一种雨洪资源挖潜量估算方法
阅读：1771发布：2020-11-27
专利汇可以提供一种雨洪资源挖潜量估算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种雨洪资源挖潜量估算方法，该雨洪资源挖潜量估算方法为：结合 水 利工程系统，采取相应工程措施和非工程措施对山丘区流域洪水资源挖潜量进行估算和对平原区流域洪水资源挖潜量进行估算。本发明通过 地下水 库科学引蓄地表洪水径流补充地下水，减少了入海和出境径流。通过采取地表地下水的有效联合调蓄，平原区地下水可开采量增加潜 力 很大；山丘区和平原区通过地表地下的有效调蓄，平均可新增雨洪资源利用量总共约2.71亿m3。地下水总开采量的增加可给生产、生活和生态带来巨大效益。，下面是一种雨洪资源挖潜量估算方法专利的具体信息内容。
1.一种雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，该雨洪资源挖潜量估算方法为：结合水利工程系统，采取相应工程措施和非工程措施对山丘区流域洪水资源挖潜量进行估算和对平原区流域洪水资源挖潜量进行估算；
所述山丘区流域洪水资源挖潜量根据下式进行估算：
Wf＝Wr+Wd+Wg (6-28)
其中，Wf-流域洪水资源挖潜量，m3；
Wr-水库动态水位调整及新建水库增蓄潜力，m3；
3
Wd-跨流域调配利用潜力，m；
Wg-地下水蓄渗利用潜力，m3；
所述平原区流域洪水资源挖潜量根据下式估算：
Wf＝Wh、k、g (6-30)
3
其中，Wf-平原区流域洪水资源挖潜量，m；
Wh、k、g-地下含水层通过河网、坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量，m3。
2.如权利要求1所述的雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，水库动态水位调整及新建水库增蓄潜力估算方法包括：
1)利用降水预报制定当日水库调蓄方略：
先根据1～3日降水预报结果进行水库宏观调蓄方略的制定，在调蓄方略的指导下，再根据实时降水预报信息进行实时洪水预报和调蓄调度方案的制定；并依次滚动制定调蓄调度方略和方案；其中，降水产流入库量按照产流系数法进行确定：
Wi＝Pi·A·α (6-7)
i-为1日或1～3日；
Wi-相应时段入库水量；
Pi-相应时段降水总量；
A-水库上游流域面积；
α-产流系数；
以目前水库的汛限水位为起调水位，则预计水位为：
W1-水库汛限水位所对应库容；
Wq-水库泄水总量；
Zi-为相应时段入库水量情况下，水库蓄水总量对应的库水位；
2)实时洪水预报：
在1～3日降水预报水库调蓄宏观方略的指导下，根据实时雨洪信息对水库上游及下游区间流域进行产汇流分析计算；
3)水库汛限水位调整方案：
水库实时调蓄时，在洪水预报预见期内有多大泄流能力就将水库水位向上浮动多少；
水库水位动态控制的影响因素包括面临时刻的水情、雨情、工情、降雨预报入库量及其误差分布、预见期内预泄能力、下游河道允许预泄的流量、决策信息传递的稳定性、速度及闸门操作时间；用公式表示为：
ΔZ1≤f[(q出-Q入)×t1]，q出≤q安 (6-9)
式中：ΔZ1表示在汛限水位Z0以上浮动增值；f[*]为预泄能力；t1为洪水预报预见期减去信息传递、决策、闸门操作时间的有效预见期；q出表示t1时期内平均泄流能力或泄流量；
Q入为t1时期内平均入流量；q安为防护点堤防过流能力。
3.如权利要求2所述的雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，水库水位向上浮动值的确定分以下四个步骤：
①计算有效预见期t1
t1＝t-tc-tj-tz (6-10)
式中：t表示洪水预报的预见期；tc为预报信息传递时间；tj为预泄决策调令传播时间；
tz为闸门操作时间；
②求t1期间平均出流q出，
假定面临时刻tf浮动水位增值ΔZ1′，则绝对水位为ZS′；规划的汛限水位Z0值加ΔZ1′；
根据ZS′与Z0，查水位泄量关系得qs′和q0，近似求t1期间平均出流：
q出＝(qs+q0)/2 (6-11)；
③求Q入；
据面临时刻tf预报的入库洪水过程推求t1期间平均入库流量，用梯形法可求出Q入；
④汛限水位上浮动值计算，
计算预泄水量的公式为：
(q出-Q入)×t1＝ΔV1 (6-12)；
由Z0所相应库容V0+ΔV1＝V″S查求库容水位关系得到V″S，如Z″S≠Z′S，则需重新设V′S，重复上述步骤①-④，若Z″S≈Z′S则试算停止，即Z′S为水库实时水位向上浮动值。
4.如权利要求1所述的雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，地下水蓄渗利用潜力估算方法为：结合地表水工程体系，进行地表水和地下水的联合调蓄，使流域汛期多余水量蓄渗地下；
地表水与地下水的交换量按下式计算：
W＝Q·t (6-25)
其中：
W-地表水与地下水交换总量；
t-地表水停滞时间；
Q-地表水与地下水的交换通量；
n-计算分区个数；
Qi-单一计算分区的交换量；
Ki-分区内的交换层渗透系数；
Ai-分区的面积；
Ji-地表水与地下水之间的水力梯度；
ΔHi-地表水与地下水之间的水位差；
Li-计算分区的中心与地下水计算点的投影距离。
5.如权利要求4所述的雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，地下水调蓄的库容计算方法包括：
(1)孔隙介质地下水库调蓄库容计算，地下水库调蓄库容计算采用均衡法；地下水库调蓄库容的基本计算公式为：
Vrs＝S·A·ΔH (6-14)
式中，Vrs为地下水库调蓄库容，m3；S为库区调蓄层地下赋水介质的释水系数，对无压赋* * *
水体S＝μ+μ，对有压赋水体S＝μ，其中μ为重力给水度，μ为弹性释水系数；A为库区面积，km2；ΔH为地下水库调蓄层厚度或最高水位与规划调蓄层底界面的水位差值，m；
在流域地表水与地下水联合优化调度中，确定地下水库的有效蓄水位Heff，以调蓄水面距隔水底板的高度不超过含水层的1/2～1/3为底界；极限高水位Hmax，为地面标高减去防涝渍所必须预留的厚度，最高水位保持具有良好的水力封闭性的微漏斗状态，若实时蓄水位为Hrea，，则最大调蓄库容Vmax、有效调蓄库容Veff与和实时调蓄库容Vredl，公式分别为：
Vmax＝S·A·(Hmax-Heff) (6-15)
Veff＝S·A·(Hnomal-Heff) (6-16)
Vreal＝S·A·(Hmax-Hreal) (6-17)
若地下赋水介质为均质的松散岩石颗粒，整个含水层释水系数基本不变，直接利用以上公式计算调蓄库容；若地下介质为非均质含水层，将库区划分成若干个小区，分别计算各小区的调蓄库容，累加起来即为库区总调蓄库容；
