影响玛纳斯河红山嘴引水枢纽安全运行的问题及对策

2020-09-02吴开新

广西水利水电 2020年4期

吴开新

（新疆玛纳斯河流域管理局，新疆石河子 832000）

1 工程概况

玛纳斯河红山嘴引水枢纽位于玛纳斯河出山口处，东距乌鲁木齐市约165 km，距石河子市18 km。工程建于1959年，属于“三边”工程，带病运行多年，于2012年进行除险加固，该枢纽改建后，防洪能力由原来设计流量650 m3/s 提高到1140 m3/s，控制灌溉面积由原来250万亩提高到316.3万亩，同时满足四、五级电站引水，并为玛电供水。

2 存在的主要问题

工程建成以来，为玛纳斯河流域附近的居民生活以及工业用水提供了重要支撑[1]，但也存在以下问题[2]：

（1）泥砂观测。玛纳斯河是一条多沙河流，河道的冲刷作用以及降雨集中带来了大量的泥砂，河源处泥砂较少，出山口红山嘴处泥砂含量显著增多[3]。泥砂表现为年际变化很大的主要特征、年内分配集中及含沙量集中。推移质输沙量为悬移质的20%，为59.1万t。

（2）引水问题。根据红山嘴断面实测资料分析，多年平均年径流量为13.16亿m3，由于河水年际变化较大，年内分配集中，山区又没有调节水库，使灌区春季5～6 月供水严重不足。受其影响，平原水库上游的南部灌区114.78 万亩耕地的供水保证率很低，形成大面积缺水型中低产田，平均亩产仅为北部灌区的80%左右。根据灌区地下水均衡分析结果，全灌区现状年总补给量5.57 亿m3，可开采量4.06 亿m3（井、泉口量）。现状井净开采量2.99 亿m3，引用泉水1.1亿m3，合计为4.09亿m3。目前灌区部分地区，地下水水位明显下降，尤其是工业密集区，因此必须严格限制开采量，为地下水的采补平衡提供有利条件。南部灌区从红山嘴渠首东岸大渠引水；其中75%保证率来水南部灌区时段余水10 792万m3，时段缺水8709万m3，余水大于缺水，这说明南部灌区为农业灌溉提供了大量水量，调蓄工程调节供水的日常不足导致目前极度缺水，这可以定义为工程性缺水。

（3）防洪问题。根据红山嘴水文站实测多年（1953-1999 年）洪峰资料统计，洪水特点是：①峰高量大；②洪水过程持续时间长，一次洪水过程少则3～5 d，多则20 d；③洪水发生的时间集中，水量亦集中；④洪水大多呈多峰型。洪水具有周期性及随机性，但是洪泛区又非常适合农业的发展，为了促进当地经济发展，必须采取一定措施防治洪水，使得引水枢纽安全运行。

3 保护对策

3.1 水文泥砂观测

引水枢纽水文泥砂观测时，根据引水枢纽冲砂、引水、泄洪操作的需要，应进行水位、流量、推移质、输沙量、泥砂冲淤变化的观测，并且观测冲砂、引水、泄洪过程中闸前闸后的水位，弯道水面纵横比降变化，闸前闸后泥砂淤积变化；观测大河来水量时，掌握流量变化过程；启闭闸门前后，观测各孔闸门过闸流量；溢流堰溢流时观测过堰流量；观测输砂道过流和淤积变化；测进水闸前淤积情况，来水量在30～60 m3/s 时每日08:00观测1次，来水量在60～120 m3/s 时每日08:00、20:00 观测2 次，120 m3/s以上时每日08：00、16:00、24:00观测3次；每次进行冲砂前30 min，应观测引水枢纽闸前泥砂淤积，冲砂开始后随时观测闸前闸后泥砂淤积高度；当大河来水超过60 m3/s时，每日进行冲砂闸、进水闸、沉砂池、排砂廊道、输砂道、泄洪冲砂闸冲淤变化的观测，当总干渠流量超过60 m3/s 时，定期进行排砂廊道排砂效果的观测和排砂工作。

3.2 引水工程运行

引水枢纽按下达指令的引水指标进行引水[4]，当大河来水小于引进指标和灌区需水要求时，尽可能满足灌区用水的需要全部引进，当大河来水大于引进指标和灌区需水要求时，多余来水从排砂廊道和泄洪冲砂闸下泄；为了确保工程安全，在河水上涨时，及时调控闸门，引水指标不得超出控制范围，非经批准，总干渠引水指标不得超出实际控制最大指标80 m3/s。

（1）每年10 月1 日～次年4 月30 日时段运行。正常情况下大河来水小于30 m3/s，并全部引入时，引水枢纽闸前低水位运行，使闸前水流归槽；当大河来水30～60 m3/s，并全部引入时，控制闸前水位，使用孔口引水，当各孔过闸流量相近时方可设定闸门开启高度，开启顺序是1、2、3孔，关闭顺序3、2、1孔，根据闸前水流形态，及时调控闸门及闸前水位，减少干渠泥砂进入量，以最有效的方式引水。

