新疆和田河流域防洪主要问题与对策

彭兆轩，柳 莹，李 江，杨玉生，2

(1.新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000；2.中国水利水电科学研究院，北京 100048)

1 概述

和田河深居亚欧大陆腹地，独特的地理环境形成了当地干旱少雨的气候特点，作为和田地区径流最大且最重要的一条河流，已有不少学者对其进行了大量的研究。黄领梅等人分析研究了和田河径流组成以及径流年际变化，在气候条件以及人类活动的影响下，河道径流逐渐减少[1]。王新等人分析了已建的乌鲁瓦提水库对下游的影响，研究发现控制性调蓄水库建成后，致使两支流径流不同步，造成下游河道水量损失较大，建议加快玉龙喀什水库的建设[2]。郭升军和赵宏涛分别以乌鲁瓦提水库和玉龙喀什水库为研究对象，探讨了下游防洪设计思路以及防洪要点[3- 4]。刘海涛、徐宗学和黄领梅均采用Mann-Kendall检测方法，研究了气温变化条件下对和田河流域内降水以及河道径流的影响规律[5- 7]。田家巾、施文红和买合皮热提·吾拉木对和田河及其支流的洪水成因进行了分析，当地气温条件是引发洪水的主要因素[8- 10]。从以上众多学者的研究中不难发现，大都是对和田河流域的温度、径流以及洪水成因进行了分析。虽然翟超、吐尔逊·买买提明和肉孜买买提·托合铁木尔对和田河当前防洪现状、存在的问题以及防洪措施等方面进行了研究，但均不能从根本上解决流域内的防洪问题[11- 13]。本文在前人研究的基础上，重点研究了乌鲁瓦提水库与玉龙喀什水库的联合调度，采用“凑峰下泄”的控制方式，不仅可满足向塔河的供水，维持沙漠绿色走廊的生机，也可减少下游洪水灾害，保障人民生产生活用水。

玉龙喀什河和喀拉喀什河是和田河的两大支流并汇合于阔什拉什，和田河全长1127km，横跨塔克拉玛干大沙漠，在沙漠中形成了一条绿色走廊，最终汇入塔里木河。和田河流域地理环境极为恶劣，水资源分布不均，具有“春旱、夏洪、秋缺、冬枯”的特点[13- 14]。和田河流域规划中规定和田河平均每年向塔里木河的供水量不少于9亿m3[15]。流域内共有地表水资源44.8亿m3，其中玉河为22.8亿m3，占水资源总量的50.9%；喀河为22.0亿m3，占水资源总量的49.1%。和田河向塔里木河输送的水量约占和田河径流的1/4，这在很大程度上保障了塔河流域生态环境。和田河径流的补给源以高山冰雪融水、低山区的降水和少量的山区地下水为主，和田河径流组成如图1所示。从1950年至今，和田河流域在全球温室效应的影响下，气温也在持续增高。20世纪60年代以前，气温升高速度相对缓慢；20世纪90年代以后，气温增幅较为明显[5- 7，16]。和田河流域多年平均气温12.4℃，极端最高气温可达到42.1℃，极端最低气温可达到-23.2℃。气温上升对和田河洪水影响较大，加速了洪水的发生。

图1 和田河径流组成

2 和田河水利工程及防洪现状

2.1 水利工程现状

和田地区现有大中小型水库58座，总库容达到19.76亿m3，其中已建的乌鲁瓦提水利枢纽工程和拟建的玉龙喀什水利枢纽工程均为大(2)型，总库容为8.83亿m3，占总库容的44.7%；中型水库为15座，总库容为9.54亿m3，占总库容的48.3%，如图2—3所示。大中型渠首共46座，其中玉龙喀什河渠首、喀拉喀什河渠首引水流量均为150m3/s。从图1中不难发现，和田地区以平原水库为主，占水库总数的74%，山区水库只有15座，占水库总数的26%，缺乏控制性水利枢纽工程。截止当前，仅有2座大型水库且其中1座为拟建，大多数为小型的平原水库，建设年代久远，水库开发强度为6.0%，远远低于全疆平均水平。

已建的乌鲁瓦提水利枢纽是和田河流域喀河上唯一的控制性骨干工程，喀河发源区有较丰富的冰川群，其中冰川有1987条，面积达2163.2km2，冰川储量156.09m3，融水径流占该河年径流量的46.6%[17- 18]。河流全长808km，流域面积为26600km2，径流量21.9亿m3，流经和田、皮山、墨玉三县(市)，灌区耕地面积达6.7万hm2。大坝采用的是混凝土面板堆石坝，最大坝高133m，总库容3.34亿m3，年发电量1.97亿kW·h，灌溉面积12.13 hm2。每年6—7月空库运行，8月水库蓄水至汛限水位，8—9月蓄至正常蓄水位，从10月开始至次年的5月末，水库进入供水期[19]。