Vmax＝Si·Ai·ΔHi (6-19)
式中：V为库区总调蓄库容，m3；n为划分小区总数；Vmax为各计算小区的调蓄库容，m3；Si、Ai、ΔHi分别为各计算小区对应调蓄层的释水系数、面积和调蓄层的厚度；
(2)岩溶地下水库调蓄库容计算：采用蓄水空间几何形态概化法对拟建地下水库不同水头高度的水库库容进行初步评价；
岩溶地下水库蓄水空间由地下岩溶管道和溶隙裂隙两部分组成；地下岩溶管道包括地下暗河管道和侧向管道；岩溶地下水库库容的计算公式为：
V＝V1+V2 (6-20)
3 3
式中V1为地下暗河管道和侧向管道的充水体积(m)；V2是岩石赋水孔隙体积，m。
6.如权利要求5所述的雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，所述蓄水空间几何形态概化法为：将岩溶管道概化为柱体形状，将岩石孔隙概化为三角锥体形状分别计算其赋水容量，计算公式为：
V2＝(1/3)·(H3/IJ)·μ (6-22)
式中H为坝前水头，m；为地下暗河管道或溶洞的平均宽度m；L为地下暗河管道的赋水长度，m；I是地下河体边坡坡度；J是流入地下河的岩溶水水力坡度；μ是岩溶含水介质的给水度或岩溶率；
岩溶含水层的给水度可采用地下水动态观测法或钻孔岩芯统计法确定；
对于多层岩溶管道或多级分支的地下岩溶管道系统，分别对每个管道计算出Vi，再累加起来为地下岩溶管道系统的总库容，此时公式变为：
利用岩溶地下水库库容计算公式分别计算出不同坝前水头H1和H2所对应的库容V1与V2，则调蓄库容的计算公式为：
Vrs＝V1-V2 (6-24)。
7.如权利要求1所述的雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，所述平原区流域洪水资源挖潜量估算中地下含水层通过河网、坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量估算方法包括：
平原区河网洪水资源挖潜量计算时，根据年降水、径流情况，根据蓄水闸调度原则和河网输水能力进行跨区域或流域调节计算。
8.如权利要求7所述的雨洪资源挖潜量估算方法，其特征在于，所述蓄水闸调度原则为：
利用1～3日气象台降水量预报信息，制定当日各蓄水闸调蓄方略；
各蓄水闸总来水量采用产流系数法计算，见公式(6-26)；
以目前蓄水闸的最低水位为起调水位，则预计水位为：
W1-蓄水闸设计水位所对应河道蓄水量；
Wi-相应时段流入蓄水闸上游河道的总水量；
Wq-蓄水闸安全泄水量；
Zi-为相应时段流入河道水量情况下，蓄水闸蓄水总量对应的闸前水位；
在水闸蓄泄过程中，利用涨洪期洪水进行河道的冲沙冲污。
一种雨洪资源挖潜量估算方法
技术领域
背景技术
[0002] 目前，水资源总量不足，且年际年内分布不均，利用难度较大，水资源供需矛盾突出，在实施一系列开源、节流措施及南水北调工程通水后，至远期水平年(2030年)，可实现水资源供需基本平衡，但供水结构中对外来水源(黄河水、长江水)依赖性增加，外来水源占总供水量的30％左右。部分地区汛期降水量占全年3/4左右，汛期天然径流量占全年的4/5，然而，大量汛期洪水却得不到充分利用。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种雨洪资源挖潜量估算方法，旨在解决目前大量汛期洪水却得不到充分利用的问题。
[0004] 本发明是这样实现的，一种雨洪资源挖潜量估算方法，该雨洪资源挖潜量估算方法为：结合水利工程系统，采取相应工程措施和非工程措施对山丘区流域洪水资源挖潜量进行估算和对平原区流域洪水资源挖潜量进行估算；
[0005] 所述山丘区流域洪水资源挖潜量根据下式进行估算：
[0006] Wf＝Wr+Wd+Wg (6-28)
[0007] 其中，Wf-流域洪水资源挖潜量，m3；
[0008] Wr-水库动态水位调整及新建水库增蓄潜力，m3；
[0009] Wd-跨流域调配利用潜力，m3；
[0010] Wg-地下水蓄渗利用潜力，m3；
[0011] 所述平原区流域洪水资源挖潜量根据下式估算：
[0012] Wf＝Wh、k、g (6-30)
[0013] 其中，Wf-平原区流域洪水资源挖潜量，m3；
[0014] Wh、k、g-地下含水层通过河网、坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量，m3。
[0015] 进一步，水库动态水位调整及新建水库增蓄潜力估算方法包括：
[0016] 1)利用降水预报制定当日水库调蓄方略：
[0017] 先根据1～3日降水预报结果进行水库宏观调蓄方略的制定，在调蓄方略的指导下，再根据实时降水预报信息进行实时洪水预报和调蓄调度方案的制定；并依次滚动制定调蓄调度方略和方案；其中，降水产流入库量按照产流系数法进行确定：
[0018] Wi＝Pi·A·α (6-7)
[0019] i-为1日或1～3日；
[0020] Wi-相应时段入库水量；
[0021] Pi-相应时段降水总量；
[0022] A-水库上游流域面积；
[0023] α-产流系数；
[0024] 以目前水库的汛限水位为起调水位，则预计水位为：
[0025]
[0026] W1-水库汛限水位所对应库容；
[0027] Wq-水库泄水总量；
[0028] Zi-为相应时段入库水量情况下，水库蓄水总量对应的库水位；
[0029] 2)实时洪水预报：
[0030] 在1～3日降水预报水库调蓄宏观方略的指导下，根据实时雨洪信息对水库上游及下游区间流域进行产汇流分析计算；
[0031] 3)水库汛限水位调整方案：
[0032] 水库实时调蓄时，在洪水预报预见期内有多大泄流能力就将水库水位向上浮动多少；水库水位动态控制的影响因素包括面临时刻的水情、雨情、工情、降雨预报入库量及其误差分布、预见期内预泄能力、下游河道允许预泄的流量、决策等信息传递的稳定性、速度及闸门操作时间；用公式表示为：
[0033] ΔZ1≤f[(q出-Q入)×t1]，q出≤q安 (6-9)
[0034] 式中：ΔZ1表示在汛限水位Z0以上浮动增值；f[*]为预泄能力；t1为洪水预报预见期减去信息传递、决策、闸门操作时间的有效预见期；q出表示t1时期内平均泄流能力或泄流量；Q入为t1时期内平均入流量；q安为防护点堤防过流能力。
[0035] 进一步，水库水位向上浮动值的确定分以下四个步骤：
[0036] ①计算有效预见期t1
[0037] t1＝t-tc-tj-tz (6-10)
[0038] 式中：t表示洪水预报的预见期；tc为预报信息传递时间；tj为预泄决策调令传播时间；tz为闸门操作时间；
[0039] ②求t1期间平均出流q出，
[0040] 假定面临时刻tf浮动水位增值ΔZ1′，则绝对水位为ZS′(规划的汛限水位Z0值加ΔZ1′)；
