馮 峰，侯云峰

（1.黃河水利職業(yè)技術學院，河南 開封475004；2.三門峽水利水電技術開發(fā)公司，河南 三門峽 472000）

0 引言

洪水資源化是指通過規(guī)劃和設計，采取相應的工程措施，將汛期洪水蓄積起來，并作為一種可用水源的過程。 它不僅可以在一定程度上緩解區(qū)域水資源緊缺狀況，改善生態(tài)環(huán)境，同時還能有效地減輕排洪設施壓力，減少洪災損失[1]。 洪水資源利用不僅能夠產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益，更重要的是還有生態(tài)環(huán)境效益和社會效益[2]。 效益識別是進行洪水資源效益評價的第一步， 因此需要建立一種有效的、科學的、全面的效益識別方法。 目前可借鑒的方法有列表法、解析法、圖解法等[3]。 以上幾種常規(guī)識別方法存在一個共同問題，就是只單方面考慮洪水資源本身所具備的資源功能，而沒有考慮城市或流域對洪水資源的需求和承受接納能力，從而容易產(chǎn)生效益識別的重復、遺漏甚至是判斷失誤。 如果沒有對利用洪水資源的地區(qū)、城市或河流進行充分的需求調(diào)查和分析，只是一味考慮最大限度地利用洪水資源，有可能不僅不會產(chǎn)生效益，反而會導致洪水災害發(fā)生。 如果效益識別產(chǎn)生了錯誤，后面效益計算和綜合評價的正確性是很值得商榷的。

1 洪水資源利用功能與需求耦合效益識別方法

當前可借鑒的效益識別方法都沒有考慮不同的地理條件下、不同的城市背景下對洪水資源的需求量是多少，只是單獨從洪水資源角度去進行效益識別。 在這種情況下，能否計算出實際產(chǎn)生的效益是值得探討的。 因此必須根據(jù)洪水水的時間、空間、水質(zhì)、水量等功能屬性，結合所在區(qū)域對洪水資源的需求特點，構建一種適合于洪水資源本身特點的效益識別方法——洪水資源利用功能與需求耦合效益識別方法，以用水系統(tǒng)為主線，以洪水資源的質(zhì)和量為基礎，將洪水資源的功能與水資源需求對接、耦合，從而識別出洪水資源利用的效益。

1.1 耦合效益識別方法的思路和步驟

洪水資源利用功能與需求耦合效益識別方法的思路是從供與需兩個方面進行耦合，既考慮洪水資源所具備的功能，又考慮當?shù)鼗蛄饔驅樗Y源的可接納程度，做到4“有”：有可用資源，有當?shù)匦枨?，有接納能力，有工程措施。 這樣才能對效益進行準確的判斷和識別，也才能確保實際效益的產(chǎn)生[4]。

首先，從水量、水質(zhì)、水能各個功能屬性、資源特點對洪水資源進行識別；然后，根據(jù)河流所處的地理位置、周邊環(huán)境，以及所在地區(qū)和城市對水資源的具體需求進行識別；第三步是對功能與需求進行對接和耦合。 從而實現(xiàn)對一次洪水或一個區(qū)域可能產(chǎn)生的效益進行識別。 這種方法既克服了圖解法、清單法的單一、被動性，也避免了效益識別不當產(chǎn)生的重復、遺漏甚至錯誤識別等現(xiàn)象，達到科學合理的目的。 （如圖1 所示）。

圖1 洪水資源利用與需求耦合效益識別示意圖Fig.1 Flood resource utilization and requirement coupling benefit identification

1.2 建立耦合效益識別模型

將洪水資源利用功能與需求耦合效益識別法的識別過程進行模型化，構建其矩陣識別模型。

（1）構建功能矩陣

設洪水資源有n 種功能，組成集合

根據(jù)區(qū)域、河流的實際洪水資源情況，洪水的n個功能特性用指標特征值表示

構建洪水資源利用的功能矩陣F

式中：fj為洪水資源第j 項的功能特征值；n 為洪水資源所具備的功能種類。

（2）構建需求矩陣

設某區(qū)域或流域對洪水有m 種需求，組成集合

需求i 對洪水資源的功能要求用n 個指標特征值來表示

根據(jù)洪水資源利用區(qū)域或流域的實際需求情況，構建洪水資源利用的需求矩陣D

式中：dij為對洪水資源的第i 種需求的第j 個功能的需求特征值；n 為對洪水資源所要求的功能種類；m 為對洪水資源的需求種類。

（3）功能矩陣與需求矩陣耦合

將洪水資源利用的功能與需求進行對接和耦合。 將功能矩陣與需求矩陣對比，根據(jù)判別條件式（7）進行效益因子Bd 識別和賦值。 經(jīng)過判斷，具有該項效益因子Bdi 賦值為1， 不具備該項效益因子賦值為0。

（4）識別結果

河流洪水資源利用的效益因子，根據(jù)功能與需求耦合后的識別結果為效益因子矩陣Bd

2 白城市河流洪水資源效益識別分析

2.1 基本背景

白城市位于吉林省的西北部，屬干旱、半干旱地區(qū)，多年平均年降水量405mm，年蒸發(fā)量1 749mm，年降水量接近生態(tài)警戒線，年蒸發(fā)量是年降水量的4 倍多， 水資源供需嚴重失衡。 春旱發(fā)生頻率為91.4%，夏旱發(fā)生率為77.9%，秋旱發(fā)生率為79%[5]。干旱是現(xiàn)階段制約白城市國民經(jīng)濟發(fā)展的主要因素，而且對生態(tài)環(huán)境影響更為嚴重，全市堿化、沙化面積擴大，草原、濕地面積萎縮。 解決干旱問題，需要尋找足夠的水源，白城市江河徑流總量多年平均為230 億m3。但各河流約80%以上的徑流量以洪水形式出現(xiàn)在汛期的幾個月內(nèi)，嫩江一般2～3 年或連年有中等以上洪水發(fā)生；洮兒河和其他河流3～4 年有中等洪水發(fā)生。 因此，實現(xiàn)洪水資源化、充分利用洪水資源，可以緩解當?shù)厮Y源的不足，滿足當?shù)赜盟枨蟆?/p>