图2 和田地区水库按工程类别分类

图3 和田地区水库个数及库容

2.2 和田河防洪现状

2.2.1洪水成因分析

流域上游为高山区，超过6000m的山峰有40余座，共有冰川3318条，冰川总面积4840.39km2，冰储量566.42km3。据不完全统计，自1957年开始至2015年为止共59年中，洪水有90%的概率会发生在每年的7月和8月，而发生在6月和9月的洪水概率仅为10%。和田河主要由玉河和喀河两大支流，其洪量及洪峰流量的大小通常取决于支流上洪水的汇流情况，若两支流来洪时间相互错开，则下游和田河洪水基本可控；但如果两河同时发生洪水，在汇合口叠加后将会对和田河下游人民、耕地、牲畜、村庄以及道路带来毁灭性打击，两大支流年最大洪峰流量出现情况统计见表1。通过表1中统计数据可发现，两河同时发生洪水的概率为33.9%，这是由于两河均属于冰雪消融补给为主的河流，到了盛夏时节，冰雪消融，极易造成同步洪水。如最大的特大灾害性洪水发生在2015年7月31日，两河洪量叠加并出现暴涨暴落的现象，大量的泥沙随之冲到中下游平原地区，致使流域内的牧民、牛羊、耕地、草场以及水利工程设施遭受到了严重的损失。如何避免这种现象的再次发生成为了当前全疆水利工作者研究的重中之重。

表1 玉河年最大洪峰流量比喀河提前或推后占比统计表

由于现代化工业社会燃烧过多的煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后释放出大量的二氧化碳，造成全球温室效应进一步加剧。和田地区年平均气温也在随之逐年增高，这将导致大面积的冰雪融化，如无调蓄工程的控制，则会发生洪水灾害。另外，在高温环境的影响下，地表蒸发量较大，也极易形成暴雨型洪水，玉河所含中低山的集水面积较喀河大，发生暴雨型洪水的频率也大于喀河。

2.2.2当前防洪能力分析

2002年在喀河上建设了乌鲁瓦提水利枢纽工程并投入运行，总引水枢纽位于乌鲁瓦提水利枢纽工程以下约63km处。总引水枢纽以下30km范围内属于喀河防洪重点河段，目前河道两岸防洪设施标准较低，不满足50年一遇的设防要求，根据现场踏勘调查研究，确定下游河道安全泄量890m3/s，将常遇洪峰流量削减至500m3/s以下，将50年一遇洪峰流量削减至890m3/s。乌鲁瓦提水利枢纽工程可在很大程度上削减洪水，减小对下游的冲刷破坏，也可避免与玉河洪峰叠加的情况。拟建的玉龙喀什水利枢纽工程位于玉河上游出山口处，2020年底通过水规总院初设审查。据统计，流域内已修建提防45.58km，可将城市防洪标准提高至20～50年一遇，但由于当地财政紧张、防洪设施投入不足等问题，导致该河道仍未彻底改善，对下游居民的生产生活造成一定的安全隐患。

3 和田河防洪主要问题

3.1 缺少控制性调蓄水库工程

玉河和喀河均属于典型的南疆干旱荒漠区的河流，流域内植被稀少，水土流失严重，极易遭暴雨侵袭而发生较大的山洪泥石流等。为控制洪水，解决下游生态、生产及生活用水需求，2002年在喀河上修建了乌鲁瓦提水利枢纽工程并投入运行，大大降低了下游发生洪水灾害的频数，但由于下游部分河段提防建设不达标，并不能保证全河断的防洪安全。相较于喀河而言，玉河上仅修建了一座达克曲克电站，并没有控制性调蓄水利工程，下游防洪堤老化且建设质量不达标，不能有效地控制洪水，拟建的玉龙喀什水利枢纽工程于2021年1月才通过水规总院的初设审查，当前的工作任重而道远。