[0041] 根据ZS′与Z0，查水位泄量关系得qs′和q0，近似求t1期间平均出流[0042] q出＝(qs+q0)/2 (6-11)；
[0043] ③求Q入，
[0044] 据面临时刻tf预报的入库洪水过程推求t1期间平均入库流量，用梯形法可求出Q入；
[0045] ④汛限水位上浮动值计算，
[0046] 计算预泄水量的公式为：
[0047] (q出-Q入)×t1＝ΔV1 (6-12)；
[0048] 由Z0所相应库容V0+ΔV1＝V″S查求库容水位关系得到V″S，如Z″S≠Z′S，则需重新设V′S，重复上述步骤①-④，若Z″S≈Z′S则试算停止，即Z′S为水库实时水位向上浮动值。
[0049] 进一步，跨流域调配利用潜力估算方法为：实施雨洪资源跨区域或流域调度时，结合短期天气预报和实时洪水预报进行调算，制定即时调度方案。
[0050] 进一步，地下水蓄渗利用潜力估算方法为：结合地表水工程体系，进行地表水和地下水的联合调蓄，使流域汛期多余水量蓄渗地下；
[0051] 地表水与地下水的交换量按下式计算：
[0052] W＝Q·t (6-25)
[0053]
[0054]
[0055] 其中：
[0056] W-地表水与地下水交换总量；
[0057] t-地表水停滞时间(地下蓄渗雨洪资源挖潜量根据地表水增加停滞时间计算)；
[0058] Q-地表水与地下水的交换通量；
[0059] n-计算分区个数；
[0060] Qi-单一计算分区的交换量；
[0061] Ki-分区内的交换层渗透系数；
[0062] Ai-分区的面积；
[0063] Ji-地表水与地下水之间的水力梯度；
[0064] ΔHi-地表水与地下水之间的水位差；
[0065] Li-计算分区的中心与地下水计算点的投影距离；
[0066] 进一步，地下水调蓄的库容计算方法包括：
[0067] (1)孔隙介质地下水库调蓄库容计算，地下水库调蓄库容计算采用均衡法；地下水库调蓄库容的基本计算公式为：
[0068] Vrs＝S·A·ΔH (6-14)
[0069] 式中，Vrs为地下水库调蓄库容(m3)；S为库区调蓄层地下赋水介质的释水系数，对无压赋水体S＝μ+μ*，对有压赋水体S＝μ*，其中μ为重力给水度(无量纲)，μ*为弹性释水系数(无量纲)；A为库区面积(km2)；ΔH为地下水库调蓄层厚度或最高水位与规划调蓄层底界面的水位差值(m)；
[0070] 在流域地表水与地下水联合优化调度中，确定地下水库的有效蓄水位Heff，以调蓄水面距隔水底板的高度不超过含水层的1/2～1/3为底界；极限高水位Hmax，为地面标高减去防涝渍所必须预留的厚度，最高水位保持具有良好的水力封闭性的微漏斗状态，若实时蓄水位为Hrea，，则最大调蓄库容Vmax、有效调蓄库容Veff与和实时调蓄库容Vreal，公式分别为[0071] Vmax＝S·A·(Hmax-Heff) (6-15)
[0072] Veff＝S·A·(Hnomal-Heff) (6-16)
[0073] Vreal＝S·A·(Hmax-Hreal) (6-17)
[0074] 若地下赋水介质为均质的松散岩石颗粒，整个含水层释水系数基本不变，直接利用以上公式计算调蓄库容；若地下介质为非均质含水层，将库区划分成若干个小区，分别计算各小区的调蓄库容，累加起来即为库区总调蓄库容；
[0075]
[0076] Vmax＝Si·Ai·ΔHi (6-19)
[0077] 式中：V为库区总调蓄库容(m3)；n为划分小区总数；Vmax为各计算小区的调蓄库容(m3)；Si、Ai、ΔHi分别为各计算小区对应调蓄层的释水系数、面积和调蓄层的厚度；
[0078] (2)岩溶地下水库调蓄库容计算：采用蓄水空间几何形态概化法对拟建地下水库不同水头高度的水库库容进行初步评价；
[0079] 岩溶地下水库蓄水空间由地下岩溶管道和溶隙裂隙两部分组成；地下岩溶管道包括地下暗河管道和侧向管道；岩溶地下水库库容的计算公式为：
[0080] V＝V1+V2 (6-20)
[0081] 式中V1为地下暗河管道和侧向管道的充水体积(m3)；V2是岩石赋水孔隙体积(m3)。
[0082] 进一步，所述蓄水空间几何形态概化法为：将岩溶管道概化为柱体形状，将岩石孔隙概化为三角锥体形状分别计算其赋水容量，计算公式为：
[0083]
[0084] V2＝(1/3)·(H3/IJ)·μ (6-22)
[0085] 式中H为坝前水头(m)；为地下暗河管道或溶洞的平均宽度(m)；L为地下暗河管道的赋水长度(m)；I是地下河体边坡坡度；J是流入地下河的岩溶水水力坡度；μ是岩溶含水介质的给水度或岩溶率；
[0086] 岩溶含水层的给水度可采用地下水动态观测法或钻孔岩芯统计法确定；
[0087] 对于多层岩溶管道或多级分支的地下岩溶管道系统，分别对每个管道计算出Vi，再累加起来为地下岩溶管道系统的总库容，此时公式变为
[0088]
[0089] 利用岩溶地下水库库容计算公式分别计算出不同坝前水头H1和H2所对应的库容V1与V2，则调蓄库容的计算公式为：
[0090] Vrs＝V1-V2 (6-24)。
[0091] 进一步，所述平原区流域洪水资源挖潜量估算中地下含水层通过河网、坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量估算方法包括：
[0092] 平原区河网洪水资源挖潜量计算时，根据年降水、径流情况，根据蓄水闸调度原则和河网输水能力进行跨区域或流域调节计算；
[0093] 坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量估算方法为：
[0094] 进一步，所述蓄水闸调度原则为：
[0095] 利用1～3日气象台降水量预报信息，制定当日各蓄水闸调蓄方略；
[0096] 各蓄水闸总来水量采用产流系数法计算，见公式(6-26)；
[0097] 以目前蓄水闸的最低水位为起调水位，则预计水位为：
[0098]
[0099] W1-蓄水闸设计水位所对应河道蓄水量；
[0100] Wi-相应时段流入蓄水闸上游河道的总水量；
[0101] Wq-蓄水闸安全泄水量；
[0102] Zi-为相应时段流入河道水量情况下，蓄水闸蓄水总量对应的闸前水位；
[0103] 在水闸蓄泄过程中，利用涨洪期洪水进行河道的冲沙冲污。
[0104] 本发明采取多种雨洪资源利用措施，将部分雨洪资源转化为可利用的水资源，适时适地提供了维持流域和城市经济社会发展及生态环境良性循环所需的水量。本发明在水资源供需矛盾日益紧张情况下，最大限度地发挥雨洪资源利用潜力，把防洪与减灾，除害与兴利有效地结合起来，对流域水资源可持续利用具有重要的现实意义。雨洪资源不仅可以增加地表水供水量，缓解水资源供需紧张状况，而且具有很大的环境效益，如回补地下水、湿地与洼淀蓄水、改善河流水质、冲刷河道水库泥沙、为平原三角洲地区输送养分等。