（2）5 月1 日～6 月9 日和9 月11～30 日时段运行。为了防止泥砂进入干渠，及时调控闸门及闸前水位，大河来水小于30 m3/s 时，进水闸实行低水位控制运行；当大河来水大于30 m3/s，控制闸前水位614.19 m（闸前水位2.2 m）运行，进水闸开启1、2、3孔，1 孔开度大于2 孔，2 孔开度大于3 孔，各孔的开度差都不大于20 cm；当泄洪冲砂闸进行高水位冲砂时，总干渠引进流量大于30 m3/s，并且闸后可见明显淤积，可以考虑采取两孔交换开启进水闸以冲洗闸后。

（3）6 月10 日～9 月10 日时段运行。汛期进水闸各孔的开度尽量保持平衡。进水闸的开启顺序是1、2、3孔，关闭顺序是3、2、1孔；当大河来水在60 m3/s以内并全部引进时，为了防止泥砂进入总干渠，进水闸实行孔口引水，闸门开启高度应视闸前泥砂淤积情况而定，闸前控制正常水位614.19 m（闸前水位2.2 m），应不超过最高限制水位615.24 m（闸前水位3.2 m）；当大河来水在60 m3/s 以上时，引水与泄洪同时进行。操作时闸门启闭应同时进行，不能同时进行启闭操作的，应先启后落；当大河来水在30～60 m3/s 时，多余水量小于30 m3/s 时，可以考虑边排边引。边排边引的运行条件是：①闸前泥砂淤积高度不超过挡砂坎（612.0 m）；②输砂道可以正常使用；③避开大河来水涨水阶段。当泄水量超过30 m3/s以上时，在满足总干渠引水指标的情况下，闸前水位控制在正常水位以下，进水闸以孔流形式引水，多余水量从泄洪冲砂闸下泄；当大河来水小于350 m3/s时，引水枢纽按正常运行方式运行，进水闸按指标引进流量，其余水量由泄洪冲砂闸下泄。

3.3 防洪措施

红山嘴引水枢纽设计防洪标准30 a一遇，洪峰流量1140 m3/s，校核洪水标准为100 a一遇，洪峰流量为1760 m3/s。泄洪冲砂闸及泄洪闸泄洪前应对洪水可能经过的工程进行巡查，泄洪时应加强观测，尤其是薄弱部位。泄洪结束后，应对行洪工程进行仔细认真的检查，为汛后工程维修做好准备；根据天气变化及河水涨幅情况，或接到上级通知后，立即做好开闸泄洪前的准备工作。遇强降雨过程，要树立人等洪水的思想并做好防洪准备，做到人员到位、措施到位、物资到位；正常情况下，泄洪冲砂闸的开启顺序是1、2、3、4、5、6孔，关闭顺序是6、5、4、3、2、1孔。泄洪冲砂闸过洪设计流量420 m3/s，校核流量650 m3/s。

（1）当上游河道来水小于350 m3/s 时，引水枢纽按正常运行方式运行，即进水闸按灌区灌溉需水和四、五级电站引水流量引水，泄洪冲砂闸各孔按正常操作程序开启泄洪或冲砂；当上游河道来水350～420 m3/s 时，进水闸正常引水，最大引水流量不得超过80 m3/s。其他泄水建筑物按控制运用表（见表1）进行泄洪；当上游来水大于350 m3/s，在总干渠限制流量不超过40 m3/s的条件下，可以开启泄洪冲砂闸5～6 孔，并且应认真观察水情，在闭闸前用水力冲洗闸后泥砂，保证闭闸以后，闸下游200 m范围内没有淤积；在洪水流量小于650 m3/s情况下，洪水均由泄洪冲砂闸进行下泄，按表1 控制运用指标执行；当上游河道来水大于650 m3/s时，引水枢纽首先在保证自身安全的前提下，超过部分全部由泄洪闸和上游溢流堰退入河道；当大河来水超过650 m3/s 时，总干渠引水流量不大于80 m3/s，水量由1、2、3、4、5、6 孔泄洪冲砂闸下泄，同时打开泄洪闸。大河来水水势回落至420 m3/s 时，观察闸前闸后冲於情况，及时关闭泄洪闸。

来水流量冲5、6孔泄水流量进水闸引水流量冲1、2孔泄水流量）冲3、4孔泄水流量

（2）各级洪水流量的处置权限。当大河来水在350 m3/s 以下时，由一站领导根据实际情况按操作规程处置，并实时向防办报告情况；遇突发性洪水由一站现场管理人员根据水情及时采取措施自行进行处理，并及时向防办报告情况；当大河来水350～500 m3/s时，须采取非常措施，由局联络员会同一站根据度汛方案现场处置，并及时向防办及安全保闸负责人报告情况；当大河来水超过500 m3/s时，安全保闸负责人现场会同管理部门和技术部门现场指挥，并同时向自治区防洪指挥部报告情况。