乌斯通沟水库运行方式及调水分析

2022-06-23程茜

吉林水利 2022年3期

程茜

（新疆新水建设工程造价咨询有限责任公司，乌鲁木齐市 830000）

科学合理的水库调节运行方式可充分缓解流域的水资源供需矛盾，提高地表水利用率，满足流域各业综合用水要求[1-3]。由于乌斯通沟河流域内缺少控制性水利工程，为解决乌斯通沟地表水利用程度不高导致的农业灌溉春旱、夏洪、秋缺水问题和区域内工业园区的用水规模不断扩大导致的区域水资源供需矛盾日益突出问题，在乌斯通沟河兴建拦河控制性水库枢纽工程[4]。乌斯通沟水库工程是一座以灌溉、工业供水为主的水库工程，工程建成后向下游各业供水2 128 万m3。

1 工程概况

乌斯通沟为阿拉沟河的下游支流之一，发源于阿拉沟河右岸的天山支脉阿勒古尔乌拉山东南麓，属狭长的树枝状水系，河流出山口后，流经山前洪积扇汇入阿拉沟河[4-6]。乌斯通沟水库是乌斯通沟上的控制性水利工程，工程具有灌溉及工业供水等综合功能。出山口以上控制流域面积617km2，河长68km，河槽坡度46‰。乌斯通沟水库上坝线位于乌斯通沟沟口以上1.4km 处，控制流域面积616km2；水库下坝线位于上坝线下游370m，控制流域面积616.3km2。水库总库容1 440 万m3，正常蓄水位905.0m，兴利库容1 022 万m3，死水位876.0m，死库容315 万m3，综合放水设计流量3.0m3/s，设计灌溉面积2.58 万亩[7]。乌斯通沟流域水系图见图1。

图1 乌斯通沟流域水系图

2 流域水文气象特性

乌斯通沟上、下游无实测水文资料，通过调查得知，该河流常年来水量较稳定，来水频率与阿拉沟河同步性较好，因此以拉沟水文站为参政站，采用阿拉沟水文站1956—2016 年实测资料。阿拉沟河径流以降雨补给为主，径流主要形成于出山口以上山区，降雨、地下水补给、冰雪融水补给各占41.8%、36.8%、21.4%。根据水文站监测资料，阿拉沟最大4 个月的径流量集中在6—9 月，占年径流量的63.6%，夏季6—8 月径流量最大，占年径流量的54.6%，这是因为夏洪多发生在7—8 月，径流以降雨补给和冰雪融水补给为主，春冬两季径流以地下水补给为主[4]。根据《吐鲁番盆地多年平均径流深等值线图》，由公式（1）计算出乌斯通沟坝址多年平均径流量0.4084×108m3[5-6]。

式中：y为流域多年平均年径流深；—流域面积（km2）；f1，f2，…fn为流域界线内相邻两等值线间的面积；y1，y2， …yn为相邻两等值线读数的平均值（mm）。

所用的气象数据来源于阿拉沟水文站，以及托克逊县气象站。多年平均气温为10.1℃，多年平均年降水量44.6mm，降水多集中在夏季，最大一日降水量达27.4mm。多年平均年蒸发量为2 465mm（Φ20cm 蒸发皿）；多年平均风速为2.3m/s，多年平均最大风速为25.0m/s，瞬间最大风速超过40.0m/s，≥8 级的大风日数为108 天左右。最大冻土深为0.6m。

3 水库运行方式

乌斯通沟水库工程为流域2020 年规划重点工程，工程于2020 年9 月开工。水库承担向伊拉湖工业园区及阿拉沟流域一般工业的供水调节任务的同时，解决当地灌区灌溉、地下水超采等多项问题，对缓解当地用水供需矛盾、提升人们生活质量与经济水平具有重要意义，工程建成后将向下游各业供水达到2 128 万平方米。

3.1 兴利调度运行方式

水库在6 月底放空，水库7、8 月份水位在893.0m 运行，7 月—次年2 月蓄水，3—6 月供水补充灌溉，全年均匀向工业园区供水。汛期7—10 月溢洪道闸门全开，11 月溢洪道闸门开始挡水，冬季高水位运行。乌斯通沟水库调度情况见图2。由乌斯通沟水库调度图可知：

图2 乌斯通沟水库调度图

①当水库运行水位落入Ⅰ区（降低工业供水区）时，水库供水采取限时限量供给，启动应急备用水源供水等多种方式解决，水库缩减向农业及工业供水，水库调度运用以满足园区居民基本生活用水为主。