[0105] 本发明增加了地表水利用量，科学拦蓄、调度洪水资源，可直接将洪水资源转变为可资利用的地表水资源量。根据估算，在可预见期内，通过采取一系列雨洪资源利用措施，如通过采取基于天气、洪水预报的水库动态水位调整和蓄水闸科学调蓄，建设地下水库，实施地表-地下水的联合调度，河系沟通调蓄洪水、城市雨水利用、跨流域调配洪水等措施，可增加雨洪资源挖潜量共计19.1亿m3，增加的供水量对缓解水资源供需紧张状况，支撑和保障国民经济和社会的可持续发展具有重要的意义。本发明回补了地下水，通过地表水、地下水的联合调蓄，利用河道、坑塘、洼淀、地下水库蓄渗工程等积极调蓄、引渗地表洪水资源，蓄渗补充地下水，可以恢复超采区地下水位，使地下水开采达到多年平均下的采补平衡。通过地下水库科学引蓄地表洪水径流补充地下水，减少了入海和出境径流。通过采取地表地下水的有效联合调蓄，平原区地下水可开采量增加潜力很大。经估算，山丘区和平原区通过地表地下的有效调蓄，平均可新增雨洪资源利用量总共约2.71亿m3。地下水总开采量的增加可给生产、生活和生态带来巨大效益。
[0106] 本发明对湿地及自然保护区提供了生态补水水源，湿地与坑塘洼淀不仅可以蓄滞洪水，回补地下水，而且可以改善湿地、坑塘洼淀的生态，充分实现洪水资源的生态效益。通过实施雨洪资源利用，可向湿地提供生态补水水源，据估算，利用雨洪资源多年平均可提供湿地生态补水水源为6.5亿m3，将极大的改善湿地生存状态，维持湿地良好的生态平衡。
[0107] 本发明改善了河流水质：科学合理利用洪水资源可以有效改善河流水质。由于人口的增加和经济的快速发展，目前多数河流的水质状况较差，尤其是河流的中下游河段，途径人口密集，经济较发达地区，河流水质基本都在IV类水以下，给两岸的生产生活带来了不可估量的损失。通过科学合理调蓄利用洪水资源，尤其是利用涨洪期洪水进行河道冲污。退洪后可积极利用水库、蓄水闸多蓄洪水，保证一定下泄流量，冲泄稀释污水，改善河流水环境。洪水资源的冲沙作用和冲污作用相似，科学利用涨洪期洪水进行水库和河道的排沙冲沙调度，实现洪水的冲沙效益；洪水量大流急，可将内陆大量养分携带到河口地区，维持河口生态的健康。河口养分的输送作用也是洪水资源的效益之一。附图说明
[0108] 图1是本发明实施例提供的山丘区雨洪资源利用模式挖潜量估算示意图。
[0109] 图2是本发明实施例提供的平原区雨洪资源利用模式挖潜量估算示意图。
具体实施方式
[0110] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0111] 下面结合具体实施例对本发明的应用原理作详细的描述。
[0112] 本发明实施例提供的雨洪资源挖潜量估算方法为：结合水利工程系统，采取相应工程措施和非工程措施对山丘区流域洪水资源挖潜量进行估算和对平原区流域洪水资源挖潜量进行估算；
[0113] 所述山丘区流域洪水资源挖潜量根据下式进行估算：
[0114] Wf＝Wr+Wd+Wg (6-28)
[0115] 其中，Wf-流域洪水资源挖潜量，m3；
[0116] Wr-水库动态水位调整及新建水库增蓄潜力，m3；
[0117] Wd-跨流域调配利用潜力，m3；
[0118] Wg-地下水蓄渗利用潜力，m3；
[0119] 所述平原区流域洪水资源挖潜量根据下式估算：
[0120] Wf＝Wh、k、g (6-30)
[0121] 其中，Wf-平原区流域洪水资源挖潜量，m3；
[0122] Wh、k、g-地下含水层通过河网、坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量，m3。
[0123] 下面具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
[0124] 1.1洪水资源化必须以防汛安全为前提
[0125] 洪水资源化要坚持确保工程安全、防洪安全、适度承担风险的原则，不能忽视安全而一味地追求兴利；要坚持整体利益最大化原则，讲求投入与产出、效益与损失的合理，趋利避害，不能以牺牲生态环境为代价，也不能转移生态环境问题；要坚持利益均衡的原则，建立风险共担、利益共享、损失补偿的机制。
[0126] 1.2雨洪资源利用模式及挖潜量估算
[0127] 1.2.1地形地貌及水系水利工程分布情况
[0128] 根据山丘区和平原区不同的地形地貌和水系水利工程系统，将流域洪水利用模式分为两大类：山丘区雨洪资源利用模式和平原区雨洪资源利用模式。
[0129] 如图1所示，1.2.2山丘区雨洪资源利用模式
[0130] 山丘区雨洪资源利用模式主要由已建水库动态汛限水位调整、地表水库建设、地下水库工程建设、河网水系和库河串联调度等一套措施构成。
[0131] 1.2.2.1水库汛限水位动态调整及调蓄方案
[0133] 1)考虑库容补偿法确定汛限水位动态控制
[0134] 共同承担一个下游防洪目标的水库群，形成梯级水库联合调度系统，需按下游防洪控制点的要求进行补偿调度或错峰调度。某水库有余富防洪库容，则另几个水库可以抬高汛期限制水位，以充分利用防洪库容。实现补偿调节的条件是水库泄水到达防洪控制点的传播时间小于或等于区间洪水的集流时间或预报的预见期，以及区间洪水预报的精度要满足要求。
[0135] 对于下游防洪目标而言，在实时洪水库群联合调度过程中，如果上游水库实际具有的防洪库容大于设计值时，则下游水库可以用上游水库增加的防洪库容，换算为下游水库的动态抬高汛期限制水位。
[0136] 2)考虑年内洪水统计特性变化规律确定汛限水位动态控制
[0137] 目前水库汛限水位确定方法是采用频率分析法。假定洪水为随机现象，年际间洪水是独立不相关的，不考虑洪水年际之间和年内洪水统计特性变化规律性。因此设计洪水分析计算时，采用年最大法取样。另外，因为没有判定已发生洪水是否属于年最大的标准，所以在主汛期发生一次洪水后，还需防御下一次更大或设计洪水的来临，故在整个汛期只维持一个限制水位。这种做法，往往容易导致汛期限制水位长期偏低，甚至被迫弃水，从而影响水库的兴利效益。
[0138] 3)预蓄预泄实时汛限水位动态控制法
[0139] 预蓄预泄实时汛限水位动态控制法是在设计的汛期限制水位动态控制范围内，保证水库本身及对上下游的原防洪设计指标不变的前提下进行的。它研究在有效预见期内，如何利用水库的泄流能力，在满足下游防洪安全前提下，根据实时洪水预报和降雨预报信息，预报时留有余地(考虑预报误差及其他干扰)地确定预见期内的汛限水位控制值，上浮的水位在下次洪水来临前降回到原来的汛限水位，以确保水库和下游防洪安全。另外，在大暴雨预报的有效预见期内的退水过程有多大的余富水量，便将汛限水位下调多少，且留有余地，故称为预泄回充法。汛限水位动态控制方法研究的关键问题是汛限水位上下浮动值确定方法。
[0140] 4)汛限水位动态控制综合信息模糊推理模式法
