河道建筑物、構(gòu)筑物得以重建，河道行洪能力增強(qiáng)，洪水傳播時(shí)間縮短。魯北平原區(qū)153條河流，河段總長(zhǎng)度5330.97km，治理河段長(zhǎng)度4975km。

1.2 引黃灌溉工程

引黃灌溉：1956年后沿黃修建了一批小型虹吸工程，開(kāi)發(fā)引黃灌溉。1958年聊城位山修建了位山引黃閘，并規(guī)劃開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的灌區(qū)，建成后1959年2月放水，至1961年6月放水量約38.7億m3，與此同時(shí)相繼修建了簸箕李、韓墩等引黃灌區(qū)。1961年至1964年連續(xù)四年特大洪澇災(zāi)害后，為恢復(fù)自然流勢(shì)，突擊排水，大部分引黃灌區(qū)渠系廢除。1965年后，又連續(xù)大旱，1968年全年降水量不足300mm，特旱造成農(nóng)業(yè)欠收，引黃灌區(qū)又一次興起，于六十年代至七十年代先后興建了李家岸、潘莊、邢家渡、王莊、小開(kāi)河等大型灌區(qū)，恢復(fù)了位山灌區(qū)，灌溉面積1000多萬(wàn)畝，引黃灌溉縱橫全區(qū)，大型引黃閘8處，設(shè)計(jì)引水流量710m3/s，中小型引水閘20處，設(shè)計(jì)引水量122.6m3/s；近10年來(lái)的節(jié)水改造與續(xù)建配套工程的實(shí)施，引黃灌溉的發(fā)展，大大改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保證了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收；使大面積鹽堿地得到了改良，昔日的不毛之地披上了綠裝；有效控制了水土流失，增加了綠色植被，改善了生態(tài)環(huán)境，潘莊、邢家渡、位山、打漁張、韓墩、小開(kāi)河等引黃灌區(qū)公布為國(guó)家水利風(fēng)景區(qū)。

據(jù)魯北平原區(qū)2015-2020年各市水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)，年引黃水量平均為32.31億m3，最少的年份2017年引入28.16億m3，最多的年份2019年引入水量41.16億m3。

1.3 攔河閘工程

在六十年代末大量發(fā)展引黃灌溉的同時(shí)，沿干支流河道節(jié)節(jié)建閘蓄水調(diào)水，多數(shù)干流閘到1970年開(kāi)始運(yùn)用，僅徒駭河、馬頰河、德惠新河三干流即建設(shè)攔河閘32座，一次蓄水量可達(dá)2.3億m3，相當(dāng)于魯北區(qū)多年平均產(chǎn)水量的15%?，F(xiàn)魯北平原區(qū)建設(shè)閘壩290座，總設(shè)計(jì)蓄水量69235.46萬(wàn)m3，其中節(jié)制閘274座，設(shè)計(jì)蓄水量64640.46萬(wàn)m3；橡膠壩15座，總設(shè)計(jì)蓄水量4595萬(wàn)m3。攔河閘兼顧蓄水與排澇、擋潮、灌溉等作用，為附近工業(yè)、農(nóng)業(yè)和居民提供水源，為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收提供了堅(jiān)實(shí)保障。

1.4 其他工程

隨著干支流攔河閘的建立，沿河建有不同形式的揚(yáng)水站點(diǎn)，共有泵站1233座，裝機(jī)流量1298.76m3/s，裝機(jī)功率150980.65kw。塘壩124處，總蓄水量372.26萬(wàn)m3，灌溉面積4303畝。水庫(kù)96座，總庫(kù)容63702.3萬(wàn)m3。據(jù)魯北平原區(qū)2015-2020年各市水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)，年蓄引提水量平均為6.20億m3，最少的年份2019年取用水量4.75億m3，最多的年份2018年取用水量7.86億m3。

距離黃河較遠(yuǎn)的北部縣區(qū)，主要以發(fā)展井灌為主。規(guī)模以上機(jī)電井200973眼，年許可取水量114424.41萬(wàn)m3；規(guī)模以下灌溉機(jī)電井64576眼，年許可取水量4974.37萬(wàn)m3，灌溉面積305940畝。據(jù)魯北平原區(qū)2015-2020年各市水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)，年取用地下水量平均為9.38億m3，最少的年份2020年取用地下水量14.58億m3，最多的年份2015年取用地下水量16.88億m3。

2 水利工程對(duì)水文規(guī)律的影響

2.1 除澇工程引起的峰量關(guān)系的變化和洪水過(guò)程的變化

從解放初期一直到1964年，河系排澇能力低，河道斷面窄小，田間工程不配套，排水不暢。魯北平原區(qū)的峰量關(guān)系綜合經(jīng)驗(yàn)公式為Q=0.0172RF0.75(二次相差法綜合，不包括受洪水頂托的大水點(diǎn)據(jù))。經(jīng)干支流開(kāi)挖治理，田間配套等工程措施，峰量關(guān)系綜合經(jīng)驗(yàn)公式為Q=0.0254RF0.75，比原來(lái)增大了近一倍，洪水歷時(shí)比原來(lái)縮短了一半。