②当水库水位落入Ⅱ区（工业供水保证区、灌溉降低供水区）时，水库缩减向农业供水，水库调度运行以满足工业园区用水为主。

③当水库水位落入Ⅲ区（灌溉、工业供水保证区）时，水库调度运行按照首先满足生态用水、再供工业用水、后供灌溉用水的放水顺序依次满足各业用水需求。

④当水库水位落入Ⅳ区，即达到正常蓄水位，且来流大于下游用水要求时，水库弃水。

3.2 调洪运行方式

水库主要通过溢洪洞泄洪。根据水工布置，乌斯通沟水库工程溢洪洞布置在乌斯通沟右岸。水库调洪运行，①当库水位处于死水位876.0m 与正常蓄水位905.0m 之间时，水库将洪水充蓄库中；②当库水位大于正常蓄水位905.0m 时，a）当水库来流小于或等于431m3/s（正常蓄水位905.0m 对应泄流能力）时，通过控制溢洪洞闸门开度，水库按来流下泄；b）当水库来流大于431m3/s 时，溢洪洞闸门全部开启，水库敞泄，水位自然壅高；③洪峰过后，水库水位尽快回降至正常蓄水位。

3.3 排沙运行方式

乌斯通沟泥沙主要来自于夏季暴雨洪水，根据水文资料分析，乌斯通沟悬移质泥沙年内分配极不均匀，变化很大。10 月—次年4 月，河水清澈，含沙量较少，5—9 月河水含沙量大，尤其是7—8月，既是融雪洪水多发的季节，也是雨水较多的季节，因此洪水挟带大量泥沙泄入河道，河水含沙量达到最大。结合乌斯通沟水库工程洪水及泥沙的季节特点，乌斯通沟水库工程采取7、8 月排沙运行的方式。根据平水年（P=50%）径流调节计算成果，水库7、8 月份水位一般在893.0m 左右运行，因此，确定水库的排沙期为7—8 月，排沙水位为893.0m。

3.4 应急调度运行方式

乌斯通沟水库工程校核洪水标准为1 000 年一遇。按放空冲沙兼导流洞不参与泄洪，水库校核水位为906.89m。水库坝顶高程为909.5m，按1.2m高防浪墙，防浪墙顶高程为910.7m。在实际调度运行中，如考虑放空冲沙兼导流洞参与泄洪，在该洞闸门全开的情况下，其过流能力约130m3/s。按水库由正常蓄水位905.0m 起调，经调洪演算，水库在放空冲沙兼导流洞参与泄洪的极限应急调度情况下，在遭遇5 000 年一遇洪水时（设计洪峰流量996m3/s），相应大坝调洪水位907.54m，此时坝顶高程为910.17m。高于水库坝顶高程，但低于水库防浪墙顶高程，满足规范要求。

4 水库初始蓄水

4.1 蓄水原则

（1）水库蓄水时，应考虑上游用水要求，下泄流量应满足下游河道的生活、生产、生态等需要的最小流量要求[8]；

（2）在水库蓄水至死水位876.0m 之前，若来水小于下游用水，则水库维持该水位不变，不增加蓄水。当来水大于下游综合用水要求时，首先满足下游用水，多余水量充蓄库中。当水库蓄水水位高于死水位时，按照现状年要求供水，水库进入正常发挥效益运行。

4.2 蓄水计算

4.2.1 边界条件

（1）来水频率及设计来水过程

选择根据《水利工程水利计算规范（SL104-2015）》，水库蓄水一般可选25%、50%、75%代表年，用于估算蓄水时间。 75%代表年反映蓄水期间可能遭遇的不利水文条件，作为估算较长蓄水时间的依据，50%代表年反映遭遇平均来水情况，作为估算平均蓄水时间的依据。

根据拉沟水文站1956—2016 年实测资料，经分析计算，在来水频率P=25%的年份，来流量为4 656 万m3；在来水频率P=50%的年份，来流量为3 718 万m3；在来水频率P=75%的年份，来流量为3 146 万m3。成果见表1。

表1 不同来水频率乌斯通沟水库逐月来流过程表单位：万m3

（2）上、下游用水

经现场调查乌斯通沟水库上游无取用水户，故水库蓄水时，不考虑上游用水要求。现状乌斯通沟下游地区需水主要为农业及工业需水。此外，还需向下游河道下泄生态水量。初期蓄水计算中，乌斯通沟下游地区现状农业及工业合计需水量为3 613 万m3。其中，农业需水量为2 642 万m3，工业需水量为150 万m3，下游生态需水量为818 万m3，详见表2。