[0141] 1)模糊推理法CRI(Compositional Rule of Inference)。
[0142] 模糊推理方法是L.A.Zadeh1973年提出的。利用模糊关系的合成规则，给出如下的近似推理方法：
[0143] 给定Fuzzy蕴涵命题“若A则B”，则定义：
[0144]
[0145] 若已知A*∈F[U]，则可由蕴涵关系推得B*∈F[v]
[0146] B*＝RοA* (6-2)
[0147] 即
[0148] 若给定一组Fuzzy蕴涵命题“若Ai则Bi”，i＝1，2，…n，Ai∈F(μ)，Bi∈F(v)[0149] 则定义总的推理关系R为
[0150] 此式仍可用式(6-2)作近似推理。
[0151] 不难看出，模糊推理方法核心是构造蕴涵关系，作关系合成运算。当遇到双重蕴含命题“若Ai且Bi则Ci”，i＝1，2，…n，Ci∈F(ω)，则总的推理关系R为
[0152]
[0153] 这是一个三元关系，计算很复杂。汛限水位动态控制涉及的因素较多，因子超过三个，属于多重蕴涵命题，出现了多维模糊合成运算的极大困难。L.A.Zadeb提出的近似推理合成方法无能为力。
[0154] 2)多重蕴含命题特征展开近似推理法
[0155] 其关键是证明了定理1与定理2。此方法即不必作合成运算，也不要构造推理关系，尤其是对多重蕴涵命题，计算很简便。
[0156] 定理1：设{Ai}为U上的独立系， i＝1，2，…n；蕴涵命题“若Ai则Bi”推理*关系 则对于任意A∈F(U)，推理结果有
[0157]
[0158] 其中定义 为A*关于{Ai}的特征系数。
[0159] 定理2：设{Ai}、{Bi}为U、V上的独立系， i＝1，2，…n；蕴含命题“若Ai且Bi则Ci”推理关系 则对于任意A*∈F(ZU，推理结果有
[0160]
[0161] 其中 分别是A*关于{Ai}，B*关于{Bi}的特征系数。
[0162] 把定理1与定理2推广到一般情况，是多重蕴涵命题特征展开近似推理法，要点是：
[0163] 设 分别是m个论域U1，U2，…Um的独立系， 一个近似推理系统是由一组多重蕴涵命题“若 且 且…且 则Bi”构成，已知
则推理结果为：
则推理结果为：
[0164]
[0165] 其中 i＝1，2，…，n，j＝1，2，…，m称为特征系数。这一方法的突出特点是只要求出特征系数便得推理结果。
[0166] (2)汛限水位调整成功实例总结
[0167] 1)湖南鱼潭水库坝址以上控制流域面积2473km2，水库总库容1.215亿m3；在确保水库及上、下游防洪安全的前提下，将原有整个汛期固定运行的汛限水位改为根据实时水文气象情况作适当浮动的汛限水位，以尽可能地利用洪水资源，求得社会效益和经济效益最大化。
[0168] 鱼潭水库主汛期控制水位241.4m，次汛期汛限水位246m；当上游无暴雨时，经请示市防汛抗旱指挥部同意，主汛期汛限水位可适当上浮，但最高不得高于244.1m；当上游发生暴雨洪水时，必须在洪水入库前，将坝前水位以安全流量预泄至241.4m。2004年水库管理单位8次临时利用防洪库容拦蓄洪尾，多蓄水量达1.76亿m3。多蓄水量与总库容之比为145％。
[0169] 2)湖北漳河水库为国家防总在湖北省汛限水位试点研究水库，水库总库容21.01亿m3。多年统计弃水较多，通过分期汛限水位调整，经长系列兴利调节计算结果显示，平均3
可减少弃水1.576亿m。多蓄水量与总库容之比为7.5％。
可减少弃水1.576亿m。多蓄水量与总库容之比为7.5％。
[0170] 3)河北省潘家口水库流域面积33700km2，总容量29.3亿立方米，发电能力为45万千瓦，是华北地区最大的水利水电工程。通过采用预泄能力约束法分析确定潘家口水库汛期汛限水位动态控制域，不同预报预见期的主汛期汛限水位动态控制范围可在设计汛限水位以上1.43～5.10m之间；后汛期则可控制在0.94～3.91m之间。按此汛限水位动态控制域控制，潘家口水库理论上最大可增加蓄水能力0.65亿～2.59亿m3。多蓄水量与总库容之比为2.2～8.8％。
[0171] 以模糊统计法计算得出的潘家口水库逐旬汛限水位动态控制域结果看，潘家口水库理论上最大可增加蓄水能力1.83亿m3。多蓄水量与总库容之比为6.24％。
[0172] 4)河北东武仕水库控制流域面积340km2，总库容1.615亿m3。采用漫坝风险分析法，对水库最大防洪标准为其上限的洪水系列与有效风险系列联合作用下的漫坝风险进行计算。研究结果显示，汛限水位由102.8m提高到104.0m，安全可靠度为99.9％，水库多蓄1233.7万m3。多蓄水量与总库容之比为7.5％。
[0173] (3)山丘区水库动态水位调整方法
[0174] 山丘区水库动态水位调整按照考虑降水预报的预蓄预泄法进行。从水库调蓄方略制定、实时洪水预报和水库动态水位调整方案三方面进行阐述。
[0175] 1)利用降水预报制定当日水库调蓄方略
[0176] 为便于全省范围大中型水库的预蓄预泄调蓄方案的制定，先根据1～3日降水预报结果进行水库宏观调蓄方略的制定，在调蓄方略的指导下，再根据实时降水预报信息进行实时洪水预报和调蓄调度方案的制定。并依次滚动制定调蓄调度方略和方案。其中，降水产流入库量按照产流系数法进行确定：
[0177] Wi＝Pi·A·α (6-7)
[0178] i-为1日或1～3日；
[0179] Wi-相应时段入库水量；
[0180] Pi-相应时段降水总量(气象预报降水量为范围值，按范围平均值进行确定)；
[0181] A-水库上游流域面积；
[0182] α-产流系数。
[0183] 因水库上下游降水通常具有连贯性，需考虑下游区间降水产流进行补偿调节。以目前水库的汛限水位为起调水位，则预计水位为：
[0184]
[0185] W1-水库汛限水位所对应库容；
[0186] Wq-水库泄水总量；
[0187] Zi-为相应时段入库水量情况下，水库蓄水总量对应得库水位(根据水库库容-水位曲线确定)。
[0188] 2)实时洪水预报
[0189] 在1～3日降水预报水库调蓄宏观方略的指导下，根据实时雨洪信息对水库上游及下游区间流域进行产汇流分析计算，利于水库的实时调节计算。
[0190] 3)水库汛限水位调整方案
[0191] 水库实时调蓄时，在洪水预报预见期内有多大泄流能力就将水库水位向上浮动多少。水库水位动态控制的影响因素包括面临时刻的水情、雨情、工情、降雨预报入库量及其误差分布、预见期内预泄能力、下游河道允许预泄的流量、决策等信息传递的稳定性、速度及闸门操作时间等。用公式概括上述诸因素，可表示为：
[0192] ΔZ1≤f[(q出-Q入)×t1]，q出≤q安 (6-9)
[0193] 式中：ΔZl表示在汛限水位Z0以上浮动增值；f[*]为预泄能力；t1为洪水预报预见期减去信息传递、决策、闸门操作时间的有效预见期；q出表示t1时期内平均泄流能力或泄流量；Q入为t1时期内平均入流量；q安为防护点堤防过流能力。
