張修宇，康金鴿，陳 思

（1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046；2.河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450002）

1 引 言

流域暴雨頻發(fā)成為制約社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)發(fā)展的瓶頸［1］。河南省衛(wèi)河流域地處豫北地區(qū)，歷史上頻繁的洪澇、干旱等自然災(zāi)害給豫北人民帶來(lái)了深重災(zāi)難。2021年7月17—22日，衛(wèi)河流域局地發(fā)生特大暴雨，衛(wèi)河發(fā)生超歷史最高水位洪水（汲縣站水位超歷史極值1.84 m）；自7月19日開(kāi)始，河南省先后啟用境內(nèi)9處蓄滯洪區(qū)中的7處，截至23日總蓄水量約1.9億m3，轉(zhuǎn)移人口21.9萬(wàn)。衛(wèi)河是半懸式河床［2］，兩岸有很多洼地，用作蓄滯洪區(qū)。蓄滯洪區(qū)對(duì)于流域防洪減災(zāi)十分重要，其與河道、水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用可以削減洪峰、存蓄過(guò)量洪水，提高流域抵抗洪水的能力。計(jì)算和評(píng)價(jià)衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力具有重要意義。

對(duì)于雨洪資源利用，國(guó)內(nèi)外均有很多研究，例如：Islam等［3］構(gòu)建了孟加拉國(guó)相關(guān)流域模型框架，計(jì)算了研究區(qū)的雨水資源化潛力；Sharma等［4］根據(jù)印度225個(gè)主要降水區(qū)的作物在生長(zhǎng)期的氣候水量平衡關(guān)系，計(jì)算了604個(gè)地區(qū)的雨水資源利用潛力；孟凡香等［5］從雨水的自然屬性和社會(huì)屬性入手，采用分布式水文模型SWAT計(jì)算了研究區(qū)的雨水資源化潛力；王銀堂等［6］對(duì)流域?qū)用娴挠晁Y源利用模式進(jìn)行了探討，并對(duì)北京市區(qū)及海河流域的雨洪資源利用潛力進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)；張光輝等［7］研究了暴雨洪水對(duì)地下水的補(bǔ)給作用；王宗志等［8］采用極限分析理論，評(píng)價(jià)了南四湖流域洪水資源利用現(xiàn)狀和利用潛力；楊小柳等［9］研究了大黃堡洼蓄滯洪區(qū)洪水資源化的收益和損失；趙飛等［10］利用多年平均降水量法計(jì)算出了城市雨洪資源利用潛力。

從上述分析可以看出，國(guó)內(nèi)外雨洪資源利用潛力多以計(jì)算為主，很少將計(jì)算與評(píng)價(jià)模型結(jié)合起來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。筆者利用不同下墊面分析法［11］和評(píng)價(jià)模型相結(jié)合的方法，對(duì)衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源的利用潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

2 雨洪資源利用潛力分析

雨洪資源利用潛力［12］指在特定區(qū)域的一段時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過(guò)規(guī)劃設(shè)計(jì)采取與之對(duì)應(yīng)的技術(shù)并實(shí)施相應(yīng)的工程措施后，可以開(kāi)發(fā)利用的最大雨洪資源量。當(dāng)不考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力時(shí)可以被全部利用的雨水稱為雨洪資源利用理論潛力；但是不論采用何種技術(shù)和方法、建設(shè)什么設(shè)施，雨水資源都不可能被全部利用，其中能夠被利用的這部分雨洪稱為雨洪資源利用實(shí)際潛力［13］。

不同下墊面分析法是基于研究區(qū)域不同的下墊面面積進(jìn)行計(jì)算的一種方法，利用已知的降水資料對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行雨洪資源利用潛力計(jì)算分析，其結(jié)果比較準(zhǔn)確。雖然衛(wèi)河流域的下墊面種類比較多但易于區(qū)分，所以選取不同下墊面分析法對(duì)衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力進(jìn)行計(jì)算。

利用不同下墊面分析法時(shí)，為使計(jì)算簡(jiǎn)便，參照有關(guān)研究［14］將衛(wèi)河流域下墊面分為3類：一是不透水下墊面，主要包括城鎮(zhèn)、工礦和居民用地，其透水性能較差，計(jì)算時(shí)不包括降水損失量和棄流量；二是透水下墊面，包括耕地、林地等，其透水性較好，計(jì)算時(shí)不包括植被截留量；三是河、湖、池塘等可以直接將雨水轉(zhuǎn)化為資源的水域。衛(wèi)河流域雨洪資源利用潛力計(jì)算公式為

