阿尔塔什水利枢纽工程对叶尔羌河生态水文的影响研究

朱文静

(新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，新疆 乌鲁木齐 830000)

在社会发展过程中，随着对河流演化规律认识的不断深入和对水资源的需求日益增加，为满足供水、防洪、发电、航运等不同需求，人类开始不断开发和改造河流。 随着人口和经济的增长，河流的开发利用达到了顶峰。 其中，水利工程是人类开发利用河流的主要方式[1]。我国是修建水利大坝最多的国家，目前已超过4 000座。这些水利工程的修建为促进社会的进步发挥巨大作用。

图1 河流生态水文指标体系

在开发利用河流促进经济社会发展的同时，人类开发利用活动本身也对河流造成了一定的负面影响：工业、农业及其他产业的快速发展使得水污染加重，生活污染物大量排放对河流造成严重污染；人类对于水库河流过度调水，使河流流量无法满足河流生态用水的最低需求。大面积河滩开垦以及森林砍伐，造成水土流失严重，湖泊河流退化等严重问题，河流生态系统的恶化给人类敲响了警钟，人们意识到必须保护和恢复河流生态系统。科学家们从地理学、生物学、水文学等多学科对河流生态系统的保护与恢复进行了深入研究。河流的水文要素包括流量、泥沙、水质等，其中以流量最为活跃。天然河流的各种流量过程，如幅度、频率、持续时间、时间和变化率等，都会对河流生态系统产生重要影响。因此，本文将基于河流生态水文理论，构建河流生态水文指标体系[2]，对河流生态水文特征进行量化。

1 研究方法

1.1 指标体系构建

根据河流生态水文特征，构建河流生态水文指标体系，主要考虑影响河流生态系统的不同流量过程，包括小流量过程、中高流量过程、大洪水过程三种流量过程，并且考虑不同流量过程的幅度、频率、历时、时刻和变动率等，具体体系如图1所示。

1.2 指标量化

对每一个指标中对应的变量，用五种参数来进行量化。

(1)值：统计计算得到的变量值。

(2)中值：变量值多年的中值，反映变量的值的变化趋势。

(3)平均值：变量值多年的平均值，反映变量值的变化趋势。

(1)

(4)变化率：描述多年变量值相对于中值的离散程度，数值越大表明变化越大。

(2)

(5)标准偏差：描述多年变量值相对于平均值的离散程度，反映变量值的变化程度，数值越大表明变化越大。

(3)

式中：ai表示第i年的变量值；n表示总的年数；m表示变量值多年平均值；Q10表示多年变量值序列中，10%保证率的值；Q90表示多年变量值序列中，90%保证率的值；p表示多年变量值序列的中值；V表示多年变量值的变化率；Cv表示多年变量值的标准偏差。

2 实例简介

阿尔塔什水利枢纽工程坝址位于新疆喀什地区阿尔塔什村叶尔羌河段，是国务院推进的172项重大节水供水工程之一，是国家“十三五”期间100个重大项目之一，也是新疆在建的最大水利枢纽工程，被业内专家称为“新疆的三峡工程”，工程惠及新疆南部的克州、喀什地区及和田地区[3]。工程主要任务是在保证塔里木河生态供水条件下，发挥防洪、灌溉、发电等综合功能。该水利枢纽为大(1)型I等工程，规划水库正常蓄水位1 820 m，最大坝高164.8 m。工程内容主要由拦河坝、泄水建筑物、发电引水系统、电站厂房、生态基流放水洞等建筑物组成。枢纽建筑物包括：

拦河坝：混凝土面板砂砾石堆石坝。坝顶高程1 825.8 m，最大坝高164.8 m。坝顶长795 m。

泄沙泄洪洞：深孔放空冲沙洞2条，分别长1 445.919 m和656.82 m，井口高程为1 715 m。泻量分别为928.6与890.2 m/s。

中孔泄洪洞：1条，进口高程1 750 m，长573 m，宽8 m，高8 m。泻水量2 300 m/s。

岸边式表孔溢洪洞：两条，堰顶高程1 805.5 m，长度分别为773.124 m和824.141 m，宽15 m。单洞设计泻量1 983 m/s；单洞校核泻量2 361 m/s。

发电引水洞：两条压力输水管线，平行布置于右岸。全长分别为6.01 km和5.95 km。进口高程1 750 m。单洞设计流量222.4 m/s。一洞二机布置。

右岸地面电站厂房：水轮机安装高程1 601.7 m。总装机容量4×175 MW，设计年发电量17.81亿 kw·h。

坝后生态基流放水洞及其电站厂房：流量49.4 m/s，水轮机安装高程1 663.8 m，生态电站装机2×27.5 MW，设计年发电量4.0亿kw·h。

该项目在保证塔里木河生态供水的同时，可大幅度调整叶尔羌河年内径流分布。项目建成后，通过水库调节功能，在保证年均向塔河输送3.3亿 m3水量的前提下，可大幅度调整叶尔羌河年内径流分布，有效控制上游山区洪水，每年减少约1 000万人的防洪投资，使灌区的农民和人民告别千年洪水和沉重的防洪负担。项目投产后，可解决我国第四大灌区叶尔羌河流域灌区春旱缺水问题，大大改善灌区条件。同时，项目建成后，通过水力发电改变和缓解克州、喀什、和田等地区电力短缺的局面，改善塔里木河流域、叶尔羌河流域生态环境，造福人民群众。改变当地贫困面貌，增加农民收入。

针对该水利枢纽现有水文资料，以此评价体系对阿尔塔什水利枢纽工程进行生态评价。

2.1 长期指标

长期指标的计算结果如表1所示。对结果显示仅中值流量后期偏小，而其他指标均为后期偏大。基流指数前后变化不明显；洪水指数，后期偏大，表明后期洪水比之前量大。

2.2 高流量低流量指标

大于3倍中值的流量次数，前后数值差别不大。大于3倍中值的水量和时问，后期明显偏大。计算结果见表2。小于1/2中值的流量次数，后期偏大；小于1/2中值的水量和时间，后期偏小。计算结果见表2。

表1 长期指标计算结果

表2 高流量低流量指标计算结果

2.3 极值指标

该指标的六个变量，最大一天，三十天，九十天流量，最小一天，三十天，九十天流量，后期的变量值都偏大。极值指标的变量整体变化都比较小。计算结果见表3。

表3 极值指标计算结果

表4 涨落水指标计算结果

2.4 涨落水指标

涨水次数、涨水平均持续时间、落水平均持续时间、涨水持续时间、落水持续时间、都是后期偏小；落水次数、最大一天涨水量、最大一天涨水量、日平均涨水量、日平均落水量，都是后期偏大。涨水落水指标中。落水持续时间和每次落水持续时间的变化较大。计算结果见表4。

综上研究指标的变化分析，可以得出阿尔塔什水利枢纽工程的修建对叶尔羌河生态水文特征的影响：阿尔塔什水利枢纽工程的修建，对大洪水过程、中高流量过程和小流量过程的幅度、时间、历时和频率的影响不大，主要影响了各种流量过程的变动率。从涨水落水持续时间的减小和月流量变化率增大的变化来分析，阿尔塔什水利枢纽工程的修建增大了流量过程的变动率。

3 结语

通过分析整理国内外的研究成果，本文根据水文特征和河流生态的相关性，构建河流生态水文指标体系，包括长期指标、高流量低流量指标、极值指标、涨水落水指标和月流量指标，用于量化河流生态水文特征。同时分析阿尔塔什水利枢纽工程在2019年前后的生态水文指标变化，研究结果为后期工程管理及建设运行提供的一定的研究参考。