2.2 洪水資源的功能識別

主要是對白城市有可能利用的洮兒河和嫩江的洪水資源進行功能識別。 第一步是對洪水資源所具備的自然屬性和功能進行判斷。 第二步是進行量化，并附以相應的說明，為洪水資源優(yōu)化配置和合理利用奠定基礎（如表1 所示）。

根據(jù)對洪水資源的功能分析，構建功能矩陣F。

2.3 洪水資源的需求識別

以2005 年為例，對白城市水資源需求進行識別，首先判斷各種系統(tǒng)或行業(yè)需求程度，再確定需求水量，對白城市周邊的水庫、泡塘、濕地等接納能力進行分析，并加以簡要說明，為與洪水資源的功能耦合做好準備（如表2 所示）。

表1 白城市洪水資源功能識別Table 1 Flood resource function identification of Baicheng city

表2 白城市洪水資源需求識別參數(shù)Table 2 Flood resource requirement identification parameters of Baicheng city

根據(jù)對白城市用水需求的分析，構建需求矩陣D=(dij)9×8

3 功能與需求耦合

從供與需兩方面對洪水資源的功能和需求進行了識別，對功能與需求進行耦合，從而確定能產(chǎn)生哪些具體的效益， 以便對效益進行合并歸類、量化賦值、計算評估等后續(xù)工作。 本著以需定供，量入為出的原則進行耦合，根據(jù)不同系統(tǒng)對水的需求程度進行優(yōu)化配置，急需的用水優(yōu)先得到滿足（如圖2所示）。 2005 年白城市最大可蓄洪總量為19.58 億m3，急需水量為18 億m3，按照5 年一遇的洪水頻率計算得知，可利用洪水資源量為22.8 億m3。 在耦合的過程中，水量與需求相對應，按需分配，優(yōu)先分配急需的18 億m3。 然后，如果當年來水中有多余的洪水資源，可蓄在泡塘中，滿足其他行業(yè)需求，以不發(fā)生洪災為限。 水質(zhì)與要求相對應，不能滿足水質(zhì)要求，則需進行凈化處理后方可再利用。 洮兒河和嫩江所提供的洪水資源所具備的水能和水景觀功能由于沒有對應的需求，所以沒有耦合成功，也產(chǎn)生不了相應的效益。 凈化功能與生態(tài)需水量相對應，保證能夠滿足生態(tài)環(huán)境凈化的要求。 根據(jù)耦合的結果，對產(chǎn)生的效益進行分析，并根據(jù)種類進行合并歸類。

將洪水資源利用的功能與需求進行對接和耦合。 功能矩陣式（9）與需求矩陣式（10）對比，根據(jù)判別條件式（7）進行效益因子Bd 識別和賦值。 結果見式（11）。經(jīng)過判斷，Bdi 賦值為1，說明具有該項效益因子；賦值為0，說明不具備該項效益因子。 經(jīng)過耦合， 白城市洪水資源利用識別出了5 個效益因子：農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、涵養(yǎng)濕地和補充地下水。根據(jù)圖2，涵養(yǎng)濕地和泡塘蓄水會產(chǎn)生相關的蘆葦生產(chǎn)和牧草生產(chǎn)效益，因而增加蘆葦生產(chǎn)和牧草生產(chǎn)2 個效益因子。

圖2 功能與需求耦合效益識別方法過程示意圖Fig.2 Function and requirement coupling benefit identification method process

4 結論

洪水資源本身是一種非長期、非穩(wěn)定性的水資源，對其進行利用，首先要進行充分的風險分析，以保證在可承受的范圍內(nèi)加以利用。 為了確保能充分發(fā)揮洪水資源的綜合效益，功能與需求耦合識別方法一方面應從“供”的角度出發(fā)，對不同來水頻率下的水量、水質(zhì)、水能等洪水資源的基本功能進行識別；另一方面，應從“需”的角度對流域、地區(qū)或城市的需求和接納能力進行識別， 然后進行功能與需求、供給與需量、主動與被動相耦合，確保洪水資源效益識別的正確性。 這種方法可以在城市、區(qū)域或流域的洪水資源利用的效益識別當中使用，為下一步的綜合效益評價奠定良好的基礎，既可以為制定洪水資源利用預案提供可靠的效益分析，也可以為城市或區(qū)域利用洪水資源后產(chǎn)生的實際效益進行評估。

[1] 向立云，魏智敏. 洪水資源化——概念、途徑與策略[J].水利發(fā)展研究，2005（7）:24-29.

[2] 馮峰，孫五繼. 洪水資源化的實現(xiàn)途徑及手段探討[J].中國水土保持，2005（9）:4-5.

[3] 王卓甫. 工程項目風險管理[M].北京:中國水利水電出版社，2003：29-36.

[4] 馮峰，許士國. 洪水資源利用功能與需求耦合效益識別法研究[J]. 水文，2009，29(4):28-31.

[5] 許士國， 劉建衛(wèi). 通河湖庫洪水資源化補償特性分析[J].水利學報，2005，36(11):1359-1364.