[0194] 水库水位向上浮动值的确定分以下4个步骤：
[0195] ①计算有效预见期t1
[0196] t1＝t-tc-tj-tz (6-10)
[0197] 式中：t表示洪水预报的预见期；tc为预报信息传递时间；tj为预泄决策调令传播时间；tz为闸门操作时间。
[0198] ②求t1期间平均出流q出
[0199] 假定面临时刻tf浮动水位增值ΔZ1′，则绝对水位为ZS′(规划的汛限水位Z0值加ΔZ1′)。
[0200] 根据ZS′与Z0，查水位泄量关系得qs′和q0，
[0201] 近似求t1期间平均出流
[0202] q出＝(qs+q0)/2 (6-11)
[0203] ③求Q入
[0204] 据面临时刻tf预报的入库洪水过程推求t1期间平均入库流量，用梯形法可求出Q入。
[0205] ④汛限水位上浮动值计算
[0206] 计算预泄水量的公式为：
[0207] (q出-Q入)×t1＝ΔV1 (6-12)
[0208] 由Z0所相应库容V0+ΔV1＝V″S查求库容水位关系得到V″S，如Z″S≠Z′S，则需重新设V′S，重复上述步骤①-④，若Z″S≈Z′S则试算停止，即Z′S为水库实时水位向上浮动值。
[0209] 1.2.2.2跨流域调配洪水资源
[0210] 河渠闸库串联，水系联网调度可实现区域间水资源的以丰补歉，将洪水资源从面域上展开利用，这是实现雨洪资源有效利用的重要途径之一。
[0211] 1.2.2.3蓄滞洪区分洪利用
[0212] 积极合理利用蓄滞洪区蓄滞洪水，下渗补给地下水也是洪水资源利用的措施之一。从洪水资源化的观念分析，在保障防洪安全的前提下，对蓄滞洪区实施分区利用与分类管理，针对不同标准洪水分区进行分类运用：一是常年蓄水区，在条件允许的地区，退田还湖，开辟洼淀常年蓄水区，恢复湿地，补充地下水；二是常遇洪水滞洪区，5～10年一遇洪水启用，增加运用几率，恢复地下水，改善生态环境；三是标准及超标准洪水蓄滞洪区，以防洪为主，按正常蓄滞洪区的标准使用。
[0213] 如果将滞洪区内低洼地区辟为常年蓄水区或常遇洪水蓄水区，需要逐步实施退田还湖，移民建镇。必须对其进行经济技术对比分析，只有在蓄水效益大于分洪所得损失的前提下才能实施。
[0214] 1.2.2.4地下水库蓄渗利用
[0215] (1)地下水库蓄渗理论基础
[0216] 1)地下水库的概念和特点
[0217] 广义的地下水库是指存在于地下的天然大型储水空间，是在地壳内外动力地质作用下自然形成的地下水富集区，一般指厚度较大、范围较广的大型层状孔隙含水层、大型岩溶储水空间或大型含水断裂带等。如冲洪积扇、冲积平原、洪积锥、岩溶储水构造、断裂储水构造等以及其复合类型和过渡类型。其中孔隙介质含水层和岩溶含水层具备较强的地下水调蓄功能，是目前主要的地下水开采层。
[0218] 通常所指的地下水库是利用地壳内的天然储水空间，采用人工干预而形成的地下蓄水实体，是储存水资源和调蓄水资源时空分配的一种地下水开发工程[33]。所谓人工干预，一是构筑暗坝或挡水墙拦截地下水径流量；二是采用抽水井工程，降低地下水位，腾出地下水存储库容，增加地下水补给、蓄存和开采量。三是加强引渗工程，利用各种工程设施将地表多余洪水、河水和水库弃水引渗到地下，转化为可开发利用的地下水资源量。
[0219] 地下水库与地表水库都是以储存和调节水资源为基本目的的水资源开发工程，但是它们存在很大差异：①拦截和储存的对象不同。地表水库主要拦截地表径流，储存在地面上；而地下水库主要拦截地下径流，也包括部分下渗的地表径流，储存在地下；②地表水库将水储存在地表的峡谷、注地中，仅是水的单相体系；地下水库将水储存在天然含水层(储水构造)的介质中，形成“水-岩”两相体系。它的存在和运动更为复杂，定量描述这种运动的科学是地下水动力学；③地表水库必须要有拦水工程-水坝，而地下水库有的需要截水工程-地下水坝，如在滨海河谷地区开发地下水经常导致海水入侵等问题。通过地下截水工程，不仅拦截地下径流形成地下水库，而且还阻挡了海水沿含水层的渗流侵入，有效地防止海水入侵。有些情况则不需要修建地下截水坝，如边界完整的地下水盆地；④地下水库要有含水层补给工程，即通过各种工程手段(天然渗入，井、渠、沟引渗等)将地表水引入地下含水层中，这是实现调蓄的基本条件之一，地表水库不需要这种工程；⑤地表水库的很多功能如航运、发电、养殖、旅游等是地下水库所不具备的，地下水库也有一些特殊功能如储能功能，改善生态环境等。
[0220] 2)地下水库的调蓄原理及功能特性
[0221] 利用地下空间调蓄径流的基本原理是在枯水季节动用地下储存量，抽取超过天然径流量的地下水，降低地下水位，形成人工降落漏斗，腾空地下介质空间(即地下水库调蓄库容)，以获得枯水期所需要的水资源量；丰水季节再通过天然回灌或人工补给将地表水引入地下，把调蓄库容重新充满，补充恢复地下水储存量。地下水库就是以这种周期性开采-补给的运行方式来调节水资源供需的时空矛盾。大型地下水库都具有多年调节功能和大型地表水库一样起到调节利用水资源的作用。
[0222] 地下水库的功能特征系指地下水库对其外部环境所产生的作用和功效。地下水库最根本的功能目标，在于优化水资源的时空配置。
[0223] 3)地下水库调蓄能力分析
[0224] 从地下水库的调蓄功能和防洪减灾两大基本功能出发，参照地表水库调洪参数，给出地下水库调蓄计算的部分参数定义，以此作为衡量地下水库调蓄能力的定量计算指标。
[0225] ①地下水库的特征水位与特征库容
[0226] 地下水库的特征水位包括极限低水位、有效蓄水位、设计蓄水位和极限高水位。其中极限低水位即为隔水底板平均标高加上预留的泥沙淤积厚度的相应水位；有效蓄水位是指在抽水利用时不致引起环境地质问题前提下的最大疏干程度所对应的水位，主要依据地下赋水介质的性质、环境要求以及当前经济技术条件下工程提水能力来确定；设计蓄水位是指为满足枯水期的正常供水要求，需要在丰水期蓄至一定高度的水位，它是根据水文气象条件和区域水资源供需关系来确定；极限高水位也称防涝渍水位，是指在不致引起土地涝渍等环境地质问题前提下地下赋水体可达到的最高水位。一般依据地下赋水介质性质及会否引起环境问题来确定。其中设计蓄水位可低于或等于极限高水位。以上各特征水位分别对应各自的特征库容，其中Vmax为规划总库容，它是位于极限高水位与极限低水位之间的赋水体的重力和弹性释水空间，表征着地下水库最大蓄水能力。
[0227] ②地下水库的调蓄库容和实时库容
