1、2023，Vol.43，No.06农业与技术资源环境友谊水库旱警水位分析及对该区域农业干旱情况影响张健(河北省张家口水文勘测研究中心，河北 张家口 075000)摘要:近年来干旱频繁发生，对农业生产影响巨大。张家口地区降雨时空分布不均，山高坡陡，土壤蓄水保水能力不强，农业生产无法抵御异常天气发生所导致的干旱灾害。干旱情况及预警工作受到了相关部门的高度重视，对旱情的监测、预警等工作也在不断优化。友谊水库在当地的农业生产发展、生态环境保护等方面发挥着十分重要的作用，是防洪、灌溉的基础设施，分析计算其旱警水位可以为干旱预警工作提供重要依据，极大促进了抗旱预警工作的开展，进而辅助调度决策，服务于农业生
2、产和人民生活，具有重要意义。关键词:旱警水位;友谊水库;农业干旱中图分类号:S181文献标识码:ADOI:10.19754/j.nyyjs.20230330021收稿日期:20221115作者简介:张健(1989)，女，本科，工程师。研究方向:水文情报、预报，水情信息化。1背景及意义受全球气候变化影响，降水时空分布不均匀，极端降水、干旱情况出现得更加频繁，总体出现了气温升高、空气相对湿度降低的趋势，对农业发展极为不利。近年来我国干旱频次增加、范围扩大，农业生产和生态环境都受到了一定程度的损害，干旱灾害对我国农业生产的影响令人忧心并具有重要研究意义，找到其应对措施，对可持续发展极为重要。华北地区
3、是干旱发生频率和强度较高的地区之一，水文行业对旱情的监测、预警等工作也在不断进行优化，力争为抗旱决策部署提供有力的技术支撑。旱警水位可以作为确定江河湖库干旱预警的重要指标，为启动抗旱应急响应提供重要依据，确定旱警水位、建立江河湖库干旱预警指标体系，可以有力推动抗旱预警工作的开展，更好地辅助调度决策服务于农业生产和人民生活，具有重大意义。2流域概况友谊水库位于河北省尚义县与内蒙古自治区兴和县的交界处，控制永定河水系东洋河的主要支流二道河，该河发源于内蒙古兴和县境内，有 5 条支流。该流域地处长城以北，全部为丘陵地区，海拔高度为12001400m。内蒙古兴和县和河北尚义县南壕堑镇属坝上丘陵区，地形
4、较平缓，相对高差小，兴和附近为盆地，沿河两侧有较开阔的平川地带，兴和以下水库附近的上游是丘陵和山区接壤地带，山势较陡，相对高差较大。该地区风多雨少，十年九旱。砂壤土为流域内土壤类型，黄土和黄砂土为二道河主要构成土壤，前河大部分土壤为黑土和黑砂土。流域植被稀少，无森林，大部分地面为草原和耕地。流域多年平均降雨量为 394mm，多年平均水面蒸发量为 860mm(蒸发器为 E601 型)。历史最大洪峰流量 1810m3s1，发生在 1911 年(调查洪水)。流域主河道长 80.6km，河道纵坡为 3.34，流域平均宽度为 34.7km。友谊水库是永定河水系东洋河上游一座防洪、灌溉为主综合利用的大()
5、型水利枢纽工程，水库控制流域面积 2250km2，其中内蒙古境内约占 80%，总库容 1.16 亿 m3。2001 年进行除险加固，2005 年完工。汛限水位 1194.0m，死水位 1185.6m，死库容 549万 m3。水库用水主要为怀安县、万全县农业灌溉用。3旱警水位的分析确定水库旱警水位的计算主要包括典型干旱年法、最大值法和综合法，为更加科学合理的确定旱警水位，运用以上 3 种方法分别进行计算，再进行综合分析对比。计算时段为 10 月第 2 年 5 月，其中，10 月第2 年2 月是一般时段，第2 年35月为用水重要时段。3.1典型干旱年法3.1.1水库来水量计算由于近年资料的连续性更
6、好，且更具参考价值，计算水文年(当年 6 月第 2 年 5 月)19912020 年29资源环境农业与技术2023，Vol.43，No.06有资料系列水库年来水量频率值，根据友谊水库共计30a 的来水量统计资料，计算得出多年平均来水量为3897.78 万 m3，Cv 取值 0.74，Cs/Cv 值为 2.03，20%保证率来水量为 5887.30 万 m3，50%保证率来水量为3203.56 万 m3，75%保证率来水量为 1783.48 万 m3，95%保证率来水量为 641.69 万 m3，来水保证率越高表示来水越少。3.1.2旱警水位计算在友谊水库来水量资料中找出对应来水保证率75%(年
