渭干河流域水库联合调度方式初探

2020-04-28杨顺刚

水利科技与经济 2020年4期

杨顺刚

(新疆克孜尔水库管理局，新疆拜城 842313)

1 流域概况

1.1 流域水系

渭干河流域位于新疆天山南麓中段，流域呈扇形，由北向南包括高山带、中山带和低山带。高山带海拔3 200 m以上，该带山峰陡峭，长年白雪皑皑；中山带海拔在2 400～3 200 m之间，这里降水丰沛，气候湿润，在山坡上和河滩谷地生长有大片茂密的云杉林；低山带海拔在2 400 m以下，这里气候干燥，植被稀少，岩石裸露，冲沟纵横，呈现出荒凉景象。主流木扎提河沿途接纳了发源于哈尔克他乌山脉的卡木斯浪河、台勒外丘克河和卡拉苏河3条支流的来水，在木扎提河控制站——托克逊水文站下游32 km处流入克孜尔水库。另一支流黑孜河与卡拉苏河相邻，也发源于哈尔克他乌山脉,直接汇入克孜尔水库。渭干河流经拜城、库车、新和、沙雅4县，最后消失于塔里木河北岸附近。渭干河全长约452 km，流域面积72 420 km2，地理位置E80°40′-E84°10′，N41°06′-N42°42′之间。

干流木扎提河上游山势高峻，右侧除汗腾格里峰(海拔6 995 m)外，还有托木尔峰(海拔7 435.1 m)等，由于高山降水丰沛，年降水量可达900 mm以上，这里是中国天山最大的冰川作用中心。木扎提河破城子水文站以上冰川覆盖率达42.6%，为新疆主要河流中冰川覆盖率最大的河流，从西向东各支流冰川覆盖率逐渐减小。

1.2 流域水利工程分布

2 问题的提出

2017年9月份完成的库区1∶10 000电子地形图测量成果资料表明，至2017年底，克孜尔水库正常蓄水位1 149.6 m以下泥沙淤积总量已达到3.212×108m3，剩余库容2.858×108m3，库容损失率为52.92%。其中，死库容淤积1.306×108m3，占死库容(1.32×108m3)的98.94%；兴利库容淤积1.91×108m3，占兴利库容(4.768×108m3)的40.05%。防洪库容淤积0.097 9×108m3，占防洪库容(2.635 7×108m3)的3.71%。见表1、图1。

表1 克孜尔水库初设阶段特征水位的泥沙淤积统计表

图1 克孜尔水库干流木扎提河段泥沙淤积纵断面图

泥沙淤积使克孜尔水库和下游灌区面临两个技术难题：一是大量的泥沙淤积致使克孜尔水库调蓄功能逐年减弱，灌区用水紧张的局面日渐严峻，在现实条件下如何解决下游灌区农业用水紧张的问题；二是在现实条件下如何采用非工程措施缓解克孜尔水库泥沙淤积问题。

3 流域内水库的特性及其现行运用方式

3.1 克孜尔水库运行方式

3.1.1 克孜尔水库特性参数

水库除险加固后，其主要设计参数见表2。

表2 克孜尔水库特征参数统计表

3.1.2 克孜尔水库运行方式

克孜尔水库原设计年初蓄满一次；自2000年以后，年内必须2次蓄满，除此之外至少还有2～3次关闸进行阶段性调蓄。其中，对水库排沙、防洪度汛最不利的调蓄为每年5月下旬至6月上旬的关闸蓄水(图2)。

图2 渭干河平水年景克孜尔水库水位变化过程线

从图2可以看出：

评价数据主要通过资料及文献查阅、野外实地勘测、走访技术员以及对农户开展问卷调查等途径获取。同时，通过查阅当地林业部门的年鉴资料，包括自然、人文、社会经济等，获取复合经营模式的相关信息，并进行交叉验证，从中选取详实且可靠的评价指标及参考依据，确保数据的科学性和代表性。

1) 12月中旬至2月下旬，为满足灌区春灌供水要求，克孜尔水库采取减水蓄水的方式运行。近几年，因水库泥沙淤积，水库调蓄能力降低，不需要关闸2月25日左右库水位就能达到正常高水位1 149.6 m。然后开始春灌供水，刚开始时采取进出库平衡的方式运行，主要为了对渠道的冰块、淤积杂物进行冲洗。3月份开始大水灌溉，出库流量逐步增大到180 m3/s左右，库水位持续下降，4月5日左右水库基本放空。采取进出库平衡的方式运行，出库流量在30 m3/s左右。

2) 4月25日左右开始进行闭孔关闸蓄水，直至5月10日为止共调蓄水量5 000×104m3左右，库水位达到1 143 m左右，5月11日至25日进行小麦二水灌溉，共向下游供水约1.5×108m3，库水位下降至1 138 m左右。