[0228] 地下水库的调蓄库容是指地下水库在开发利用和补给更新过程中所能提供的地下赋水介质的重力和弹性释水空间，它是衡量地下水库调蓄能力的一个定量指标，对区域水资源优化配置有重要意义。调蓄库容可分为最大调蓄库容和兴利调蓄库容。其中最大调蓄库容是位于极限高水位与有效蓄水位之间的赋水体的重力和弹性释水空间，表征着地下水库的最大调蓄能力，主要由实际水文地质条件决定，是相对固定的。在进行地下水库可行性论证的调蓄能力分析时，它是诸特征库容当中最为重要的指标。兴利调蓄库容，亦称有效调蓄库容，是位于设计蓄水位与有效蓄水位之间的重力和弹性释水空间，它表征地下水库的兴利供水量。
[0229] 实时蓄水库容，系指某一时刻库区赋水介质被水充满的重力和弹性释水空间，其值等于充水介质在疏干条件下的重力和弹性释水体积，其意义在于表征某一时刻地下水库的蓄水量。而实时调蓄库容，系指规划总库容与实时蓄水库容之差，是动态变化的。标明某一时刻地下水库调蓄空间的大小，表征着地下水库的实时调蓄能力。实时调蓄库容为时间的函数，可以通过不同的数学模型进行预报。
[0230] 4)地下水库调蓄库容计算方法
[0231] ①孔隙介质地下水库调蓄库容计算
[0232] 地下水库调蓄库容计算可采用均衡法、解析法和数值法，其中以均衡法最为简单实用。地下水库调蓄库容的基本计算公式为：
[0233] Vrs＝S·A·ΔH (6-14)
[0234] 式中，Vrs为地下水库调蓄库容(m3)；S为库区调蓄层地下赋水介质的释水系数，对无压赋水体S＝μ+μ*，对有压赋水体S＝μ*，其中μ为重力给水度(无量纲)，μ*为弹性释水系数(无量纲)；A为库区面积(km2)；ΔH为地下水库调蓄层厚度或最高水位与规划调蓄层底界面的水位差值(m)。
[0235] 在流域地表水与地下水联合优化调度过程中，地下水库的最大调蓄库容和实时调蓄库容是关键的调节计算参数之一。综合考虑库区水文地质条件、地下水开采的经济技术条件确定地下水库的有效蓄水位Heff，一般以调蓄水面距隔水底板的高度不超过含水层的1/2～1/3为底界；极限高水位Hmax，为地面标高减去防涝渍所必须预留的厚度，最高水位维持微漏斗状态，以保持良好的水力封闭性。若实时蓄水位为Hrea，，则最大调蓄库容Vmax、有效调蓄库容Veff与和实时调蓄库容Vreal，公式分别为
[0236] Vmax＝S·A·(Hmax-Heff) (6-15)
[0237] Veff＝S·A·(Hnomal-Heff) (6-16)
[0238] Vreal＝S·A·(Hmax-Hreal) (6-17)
[0239] 如果地下赋水介质为均质的松散岩石颗粒，整个含水层释水系数基本不变，这时可直接利用以上公式来计算调蓄库容。如果地下介质为非均质含水层，可将库区划分成若干个小区，分别计算各小区的调蓄库容，累加起来即为库区总调蓄库容。
[0240]
[0241] Vmax＝Si·Ai·ΔHi (6-19)
[0242] 式中：V为库区总调蓄库容(m3)；n为划分小区总数；Vmax为各计算小区的调蓄库容(m3)；Si、Ai、ΔHi分别为各计算小区对应调蓄层的释水系数、面积和调蓄层的厚度。
[0243] ②岩溶地下水库调蓄库容计算
[0244] 岩溶区修建地下水库，由于含水介质结构不均一性和多重性，其内部地下水流态的多样性与多变性，导致岩溶地下水库库容计算参数不易获得，库容在建库前难以精确确定，但可以采用蓄水空间几何形态概化法对拟建地下水库不同水头高度的水库库容进行初步评价。
[0245] 岩溶地下水库蓄水空间主要由地下岩溶管道和溶隙裂隙两部分组成。地下岩溶管道又分为地下暗河管道和侧向管道，因此岩溶地下水库库容的计算公式为：
[0246] V＝V1+V2 (6-20)
[0247] 式中V1为地下暗河管道和侧向管道的充水体积(m3)；V2是岩石赋水孔隙体积(m3)。
[0248] 蓄水空间几何形态概化法就是将岩溶管道概化为柱体形状，将岩石孔隙概化为三角锥体形状分别计算其赋水容量，计算公式为：
[0249]
[0250] V2＝(1/3)·(H3/IJ)·μ (6-22)
[0251] 式中H为坝前水头(m)； 为地下暗河管道(或溶洞)的平均宽度(m)；L为地下暗河管道的赋水长度(m)；I是地下河体边坡坡度；J是流入地下河的岩溶水水力坡度；μ是岩溶含水介质的给水度(或岩溶率)。岩溶含水层的给水度可采用地下水动态观测法或钻孔岩芯统计法来确定[35]。
[0252] 对多层岩溶管道或多级分支的地下岩溶管道系统来说，可分别对每个管道计算出Vi，再累加起来即为地下岩溶管道系统的总库容，此时公式变为
[0253]
[0254] 利用岩溶地下水库库容计算公式分别计算出不同坝前水头H1和H2所对应的库容V1与V2，则调蓄库容的计算公式为：
[0255] Vrs＝V1-V2 (6-24)。
[0256] 5)地下水库在雨洪利用中的径流调蓄方案
[0257] 在地下水资源的开发利用中，引河水进行地下水的人工补给，发挥地下水库功能，是最积极的地下水开发模式。其基本模式有两种：一是引河水-灌溉田地-回渗地下-工业开采；二是引洪水-蓄水池-回渗地下-工业开采。前者是部分水源地的运转模式，或者是国际上通用的实现地表水和地下水联合调度运转模式，也是雨洪资源利用的主要研究内容之一。
[0258] 为充分发挥地下水库在雨洪利用中的作用，实现地表洪水和地下水的联合调度，方案如下：
[0259] ①加强采补循环
[0260] 每年在汛期到来前，结合地下水取水工程需要，大量抽取地下水供给城市与农业灌溉用水，将地下水位尽可能降至有效蓄水位，腾空地下有效调蓄库容，以便在丰水期将雨季降水和洪水入渗储存起来，减少洪水流失量。
[0261] ②充分利用水库汛前弃水
[0262] 有计划地调用地表水库在汛前迎洪放空排走的多余水量引渗到供水量需要的地下水库群体之中。北方山区建成的许多中小型水库多为年调节的。由于长期气象预报一般准确度还不够高，加上防止洪水之害的要求有时比确保供水需要更重要，所以每年汛期前常常要把水库放空腾出防洪库容以迎接洪水到来。这部分汛前弃水，可以提前有计划引渗储存在地下水库之中，既可以消除对洪水之害的担忧，又可使这部分水源储存于地下，满足来年供水需要。
[0263] ③控制地表水库泄流方式
[0264] 汛期依据短期气象预报成果，若预报未来24h-72h为中雨以下量级，在一次洪水的退水阶段，可适度控制水库的下泄流量，使洪水经水库滞蓄后以小流量慢慢泄出。在气象预报精度和洪水预报精度均较高(要求达到甲级水平)的前提下，小流量下泄补给地下水并不增加地表水库的防洪风险，且能适度将地表洪水引入到地下蓄存再进行人工开采，不仅能充分利用洪水资源，扩大地下水资源的补给量和可开采量，提高供水保证率，而且能减轻下游洪涝灾害，对充分发挥流域防洪系统作用和水资源可持续利用具有重要意义和实用价值。
[0265] ④增加人工干预补给途径
[0266] 采用筑坝拦水，傍河打井，开挖建设引水明渠、引渗坑(槽、沟)等方式将汛期部分洪水和多余的水库弃水引渗地下蓄存，增加地下水库的人工补给量，提高水库防洪与兴利的综合效益。如在有水源条件的河道分段建设拦水橡胶坝和拦水闸，可取得截水引渗补给地下水和改善地表水环境的双重效益。