7、总来水量 1783.48 万 m3)相近的干旱年份作为典型干旱年，典型年确定为 2018 年。2018 年 10 月第 2 年 2 月期间，第 2 年 35 月期间最高蓄水位即为其枯水期典型旱警水位，使用铁路标高。计算结果见表 1，10 月第 2 年 2 月，2 月蓄水位最高，即该时段的旱警水位为 1192.85m;第 2 年35 月期间，3 月蓄水位最高，即该时段的旱警水位为 1192.87m。3.2最大值法水库旱警水位的确定需要考虑水库所承担的供水任务，如城乡用水、工业用水、灌溉用水、生态用水等，适当考虑经济社会发展及城镇人口增长等因素并结合设计来水情况进行综合确定。表 1友谊水库典型年对
8、应时段蓄水位表月份10 月11 月12 月第 2 年 1 月第 2 年 2 月第 2 年 3 月第 2 年 4 月第 2 年 5 月蓄水位/m1192.711192.791192.831192.841192.851192.871190.431190.61分时段旱警水位/m时段最高蓄水位 1192.85时段最高蓄水位 1192.873.2.1各月来水量计算根据确定的年来水量 75%频率值，将 2018 年各月来水量按比例进行缩放，计算典型干旱年时段各月来水量。3.2.2各月需水量分析由于水库旱警水位的确定是为了服务于今后的生产生活，需要考虑到需水量的未来趋势，而计算多年前需水量意义不大，同时需要
9、降低偶然因素的影响，统计分析了 20112021 年友谊水库的各月用水量，仅灌溉用水和生态用水 2 项，无其他用水项目，且得到水库管理部门认可。考虑到水库所承担的灌溉和生态为主要供水任务，逐项分析确定了上述时间段内水库供水对象的各月需水量。详细统计结果见表 2，计算时段内多年平均用水总量为 3675 万 m3。表 2友谊水库各类用水分析成果表项目10 月 11 月 12 月第 2 年1 月第 2 年2 月第 2 年3 月第 2 年4 月第 2 年5 月城市/万 m3工业/万 m3灌溉/万 m3452生态/万 m310921614517其他/万 m3合计/万 m3109216144525173.
10、2.3缺水量计算对上述时间段(10 月第2 年2 月和第2 年35月)内，水库各月用水量和来水量之差进行计算，结果见表 3。3.2.4旱警水位分析以时段内各月水库缺水量最大值，加上死库容549 万 m3，10 月第 2 年 2 月时段最大缺水量为1619.88 万 m3，相应水库水位 1189.70m，第 2 年 35 月时段最大缺水量为 1892 万 m3，相应水库水位1190.43m，作为该时段最大旱警水位。3.3综合法根据计算表 3，从最后一个月月末开始起调，在起调库容(死库容)基础上，逆序递推叠加各月缺水量，得到各月旱警水量和水位。取各时段内各月旱警水位的最大值，作为该时段的综合法旱警
11、水位。计算结果如表 4 所示，10 月第 2 年 2 月，10 月的旱警水量最大，为 3503.88 万 m3，其对应的水位1193.66m 为该分时段的旱警水位;第 2 年 35 月，3月的旱警水量最大，为 2433 万 m3，其对应的水位1191.64m 为该分时段的旱警水位。3.4对比及确定根据水库 19912020 年的历史资料，此次分析采用 30a 历年月最低水位资料与分析水位进行比对。按月统计低于分析水位的次数，计算结果见表 5，典型干旱年法计算出各月的出现次数为 25 30 次，约1a 出现 1 次;最大值法计算出各月的出现次数为 1224 次，13a 出现 1 次;综合法计算出