3.2 已建提防建设质量差，防洪标准低

玉龙喀什河已建永久性防洪工程共 7段，共30.22km，其中绝大部分的防洪工程仍未实施，部分已修建的临时性防洪工程多采用梢木、梢草料以及编织袋等材料，工程建设标准低，抗洪能力差。当玉龙喀什水利枢纽建成后，虽然可以消减洪峰，但长时间的下泄洪水对下游河道岸边进行了不间断的冲刷，因此下游河段仍需要修建护岸工程。喀河目前就存在水库调蓄后，下泄水变清而加剧对河岸淘刷的问题，防洪任务依然严峻。

3.3 防洪非工程措施不完善

防洪非工程措施易被忽略且组织架构不合理，管理体制机制与当前的防洪建设要求存在较大偏差，仍有部分区段未按要求建设防洪预警预报系统，通讯设施老化，汛情报告不及时，未能在第一时间将来洪情况报告防洪指挥部。

4 和田河防洪对策

根据对和田河流域内水利工程现状以及防洪现状的研究分析，发现了目前流域内防洪治理方面存在的问题，主要是因为玉河尚无修建控制性调蓄工程、防洪堤工程建设质量差且防洪标准较低、防洪管理体制机制不健全、缺乏预警监测系统。针对以上问题，提出了几点对策与建议。

4.1 实现两库联合调度，削减下游洪量

喀河上已建的乌鲁瓦提水库改变了径流年内分配，可避免与玉河洪峰的叠加，减少了下游的洪水灾害，但却破坏了河道超渗产流的条件，加剧了渗流损失[20]。如何降低因下泄洪峰流量不同步增加河道损失以及减少下游洪水灾害，这就需要在玉河上修建玉龙喀什水利枢纽工程，实现两库联合调度运行方式，通过“湊峰下泄”的形式降低损失减少灾害。

4.1.1凑泄流量的确定

通过研究发现，当下泄流量接近河道造床流量时，可提高输水效率，减少河道损失。根据实测河道地形和分析计算，确定和田河干流阔什拉什断面造床流量为470m3/s，按照河道损失率系数反推到两河渠首断面相应的叠加流量为560m3/s，同古孜洛克水文站和乌鲁瓦提水文站断面相应叠加流量为610m3/s，扣除两支流控制性水库坝址—水文站河段区间汇流后，两河坝址断面叠加流量为600m3/s。通过分析计算得出，当玉龙喀什坝址和乌鲁瓦提坝址断面集中合计下泄流量600m3/s 时，下游河道综合损失率最小，由此确定两河枢纽坝址断面凑泄流量为600m3/s，即 600m3/s为两河枢纽坝址断面各自扣除下游灌区需水流量后要达到的流量[21]。

4.1.2凑泄方案

通过降低河道损失保证向塔里木河供水，并综合考虑当年河流来水、玉龙喀什水库调蓄能力，拟定玉龙喀什水库在6—9月择机凑泄，即当乌鲁瓦提水库出库流量在120～480m3/s 之间时，玉龙喀什水库根据出库过程择机凑泄，使得集中下泄流量达到600m3/s，否则玉龙喀什水库不凑泄。这是因为乌鲁瓦提出库流量小于120m3/s时，其河口收不到水；和田河两大支流汛期基本同步，乌鲁瓦提水库下泄480m3/s时玉龙喀什水库一旦补凑，下游河道水量就会大于600m3/s，输水损失又会增大，且有可能对下游河道安全产生影响。以乌鲁瓦提长系列出库过程为基础，研究并制定了玉龙喀什水库6—9月的出库过程。该水量过程包括利用玉龙喀什水库生态库容补泄流量和因水库调度运行的各时段其它出库水量(如泄洪、冲沙运行，或水库水位变动需要泄水等)两部分，经沿程蒸发、渗漏损耗后进入和田河。

经统计，玉龙喀什水库建成后，与乌鲁瓦提水库联合调度运行， 60 年长系列中动用生态库容总补凑次数85次。因水库调度运行(如泄洪、冲沙运行或水库水位变动需要泄水等)，各月还有部分出库水量，由此补泄生态水量加上其它出库水量，与乌鲁瓦提水库出库水量相叠加后，两河坝址断面达到并等于600m3/s 的次数为24次，大于400m3/s(肖塔站初期见水时两河水文站断面临界流量)小于600m3/s 的次数69次，大于600m3/s 的次数有52次。通过两库联合调度运行，使得两河渠首断面多年平均下泄17.4 亿m3水量时肖塔断面收到的水量达到9.0亿m3，以确保《塔里木河近期综合治理规划报告》要求的和田河向塔里木河生态供水目标[22]。

