东山岛雨洪资源综合利用模式研究.pdf
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1、59节 水2023.16 中国水利收稿日期:2023-06-06作者简介:焦佳敏,工程师,研究方向为水文与水资源规划。基金项目:国家自然科学基金委员会青年科学基金项目(42002257)。东山岛雨洪资源综合利用模式研究焦佳敏1,李旺林2,霍 云2,卢雪云3,于士卿2(1.深圳市水务规划设计院股份有限公司,518001,深圳;2.济南大学水利与环境学院,250022,济南;3.山东商业职业技术学院,250100,济南)摘 要:东山岛是我国东南沿海的典型海岛,岛内降雨集中,水资源调蓄能力差,长期依赖外调水。结合东山岛特点,进行了海岛雨洪水汇集和储存技术的研究,构建了以砂石坑为重要调蓄中心的海岛雨洪
2、综合利用新模式。提出改建采砂后遗弃的砂石坑为调蓄平原水库,研究丘陵、平原区雨洪水汇集技术,充分挖掘现有蓄水设施的存蓄潜力,构建以砂石坑、红旗水库为蓄水中心且与小水库群互联互通的雨洪资源调度系统,可实现雨洪资源整体性开发,大幅度提高雨洪水的调控能力,缓解东山岛过度依赖外调水的困局。关键词:东山岛;雨洪资源;收集;存储;调度;综合利用Study on integrated utilization of rainwater and flood resources in Dongshan Island/Jiao Jiamin,Li Wanglin,Huo Yun,Lu Xueyun,Yu Shiqin
3、g Abstract:Dongshan Island is a typical island along the southeast coast of China,with concentrated rainfall and poor water resource regulation and storage capacity.It has long relied on external water transfer.Based on the characteristics of Dongshan Island,research has been conducted on the collec
4、tion and storage technology of island rainwater and flood,and a new model for comprehensive utilization of island rainwater and flood has been constructed,with sand and gravel pits as important storage centers.Utilizing abandoned sand and gravel pits after sand mining,and transforming them into plai
5、n reservoirs for regulation and storage.Studying the rainwater and flood collection technology in hilly and plain areas.Fully dig the storage potential of existing water storage facilities.Build a rainwater and flood resource scheduling system with the Shashikeng Reservoir and the Hongqi reservoir a
6、s storage centers and interconnected with small reservoir groups,achieving the overall development of rainwater and flood resources,greatly improving the regulation ability of rainwater and flood,and alleviating the dilemma of excessive dependence on external water transfer.Keywords:Dongshan Island;
7、rain and flood resources;collection;storage;dispatch;comprehensive utilization 中图分类号:TV213.9 文献标识码:B 文章编号:1000-1123(2023)16-0059-05降雨是沿海岛屿的重要淡水来源。我国东南沿海地区多年平均年降雨量1128.2 mm,但多集中于汛期,难以存储利用,水资源匮乏。20世纪60年代起,各国家和地区陆续开始对海岛雨洪资源利用开展研究和实践。新加坡将土地划分集雨区,设置专门的集雨和蓄水系统,把河流改造成蓄水池和水库,并将雨水经过专门的管道输送到水库储存。丹麦主要收集屋顶雨水,处理
8、后用于冲洗厕所和洗衣。美国学者利用植物渗透浅沟、植被缓冲带以及湿地等与生态设计相结合的措施,增加雨洪资源的天然入渗。台湾地区不断改进雨洪滞蓄系统,规划设计了雨水储留供水系统、渗透侧沟系统、生态池系统等串联的雨洪滞蓄系统。浙江省舟山群岛的雨水利用主要以屋顶、地面集流为主,通过将雨水停留在供水系统进行人工截取储60节 水CHINA WATER RESOURCES 2023.16存;增加路面集雨系统和绿地集雨系统,提高了雨水收集利用率。山东省长岛县植树造林、涵养水源,建设了屋顶雨水集流与屋底低温蓄水工程。张兴奇等以拦沙坝式山溪取水工程措施为手段,研究小流域雨洪资源有效利用新途径。杨芳等提出了山丘区坡