12、各月的出现次数为 2629 次，约 1a 出现 1 次。经统计，历年月最低水位低于典型干旱年法所计算水位的概率达 80%以392023，Vol.43，No.06农业与技术资源环境上，低于最大值法所计算水位的概率，一般时段为40%60%、用水重要时段达 65%，历年月最低水位低于综合法所计算水位的概率也达到 80%以上，对比可看出，最大值法计算的分析水位更加准确合理。表 3友谊水库最大值法旱警水位计算表项目10 月11 月12 月第 2 年 1 月 第 2 年 2 月 第 2 年 3 月 第 2 年 4 月 第 2 年 5 月水库来水量/万 m321.1231.1816.095.0316.092
13、70.59381.6445.57水库用水量/万 m3109200001614452517水库缺水量/万 m31070.880000134370471时段缺水量/万 m3时段最大缺水量 1070.88时段最大缺水量 1343分时段旱警水量/万 m31619.881892分时段旱警水位/m1189.701190.43表 4友谊水库综合法旱警水位计算表项目10 月11 月12 月第 2 年 1 月 第 2 年 2 月 第 2 年 3 月 第 2 年 4 月 第 2 年 5 月水库来水量/万 m321.1231.1816.095.0316.09270.59381.6445.57水库用水量/万 m310
14、9200001614452517水库缺水量/万 m31070.880000134370471旱警水量/万 m33503.882433243324332433243310901020分时段旱警水量/万 m33503.882433分时段旱警水位/m1193.661191.64表 5友谊水库历年月最低水位低于分析水位次数统计表分析水位一般时段/次10 月11 月12 月第 2 年1 月第 2 年2 月分析水位用水重要时段/次第 2 年3 月第 2 年4 月第 2 年5 月水位低于典型干旱年法计算水位 1192.85m2626262626水位低于典型干旱年法计算水位 1192.87m253030水位低
15、于最大值法计算水位 1189.70m1619141213水位低于最大值法计算水位1190.43m202024水位低于综合法计算水位1193.66m2827262626水位低于综合法计算水位1191.64m242729通过上述分析，最终确定采用最大值法计算的分析水位为旱警水位，10 月第 2 年 2 月即一般时段旱警水位为 1189.70m;第 2 年 35 月即用水重要时段旱警水位为 1190.43m，重现期约 2a 一遇。经过分析确定，此旱警水位基本合理。4农业干旱分析及建议4.1干旱情况及原因友谊水库在农业生产发展、生态环境保护等方面发挥着十分重要的作用，是防洪、灌溉的基础设施，可以有效蓄
16、水保水，用于枯水期灌溉农田，为农业生产提供强有力的水源支撑，提高农业灌溉效益，也可以为生活用水提供支持。近年来干旱频繁发生，给社会生活经济活动等各个方面都带来了影响，尤其是对农业生产影响巨大。华北地区受季风气候影响，降水量存在较大的季节性差异，夏季多冬季少，水资源时空分布不均匀，在农作物生长的关键时节不具备充沛的降水量来维持供给，干旱在一年四季都有可能发生，春旱时间为 35 月，正值播种时节，气温上升快，空气相对温度低，土壤水分损失快;夏旱大多在78 月，由于夏季气温高，蒸发量大，且降雨经常为阵雨、暴雨，强度高、历时短，作物对降水的有效利用率低，较易发生旱情，并且对作物影响很大;秋旱经常发生在处暑到秋分时节，而冬季西北风多，降水少，有时会出现土壤底墒减少的情况，影响作物越冬。极端天气是干旱形成的主要原因，地形地貌等也在一定程度上影响了降水分布的差异性，会导致农业49资源环境农业与技术2023，Vol.43，No.06干旱不同频率和强度的发生。张家口地区降雨时空分布不均，山高坡陡，土壤蓄水保水能力不强，水资源开发利用难度较大，农业生产无法抵御异常天气发生导致的干旱灾害。另外，植被种类与覆