[0267] ⑤实施地表水和地下水联合调度
[0268] 应建设适当规模的地表水和地下水两套联网供水系统，真正实施丰水年尽量多用水库地表水供水，少用地下水，把地下水节约下来。丰水年地下水补给量相应增加，只要把地下水位预先降到一定深度，则完全可以把丰水年多增的降水补给量储存住，以确保枯水年可能多开采地下水以补充地表水之不足。
[0269] (2)山丘区地下水库雨洪资源利用
[0270] 因地制宜，积极规划建设地下水库，结合地表水工程体系，建设地下水库引蓄工程，进行地表水和地下水的联合调蓄，使流域汛期多余水量蓄渗地下，待枯水季节开发利用，减少弃水入海量，这不仅能有效缓解水资源供需矛盾，且能改善生态，恢复地下位，防止海水入侵。
[0271] 地表水与地下水的交换量可按下式计算：
[0272] W＝Q·t (6-25)
[0273]
[0274]
[0275] 其中：
[0276] W-地表水与地下水交换总量；
[0277] t-地表水停滞时间(地下蓄渗雨洪资源挖潜量可根据地表水增加停滞时间计算)；
[0278] Q-地表水与地下水的交换通量；
[0279] n-计算分区个数；
[0280] Qi-单一计算分区的交换量；
[0281] Ki-分区内的交换层渗透系数；
[0282] Ai-分区的面积；
[0283] Ji-地表水与地下水之间的水力梯度；
[0284] ΔHi-地表水与地下水之间的水位差；
[0285] Li-计算分区的中心与地下水计算点的投影距离。
[0286] 地下水库的调蓄库容等指标计算见上节原理及公式。
[0287] 可初步确定在滨海地区选择地下水库库址的临界水文地质条件：含水层厚度大于5m，给水度大于0.15，渗透系数大于20m/d，单井涌水量大于500m3/d。
[0288] 1.2.2.5山丘区雨洪资源挖潜分析
[0289] 山丘区雨洪资源利用潜力主要由三大部分组成：现有水库动态汛限水位调整及新建水库增蓄潜力、跨流域调配利用潜力和地下水库蓄渗利用潜力。
[0290] 山丘区流域洪水资源挖潜量可据下式估算：
[0291] Wf＝Wr+Wd+Wg (6-28)
[0292] Wf-流域洪水资源挖潜量，m3；
[0293] Wr-水库动态水位调整及新建水库增蓄潜力，m3；
[0294] Wd-跨流域调配利用潜力，m3。
[0295] Wg-地下水蓄渗利用潜力，m3。
[0296] 结合山丘区水利工程系统，采取相应工程和非工程措施，对以上各项雨洪资源利用潜力值进行评估，最终可得山丘区流域的洪水挖潜量。
[0297] 如图2所示，2.2.3平原区雨洪资源利用模式
[0298] 2.2.3.1利用降水预报制定当日蓄水闸调蓄方略
[0299] 同山丘区水库调蓄方略相似，充分利用1～3日中央气象台和地方气象台降水量预报信息，制定当日各蓄水闸调蓄方略。因为水库的操作的机动性、调蓄性能和管理水平比蓄水闸要高的多，所以平原区蓄水闸的调蓄不再考虑实时洪水预报情况，仅根据预报总降雨产流量保守进行1日调蓄方略的制定。
[0300] 各蓄水闸总来水量计算同大中型水库原理一样，采用产流系数法计算，见公式(6-26)。
[0301] 同水库一样，蓄水闸上下游降水通常具有连贯性，需考虑下游区间降水产流进行补偿调蓄。以目前蓄水闸的最低水位为起调水位(可按基流水位或生态蓄水位)，则预计水位为：
[0302]
[0303] W1-蓄水闸设计水位所对应河道蓄水量；
[0304] Wi-相应时段流入蓄水闸上游河道的总水量；
[0305] Wq-蓄水闸安全泄水量；
[0306] Zi-为相应时段流入河道水量情况下，蓄水闸蓄水总量对应得闸前水位(可根据河道蓄水容量-闸前水位曲线确定)。
[0307] 在水闸蓄泄过程中，应积极利用涨洪期洪水进行河道的冲沙冲污。
[0308] 2.2.3.2平原区水网建设
[0309] 具体洪水资源挖潜计算时，根据年降水、径流等情况，根据蓄水闸调度原则和河网输水能力进行跨区域或流域调节计算。在区域或流域洪水资源调度中应积极考虑湖泊湿地等生态用水量。
[0310] 2.2.3.3地表水和地下水的联合调蓄
[0311] 地表水和地下水的联合调蓄同跨区域或流域调水相辅相成，共同构成海河流域平原区雨洪资源利用的特有模式。该区雨洪利用中重点利用地下水系统的调蓄能力，将汛期洪水积极的蓄渗地下，实现洪水资源的跨时空利用。地下水系统的调蓄能力取决于区域水文地质条件，由含水层的储水能力、渗透能力、给水能力及补给能力决定。含水层岩性、厚度、富水性反映地下水系统的储水、渗透、给水能力，包气带岩性和厚度反映地下水系统的补给能力。
[0312] (1)地下水系统渗透能力和给水能力分析
[0313] 1)古河道的分布
[0314] 古河道带地下水含水层颗粒中等，厚度大，富水性较强，地下水渗透能力和给水能力强。
[0315] 2)包气带岩性及地下水入渗能力分析
[0316] 该区包气带岩性以粉砂和粉土为主，具有较强的入渗能力。包气带垂直渗透性能好、厚度大，含水层颗粒较粗、累积厚度大、富水性强，反映地下水系统的储水能力、渗透能力、给水能力和补给能力均较强。为地下水人工调蓄和地下水水库的建立奠定了物质基础。
[0317] (2)地下水库调蓄库容分布
[0318] 平原区地下水调蓄方式主要是利用当地坑塘、洼地、古河道带、排灌渠道积极拦蓄汛期径流，实现洪水资源的跨时空调蓄调度。
[0319] 2.2.3.4平原区雨洪资源挖潜分析
[0320] 地表水与地下水的交换量根据达西定律采用公式(6-25)至公式(6-27)进行计算。平原区流域雨洪资源利用潜力主要为地下含水层通过河网、坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量。
[0321] 平原区流域洪水资源挖潜量可表示为：
[0322] Wf＝Wh、k、g (6-30)
[0323] Wf-平原区流域洪水资源挖潜量，m3；
[0324] Wh、k、g-地下含水层通过河网、坑塘、古河道积极蓄渗新增的蓄渗量，m3。
[0325] 结合平原区水利工程系统，采取相应工程和非工程措施，可对平原区流域的洪水挖潜量进行评估。
[0326] 采取多种雨洪资源利用措施，将部分雨洪资源转化为可利用的水资源，适时适地提供了维持流域和城市经济社会发展及生态环境良性循环所需的水量。
[0327] 本发明在水资源供需矛盾日益紧张情况下，最大限度地发挥雨洪资源利用潜力，把防洪与减灾，除害与兴利有效地结合起来，对流域水资源可持续利用具有重要的现实意义。雨洪资源不仅可以增加地表水供水量，缓解水资源供需紧张状况，而且具有很大的环境效益，如回补地下水、湿地与洼淀蓄水、改善河流水质、冲刷河道水库泥沙、为平原三角洲地区输送养分等。
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