3) 5月26日至6月10日开始关闸蓄水，主要是满足复播和棉花苗水灌溉需求，6月11日左右库水位接近1 145 m，共调蓄水量1.1×108m3左右。

4) 9月下旬开始直至11月上旬，主要是满足冬灌用水需求，期间共蓄水近5 000×104m3，期间因泥沙淤积，水库蓄水能力有限，会产生大量的弃水。

3.2 五一水库和跃进水库现行运行方式

五一水库是渭干河下游灌区新和县内的一座平原引水灌注式水库，1959年建成时水库总库容4 690×104m3，可控制灌溉面积0.8×104hm2，2002年除险加固后设计库容3 900×104m3。水库大坝为均质土坝，坝长8.3 km，最大坝高7 m。五一水库每年运行一次，即每年1-2月份开始蓄水，3-4月份灌溉供水放空，其余时间均空库运行。

跃进水库是渭干河下游灌区库车县境内一座引水灌注式中型水库，1958年建成，1979年扩建成。扩建后库容达到5 800×104m3，其中死库容175×104m3，兴利库容4 250×104m3，目前水库的实际蓄水能力为5 500×104m3。目前，跃进水库每年12月中旬开始蓄水，直至次年1月份，3-4月份灌溉供水放至死水位左右，其余时间均维持在死水位运行。

4 联合调度的必要性分析

4.1 实行联合调度有利于缓解灌区春冬灌两季用水紧张的局面

根据渭干河灌区2019年农作物需水计划和2019年克孜尔水库的实际供水情况，编制渭干河灌区2019年需水量与供水量对比图(图3)。从图3上可以看出：

1) 2月份水库的供水量大于灌区的需水量。主要是为满足下游两个平原水库蓄水要求。

2) 从3月下旬至4月中旬，灌区的需水量大于实际供水量。由于春灌供水量大，且灌溉时间较为集中，而此时位于克孜尔水库上游的拜城县因引水灌溉，克孜尔水库进库水量却是一年中最少的时候，水库水位持续下降，3月底4月初基本放空，因而无法满足下游用水需求。

3) 汛期(6-9月份)是灌区用水高峰期，克孜尔水库的供水量基本满足灌区用水量。

4) 9月份供水量大于灌区需水量，产生大量弃水。

5) 10月份下游灌区不需要水，而此时水库已冬灌蓄满，库水位已达正常高水位，不得不向下游放水，从而产生大量弃水。

图3 渭干河灌区2019年度灌溉需水量与实际供水量对比柱状图

如果每年秋季(9月-10月份)五一、跃进两座平原水库蓄水9 000×104m3(其中跃进水库蓄水5 000×104m3左右，五一水库蓄水4 000×104m3左右)，按照棉花播前水灌水定额4 500 m3/hm2计算，冬灌白地灌溉面积可以增加2×104hm2，达到缓解春灌供水压力目的。

4.2 实行联合调度有利于降低克孜尔水库汛期运行水位，提高汛期排沙比和排沙时间

为满足灌区棉花头水灌溉用水需求，克孜尔水库每年5月下旬至6月上中旬期间(20天左右)关闸调蓄水量约1.5×108m3，库水位一般由1 138.0 m回升至1 145.0 m，增幅7 m左右，而在此期间下游两座平原水库即库车县跃进水库、新和县五一水库恰好是空库运行，有望调蓄水量9 000×104m3左右。因此，如果每年5月下旬至6月上旬实行三库联调，下游两座平原水库发挥反调节蓄水作用，分担9 000×104m3的蓄水量，克孜尔水库只需蓄水2 000×104m3左右，从而达到克孜尔水库少蓄水或不蓄水的目的；而在6-7月份洪峰流量小于下游安全泄量750 m3/s时，克孜尔水库采取进出库水量平衡的方式运行，水库基本维持在空库状态，就会提高汛期排沙比、增加排沙时间，为冲淤排沙创造良好条件。

4.3 实行联合调度有利于下游灌区的防洪安全

除险加固初步设计防洪高水位1 151.89 m，汛限水位为1 145.75 m，设计防洪库容为2.64×108m3。若将主汛期的水位控制在1 139.5 m以下，将新增防洪库容近1×108m3左右(按2017年的库容曲线计算)，将极大地增加水库的调洪能力，提高下游的防洪安全。

5 水库联合调度方案

5.1 5月中下旬至6月中旬

按照近几年水库运行情况，一般从5月25日开始关闸蓄水，此时克孜尔水库水位在1 138 m左右，相应库容960×104m3；6月10日左右开始棉花头水灌溉，考虑此时段由下游五一水库和跃进水库蓄水9 000×104m3，按河道多年平均来水量计算，克孜尔水库水位仍然在1 138 m左右，可以确保水库汛期在低水位运行。其调蓄方案见表3。

表3 汛前灌区三库联调方案

注：进库流量按多年平均进库流量计算；区间水量损失按10%计算；按2017年最新水位库容曲线计算。

5.2 9月中下旬至10月下旬

按照近几年水库运行情况，9月1日至11月10日，灌区需水量为1.42×108m3左右，此时段内多年平均进库水量4.32×108m3左右；近几年，9月1日库水位在1 145.5 m左右，相应库容1.11×108m3，按照11月10日水库蓄水至1 149.6 m正常高水位，相应库容2.86×108m3，克孜尔水库还应蓄水1.75×108m3，此时剩余水量则由下游平原水库调蓄。其调蓄方案见表4。