9、面及沟道的雨洪资源利用技术和模式。本文基于福建省东山岛水文及地理特点,分析了水资源开发利用中存在的问题,研究适用于岛屿的雨洪资源汇集、储存和调度利用方式,提出了东山岛雨洪资源利用模式和技术体系,以期为海岛雨洪资源高效利用提供参考。一、东山岛加强雨洪资源利用的必要性1.东山岛自然地理概况东山岛隶属福建省东山县,陆地面积188 km2,占东山县陆地面积的97%,是福建省第二大海岛、东山县第一大海岛。东山岛全年湿润暖热,夏季降雨量较大,冬季相对干燥,气象灾害发生频繁,年均气温20.8。岛上多年平均年降雨量1113.3 mm,年蒸发量1400 mm。东山岛降雨多集中于汛期台风暴雨期间,分配极为不均;海
10、岛陆地面积有限,岛内径流分散而短小,缺乏雨洪存储、调蓄的库容,降雨径流难以存储利用,大量雨洪水流失入海。东山岛无外来客水,降雨为岛上地表水的唯一来源,再加上岛内赋存地下水的条件也相对较差,使得岛上淡水资源极度缺乏,枯水期间更为严重,严重制约东山岛经济社会可持续发展。2.东山岛水资源开发利用现状东山岛内无大型河流,仅有几条小溪沟,集雨面积小,流程短,多为间歇性河流;岛内无大型湖泊,有小型水库28座,总集水面积21.4 km2,总库容952.21万m3。根据东山岛多年平均年降雨量,可求出雨水资源量为2.76亿m3/a,经面积和雨量修正后折合计算的地表水资源量达0.906亿m3/a。东山岛地下水主要
11、为孔隙水,可开采资源量为4146万m3/a,极易受到污染。2016年东山岛地下水开采量为823.40万m3。3.东山岛供水现状东山岛的供水无法自给,主要依靠福建省云霄县向东渠和诏安县龙潭水库引水。红旗水库为全岛生活用水和工业用水的主要水源地,据实际引水情况调查,通过向东渠补给红旗水库的水量为1219万m3/a。东山岛供水严重依赖外调,但引用外调水时会出现跨岛输水漏损严重、供水能力低、水质差、管道老化破损严重等问题,供水安全性有待提升。目前,东山岛内天然水资源利用率仅为26%,如何加强利用当地雨洪资源是保障岛内供水安全的重要课题。二、东山岛雨洪资源开发利用潜力分析利用SWAT模型估算东山岛雨洪资
12、源量。由于东山岛岛内未设气象站,因此选取与东山岛位置邻近、气候条件相仿的云霄气象站,以其观测数据代表东山岛的气温状况;降雨数据选取与东山岛水文条件相似的西埔雨量站的数据。将收集到的东山岛土地利用数据、DEM数据及土壤数据输入SWAT模型。利用东山岛数字高程数据提取河网,将全岛划分为34个子流域,设定下垫面因子的最小面积比率为20%、10%、10%,将子流域划分为513个HRUS(水文响应单元)。利用东赤港溪的月径流数据进行模型调参和验证,将19982008年作为模型模拟的率定期,将20092018年作为验证期。结果表明,率定期模拟值和实测值拟合度较好,Ens为0.80,R2为0.83。因此,该
13、模型适用于东山岛。利用SWAT模型得到不同典型年东山岛的雨洪资源量,如表1所示。结果显示,东山岛多年平均年雨洪资源量为0.907亿m3。近年,东山岛雨洪资源利用量为0.182亿m3/a,利用率仅20%,远远小于当地地表水资源可开发利用率。三、东山岛雨洪资源利用模式研究结合东山岛存在较多废弃采砂坑的特殊情况,集海岛集雨入渗、集雨成涓、汇流入坑库和雨洪水联合优化调度利用于一体,构建了将废弃采砂坑改造为调蓄水库的海岛水资源利用“东山岛模式”,如图1所示。1.雨洪水汇集系统东山岛径流较短,雨水分散独流入海,导致岛内雨洪资源滞蓄量偏少。结合东山岛地形地貌和建设开发特点,分别研究丘陵区、平原区的雨洪水汇集
14、技术,以延长岛内雨洪的滞留、入渗时间,增加地表水、地下水的补给。(1)丘陵区雨洪水汇集技术对于丘陵区,东山岛采用工程和水土保持措施相结合的方式,通过集雨入渗、集雨成涓和集雨存洼等集雨技术,进行综合治理,延长雨洪水在岛内的滞留、入61节 水2023.16 中国水利渗时间。通过提高小流域森林植被覆盖率,采取补植、退草还林等植物保护措施减少水土流失,增加饱水量;在坡度为10 25的丘陵荒坡地布设水平沟,通过横向切断坡面径流的路径,拦截坡面径流,提高土壤的蓄水入渗能力,防止坡面水土流失;在梯田、林果坡地、荒坡地的红壤,应用截水沟、排水沟进行坡面截流分流,集雨成涓;将小池塘、洼地和坡沟设置为滞洪低坝用于
15、蓄水,实现集雨存洼,洪峰过后再将雨洪水储存至库区;对于外侧坡面较陡、直流面海的小型集水区,其岛内内侧坡面较缓,环外侧山坡建设水库或者河道取水工程,将径流导入内侧流域进行利用,如在大帽山沿海侧的小型集水区(即雨洪蓄滞带)外侧山坡增设雨洪收集沟,将雨水引流至陈城水库。(2)平原区雨洪水汇集技术平原区包括平原城区和平原乡村区,根据不同下垫面情况,分别采取集雨入渗、集雨成涓和集雨存洼等不同的集雨技术。平原城区。对于住宅小区等建筑物,可以结合东山岛建筑物特点,在屋顶采用屋面雨水集蓄模式,既可以截留雨洪资源,也可减轻热岛效应;在广场、人行道等硬化路面,采用透水铺装土壤入渗模式,增强雨水下渗土壤的能力,同时
16、将小区的景观水体作为调蓄、净化与利用雨水的综合设施。对于城市公园与绿地,结表1 东山岛雨洪资源量模拟估算成果图1 东山岛雨洪资源利用系统结构图丰平枯级别特丰水年特丰水年丰水年丰水年平水年平水年枯水年枯水年特枯水年特枯水年多年平均多年平均多年平均年雨洪资源量(万m3)12 096.311 163.19060.47657.46179.19067$/01$/23$/45/678%9:$%017;?ABCDEFGHIJKHILFHIM:/NOPQRST%8T!#$%(UV)/WX)/=)/FG)/YZ/_ab合城市绿化,在地势较低位置建设下凹式绿地系统,既有利于雨水的储存下渗、减小径流峰值,又可以
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