式中：A0為蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用的理論潛力，m3；A1為不透水下墊面雨洪資源量，m3；A2為透水下墊面雨洪資源量，m3；A3為水域雨洪資源量，m3；Ae為蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用的實(shí)際潛力，m3；At為臨界雨洪資源量，即超出防洪承載力的雨洪資源量，m3。其中

式中：m為降水場(chǎng)次；Ri為第i場(chǎng)降水的降水量，mm；RK為降水損失量和初期棄流量，兩者分別取1.6 mm和4.0 mm，即RK取5.6 mm；Ra為植被截留量，取0.3 mm；Rt為臨界降水量，取50 mm；S1為蓄滯洪區(qū)不透水地面的總面積，m2；S2為蓄滯洪區(qū)透水地面的總面積，m2；S3為蓄滯洪區(qū)水域總面積，m2；St為蓄滯洪區(qū)總面積，即St=S1＋S2＋S3，m2。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

基于數(shù)據(jù)的可獲得性［15］，選取對(duì)蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用影響較大的指標(biāo)。在查閱大量文獻(xiàn)并參考專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，采用層次分析法，構(gòu)建衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見(jiàn)表1）。

表1 衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2 構(gòu)建評(píng)價(jià)模型

（1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。利用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，首先需要一些相關(guān)專家依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和地區(qū)性質(zhì)，對(duì)準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的指標(biāo)作出重要性判斷；然后構(gòu)建判斷矩陣，進(jìn)行歸一化處理，得出指標(biāo)相對(duì)權(quán)重；最后對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，符合一致性檢驗(yàn)的權(quán)重即為所求。

（2）模糊綜合評(píng)價(jià)法。模糊綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)思路清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)，可使模糊的、難以量化的問(wèn)題得到很好解決。蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多且存在模糊性和不確定性，因此把層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，先用層次分析法計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重，再用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 實(shí)例應(yīng)用

4.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

衛(wèi)河全長(zhǎng)394 km，流域面積為15 229 km2，其中河南省境內(nèi)河長(zhǎng)286.5 km，流域面積12 921 km2，約占全流域面積的85%［2］。流域內(nèi)有9處蓄滯洪區(qū)，分別是良相坡、白寺坡、共渠西、長(zhǎng)虹渠、任固坡、小灘坡、廣潤(rùn)坡、崔家橋和柳圍坡，涉及3個(gè)地級(jí)市（新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽(yáng)）7個(gè)縣（?？h、湯陰、衛(wèi)輝、滑縣、內(nèi)黃、淇縣、安陽(yáng)縣），蓄滯洪區(qū)內(nèi)有397個(gè)行政村50.75萬(wàn)人和9.84萬(wàn)hm2耕地［2］。設(shè)計(jì)蓄滯洪總量10.87億m3，蓄滯洪區(qū)淹沒(méi)面積849.5 km2。衛(wèi)河流域呈西南—東北向，地勢(shì)總體為西高東低、南高北低。

選取新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽(yáng)3個(gè)地級(jí)市的降水?dāng)?shù)據(jù)作為衛(wèi)河流域的降水?dāng)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于2001—2020年《河南省水資源公報(bào)》。土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于各縣的土地利用總體規(guī)劃。

4.2 雨洪資源利用潛力分析

將新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽(yáng)3個(gè)市2001—2020年逐月降水量的平均值進(jìn)行加權(quán)平均，得出衛(wèi)河流域的年均降水量為612.5 mm。依據(jù)對(duì)蓄滯洪區(qū)下墊面類型的分析，由式（1）～式（6）計(jì)算得出衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力的計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表2）。

表2 不同下墊面分析計(jì)算結(jié)果 億m3

4.3 模型計(jì)算結(jié)果與分析

（1）利用層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。借助Yaahp軟件進(jìn)行層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算分析?；谝牙L制好的層次結(jié)構(gòu)模型和構(gòu)造的判斷矩陣，利用軟件對(duì)判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，生成層次分析法測(cè)評(píng)表并分發(fā)給專家進(jìn)行打分。測(cè)評(píng)表收回后，將其導(dǎo)入Yaahp軟件，將專家們反饋的權(quán)重利用Yaahp軟件的群決策面板將數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，即為所求指標(biāo)權(quán)重。

（2）利用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。參照2001—2020年《河南省水資源公報(bào)》《豫北地區(qū)水利工程管理手冊(cè)》及相關(guān)研究成果，確定衛(wèi)河流域雨洪資源利用潛力評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表3。Ⅰ級(jí)（優(yōu)）表示雨洪資源充沛且容易利用，雨洪資源利用潛力大；Ⅱ級(jí)（中）表示雨洪資源適配性比較好，雨洪資源利用潛力中等；Ⅲ級(jí)（差）表示雨洪資源匱乏且不容易利用，雨洪資源利用潛力小。