由于除澇工程對(duì)河道的擴(kuò)大治理，縮短了匯流時(shí)間，減少了大水年的積澇蒸發(fā)等損失，次洪水以及汛期洪水總量有偏大趨勢(shì)，如1972年7月6日在徒駭河流域，1977年8月5日在馬頰河流域，1974年8月9日在德惠新河流域所出現(xiàn)的特大暴雨其洪水總量就有明顯偏大。

除澇工程也經(jīng)常調(diào)整改變水系的組合，擴(kuò)大河網(wǎng)，改變了某些河段的自然流勢(shì)。使得水文控制站的流域特征值如河長(zhǎng)、流域面積等發(fā)生改變，難以考證清楚。致使水文規(guī)律的分析計(jì)算更加復(fù)雜。如1968年德惠新河的開(kāi)挖，即縮小了徒駭河、馬頰河的流域面積，又改變了原來(lái)兩河系支流的流向，河系的組合改變水文規(guī)律的基礎(chǔ)難以達(dá)到一致。

2.2 灌溉工程打破了河系界限，使主、客水串通

特別是引黃客水貫通于徒駭河、馬頰河、德惠新河之間，并可以使引黃客水直接調(diào)到最北邊的南運(yùn)河。在用水量大的自流灌區(qū)，抬升了地下水位，使飽氣帶土層變薄，改變產(chǎn)流規(guī)律。在相同的暴雨量時(shí)，產(chǎn)流量明細(xì)曾多。但由于自流灌區(qū)的范圍較小，大約不到魯北區(qū)的10%，所以對(duì)整個(gè)魯北區(qū)產(chǎn)流規(guī)律影響較小，影響較大的在徒駭河的原聊城四合頭水文站至濱州堡集閘水文站之間的區(qū)間范圍內(nèi)。

河系水量的串通主要是引黃灌溉的客水，引黃客水的使用時(shí)間正好是雨水稀少發(fā)生干旱，無(wú)地面徑流產(chǎn)生的時(shí)間。灌溉與除澇是水利管理工作的兩個(gè)對(duì)立面。灌溉時(shí)無(wú)澇可除，除澇時(shí)無(wú)須灌溉。同時(shí)汛期除澇排洪時(shí)水系界限分明，各排各的澇水，澇水是不容易串通的。除非發(fā)生自然決口或引水口門來(lái)不及關(guān)閉，造成澇水與引黃客水不易分清，這種事情還時(shí)有發(fā)生。主客水不清的問(wèn)題可以通過(guò)調(diào)查計(jì)算流域蓄水變量的方法予以解決?？菁镜牡拙€徑流已全部受人工控制并且量比較小，又與較大的灌溉客水量混合，要想實(shí)測(cè)這個(gè)時(shí)期的少量徑流十分困難。

2.3 攔河閘工程改變了中小水年洪水過(guò)程

降水量的季節(jié)性強(qiáng)，百分之七十到八十的降水量集中在汛期（6-9月），年徑流量的百分之八十以上產(chǎn)生于同期。全流域發(fā)生暴雨洪水期間，攔河閘全部提出水面，洪水順暢排泄，洪水過(guò)程接近天然徑流過(guò)程。

在中、小水年所有洪水峰型均受人工控制，由于匯流過(guò)程歷經(jīng)干、支流多處調(diào)節(jié)閘影響，所以面目全非，在水利工程影響以后，能夠提供一個(gè)比較完整而完全不受人類活動(dòng)影響的洪水過(guò)程是沒(méi)有的；只是影響程度大小不同，當(dāng)然平原區(qū)的洪水過(guò)程即便是在五十年代至六十年代初，盡管當(dāng)時(shí)人類活動(dòng)影響小，但洪水過(guò)程也不像山丘區(qū)那樣完整、規(guī)律性強(qiáng)；因平原區(qū)的洪水過(guò)程還受河槽調(diào)蓄、積澇滯洪、分洪決口等各種下墊面自然條件的影響。特別是閘壩蓄水抬高河槽水位，堵塞河槽兩側(cè)地下徑流，使枯季徑流過(guò)程改變了規(guī)律。但對(duì)于大水年的汛期由大暴雨形成的洪水影響相對(duì)較小，僅對(duì)起漲段和尾水段有影響。同時(shí)沿河揚(yáng)水站點(diǎn)可以直接從河道攔河閘的蓄水量中提取水量，特別是汛后的提出水量中，都包括了當(dāng)年的降雨徑流量，其他時(shí)間如春季的提出水量則多數(shù)是客水水量。