4.1.3综合利用任务对水库运行方式的要求

生态供水对水库运行方式的要求：通过水库联合调度，使喀拉喀什河和玉龙喀什河两河两水库坝址断面6—9月联合下泄流量达到600m3/s，减少河道损失，提高向塔里木河输水效率，在确保向塔里木河生态供水9亿 m3的前提下，满足下游综合用水需求。

灌溉对水库运行方式的要求：根据流域灌区供需分析成果，设计水平年2030年，需水库在玉龙喀什渠首断面满足地方灌区灌溉设计供水水量7.85亿m3、向兵团昆玉市预留农业灌溉水量1.10亿m3，共计 8.95 亿m3。工程供水过程线如图4所示。

图4 玉龙喀什灌区供水过程线(玉河渠首断面)

防洪对水库运行方式的要求：玉龙喀什水库与下游堤防结合共同承担下游防洪任务，水库与下游堤防联合运行，使防洪控制断面玉龙喀什河渠首断面按河道安全泄量1248m3/s(10 年一遇)进行下泄。水库所需防洪库容为 0.05亿m3，采用防洪库容与兴利库容完全结合的方式，汛期6—8月水库限制水位2169.0m。当入库洪水小于等于10年一遇、水库安全控泄流量1125m3/s时，利用泄洪建筑物控制泄量；当入库洪水大于10年一遇、库水位达到汛限水位但低于防洪高水位 2170m 时，水库按安全控泄流量1125m3/s下泄，水库滞洪，库水位升高；当入库洪水大于30年一遇、库水位达到或超过防洪高水位2170m时，水库自由下泄，随着时间发展，入库洪水逐渐减小，最终将水库水位保持在汛限水位，以防二次洪水的发生。

4.2 提高已建提防防洪标准，加快新建、改建提防建设

据统计，和田地区超过半数以上的防洪堤防洪标准不足5年一遇，都是早期当地农民修建的，往往质量得不到保障，经不起洪水连续冲刷。少数河段有浆砌石提防，但因其建设标准低且年久失修，已经不能起到很好的防洪要求。目前，应将防洪标准由现状不足5年一遇提高至一般河段 10～20年一遇，重点河段 20～50 年一遇。

根据玉龙喀什河防洪形势，应在玉河上新建、改建堤防工程共41段，总长度为198.52km，防洪工程建设标准为10年一遇，重点区域、重点工程提高至30年一遇或50年一遇。其中，洛浦县8段，总长度13.92km；和田市8段，总长度61.3km；和田县25段，总长度123.3km。喀拉喀什河上新建、改建堤防工程共52段，总长度为85.687km，防洪工程建设标准为10年一遇，重点区域为20年一遇。其中，墨玉县19段，总长度41.38km；和田市14段，总长度22.517km；和田县19段，总长度21.79km。根据洪水灾害的危害程度以及防洪任务的轻重缓急，应有针对性、有重点的分期分步实施。

和田河作为塔里木河的三大源流之一，需完成向塔河的输水任务，改善塔河流域生态环境，但是为了降低输水过程的水量损失，不仅要实现两库联调，还需要疏通下游河道，使水流得以通畅下泄。在和田河干流左岸布置3.1km输水堤，设计洪水标准为10年一遇，设计洪峰流量939m3/s。

4.3 完善体制机制，建立水情测报系统

建立以行政首长为核心的防汛责任制以及防汛责任监督制，岗位分工明确，层层抓落实，将“负责、献身、求实”的水利精神贯穿到工作及生活中。在和田地区水利局建立洪水灾害预警平台，各个监测站将采集到的水情信息通过公网通信或卫星通信的方式发送至洪水灾害预警平台，该平台可接受并查看下属行政单位(市、县、乡、村)的洪水灾害相关信息[23]。通过预警平台，地区水利局可第一时间了解所属某区域的洪水灾害信息，并向所在地水利系统工作人员下达解决方案及注意事项等。

5 结语

和田河径流的主要补给来源为高山冰雪融水，在高温天气下，极易引发冰雪融水型洪水和暴雨型洪水，如2015年史无前例的特大洪水。上游无控制性调蓄工程，下游防洪设施不完善，突如其来的特大洪水对当地居民生命财产安全造成了严重的威胁。本文以流域内水利工程现状及存在的主要问题为抓手，在提出传统防洪措施的基础上，系统阐述了防洪对策，通过修建控制性调蓄工程，实现两库联调，可从根本上解决流域内多年的洪水灾害问题，保障当地经济与生态朝着绿色、健康的模式可持续发展，对实现社会稳定与长治久安起着举足轻重的作用。