表3 衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合層次分析法計(jì)算出的權(quán)重，建立模糊綜合評(píng)價(jià)測(cè)評(píng)表，并確定評(píng)價(jià)等級(jí)：2.4～3.0分為Ⅰ級(jí)（優(yōu)）、1.5～2.4分為Ⅱ級(jí)（中）、1.5分以下為Ⅲ級(jí)（差）。隨后生成測(cè)評(píng)表發(fā)送給專家進(jìn)行測(cè)評(píng)，將收回的測(cè)評(píng)表導(dǎo)入Yaahp軟件自動(dòng)進(jìn)行矩陣構(gòu)造和計(jì)算，最終的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力指標(biāo)權(quán)重及模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可知：衛(wèi)河流域水資源基礎(chǔ)條件（B1）的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí)（優(yōu)），其指標(biāo)層中設(shè)計(jì)蓄滯洪量（C2）、淹沒(méi)面積（C3）評(píng)價(jià)結(jié)果均為Ⅰ級(jí)（優(yōu)），表明其蓄滯洪區(qū)蓄水能力較為突出，能夠很好地蓄滯洪水；多年平均降水量（C1）的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)（中），原因是當(dāng)?shù)啬昃邓坎淮螅邓话慵性谘雌?，容易形成暴雨，給雨洪資源利用帶來(lái)較大壓力。實(shí)施條件（B2）評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)（中），其指標(biāo)層中只有蓄滯洪區(qū)堤防長(zhǎng)度（C4）的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí)（優(yōu)），可見(jiàn)蓄滯洪區(qū)堤防的建設(shè)比較完善；蓄滯洪區(qū)使用概率（C5）和人口數(shù)量（C6）評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)（中），原因是蓄滯洪區(qū)的人口數(shù)量比較多，啟用時(shí)會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，只有發(fā)生特大暴雨時(shí)蓄滯洪區(qū)才會(huì)啟用，這在一定程度上影響了對(duì)雨洪資源的利用程度。社會(huì)經(jīng)濟(jì)（B3）的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí)（優(yōu)），說(shuō)明當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展能夠?yàn)樗Y源利用提供一定的經(jīng)濟(jì)支撐，這與河南是農(nóng)業(yè)大省、當(dāng)?shù)胤浅Ｖ匾曓r(nóng)業(yè)發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，雨洪資源利用有堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。耗水量（B4）的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)（中），其指標(biāo)層中農(nóng)業(yè)耗水量（C10）、工業(yè)耗水量（C11）、生活耗水量（C12）均為Ⅱ級(jí)（中），說(shuō)明農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水量較大，用水效率還有待提高，還有進(jìn)一步增大水資源利用潛力的可能。

衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力（A）的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí)（優(yōu)），說(shuō)明其雨洪資源充沛且容易利用，雨洪資源利用潛力大。通過(guò)不同下墊面分析法計(jì)算出衛(wèi)河流域的理論雨洪資源利用量為39.63億m3、實(shí)際雨洪資源利用量為38.80億m3，二者相差不大，原因主要是蓄滯洪區(qū)的耕地面積較大且耕地涵養(yǎng)水的能力較強(qiáng)。衛(wèi)河流域?qū)儆谌彼貐^(qū)，同時(shí)汛期暴雨集中容易發(fā)生洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重影響人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)該在保障安全的情況下合理利用雨洪資源，將風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文從水資源基礎(chǔ)條件、實(shí)施條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、耗水量4個(gè)方面選取12個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建河南省衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)果表明研究區(qū)雨洪資源利用潛力大。但是從評(píng)價(jià)結(jié)果看出，實(shí)施條件和用水效率還有待改善與提高。比如，蓄滯洪區(qū)內(nèi)的人口數(shù)量評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)（中），說(shuō)明蓄滯洪區(qū)的人口數(shù)量較多，蓄滯洪區(qū)啟用時(shí)損失較大，應(yīng)該設(shè)法減少蓄滯洪區(qū)內(nèi)的人口數(shù)量；耗水量的評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)（中），說(shuō)明蓄滯洪區(qū)的用水效率不高，應(yīng)該引進(jìn)節(jié)水技術(shù)和設(shè)施，提高用水效率，減少耗水量。

層次分析法帶有較強(qiáng)的主觀性，會(huì)對(duì)研究結(jié)果帶來(lái)一定的影響，另外滯洪區(qū)數(shù)據(jù)收集的局限性也會(huì)對(duì)分析結(jié)果帶來(lái)影響。下一步應(yīng)結(jié)合客觀分析法，完善衛(wèi)河流域蓄滯洪區(qū)雨洪資源利用潛力評(píng)價(jià)方法。