2.4 井灌區(qū)多年提取地下水降低了地下水位

井灌區(qū)由于多年提取地下水降低了地下水位，增加包氣帶土層變厚，對(duì)產(chǎn)流的影響與引黃灌區(qū)相反，如德州六六河武城站流域?yàn)榫鄥^(qū)，1984年8月9日流域平均降水量223.2mm，徑流深只有9.1mm，徑流系數(shù)為0.041，不考慮前期影響雨量的情況下，凈損失水量214.1mm。暴雨前，流域主要取用地下水，地下水埋深3-4m，流域邊界外最大埋深在7.0m左右。盡管暴雨量大，強(qiáng)度急，但產(chǎn)流量卻較小。

3 宏觀建議

3.1 優(yōu)化水文站網(wǎng)布局

魯北平原區(qū)徒駭河、馬頰河、德惠新河等大型河道上均布設(shè)國(guó)家基本水文站，并積累了30-50年以上的水文觀測(cè)資料，為研究水文規(guī)律提供保障。區(qū)內(nèi)平原河道相互貫通，流域面積在200km2以上的中小河流在2012-2018年期間借助中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)新建了水位站或水文站；水文站網(wǎng)在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、防汛抗旱、水利工程運(yùn)行管理、交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面提供了數(shù)據(jù)支撐，但隨著社會(huì)需求的增加，以防洪為主要服務(wù)對(duì)象的水文站網(wǎng)，但還不能滿足新形勢(shì)下節(jié)水型社會(huì)建設(shè)、水資源可持續(xù)利用、生態(tài)監(jiān)測(cè)等要求以縣域?yàn)閱卧?wù)的需要。建議在十四五期間對(duì)水文站網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以縣域?yàn)閱卧{(diào)整布置、該增加的增加，該撤銷的撤銷,該調(diào)整位置的調(diào)整位置，同時(shí)對(duì)單站雨量、蒸發(fā)、水位、流量、泥沙等觀測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)化安排，以便充分發(fā)揮水文站網(wǎng)的全能作用。

3.2 推進(jìn)現(xiàn)代水網(wǎng)建設(shè)

為實(shí)現(xiàn)山東現(xiàn)代水網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展，強(qiáng)化水資源節(jié)約利用，推進(jìn)安全、綠色發(fā)展，統(tǒng)籌融合發(fā)展，完善體制機(jī)制建設(shè)，2022年1月山東省人民政府印發(fā)《山東現(xiàn)代水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃》，魯北平原區(qū)借助《山東現(xiàn)代水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃》加強(qiáng)雨洪資源利用，提升水資源跨流域跨區(qū)域聯(lián)合調(diào)配能力；對(duì)流域面積200km2以上河道河段未達(dá)到規(guī)劃防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行系統(tǒng)治理，流域面積200km2以下河道進(jìn)行系統(tǒng)治理，配合海委實(shí)施漳衛(wèi)河（山東段）防洪綜合治理工程；加強(qiáng)水土流失綜合治理、地下水超采區(qū)綜合治理；建設(shè)全省雨情、水情、工情感知體系，信息資源整合與共享，著力構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化融合發(fā)展的智慧水網(wǎng)。

3.3 加快水文現(xiàn)代化建設(shè)

現(xiàn)代化水網(wǎng)，需要現(xiàn)代化水文監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行支撐和保障。《全國(guó)水文現(xiàn)代化建設(shè)規(guī)劃》、《全國(guó)水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十四五”規(guī)劃》、《山東省“十四五”水利發(fā)展規(guī)劃》，《山東省黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展水利專項(xiàng)規(guī)劃》已印發(fā)實(shí)施。十四五期間，山東省水文中心計(jì)劃對(duì)全省水文進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)，針對(duì)魯北平原區(qū)河網(wǎng)特點(diǎn)，在雨量、水位、地下水位、墑情實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀下，進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)提升，同時(shí)，降雪量、蒸發(fā)量進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)；針對(duì)不同河道選用不同儀器設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)在線流量監(jiān)測(cè)，有條件的水文測(cè)站泥沙監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，建設(shè)全省水文業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提升預(yù)報(bào)預(yù)警能力，為收集各項(xiàng)水文要素，研究水文規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

魯北平原區(qū)近幾十年來(lái)，水利事業(yè)迅速發(fā)展[3]，河道治理、引黃灌溉、病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固等工程發(fā)揮作用的同時(shí)，對(duì)流域水文規(guī)律影響比較大。水利工程的建設(shè)對(duì)河流的治理和規(guī)劃改變了人類生活，加強(qiáng)了城市建設(shè)，滿足了人類對(duì)水資源的需求，同時(shí)也影響了自然的水文規(guī)律；水利工程影響下的水文規(guī)律的研究，有關(guān)專家與學(xué)者應(yīng)對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)深入的探究與分析，掌握發(fā)生發(fā)展規(guī)律，為水旱災(zāi)害防御及經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供服務(wù)，同時(shí)保障水資源得到合理的開(kāi)發(fā)與可持續(xù)利用，優(yōu)化配置地表、地下、客水各類水源，實(shí)現(xiàn)工業(yè)與農(nóng)業(yè)、水量與水質(zhì)、供水與需水、排污與治污在內(nèi)的水資源統(tǒng)一管理，促進(jìn)人與自然和諧相處。