若羌河水库建设对下游水文情势影响分析

汪 洋

（新疆维吾尔自治区巴音郭楞水文勘测局，新疆 库尔勒 841000）

发源于阿尔金山北麓的若羌河是若羌县境内主要河流，规划在其上游修建若羌河水库。为了减小水库建设对下游带来的影响，为水库后续运营提供科学依据，需对水库建设对下游产生的水文情势影响进行分析。

1 概况

若羌河全长176 km，较大的支流有2支，东支为阿克苏河，西支为其昂里克河，来水主要以冰雪融水补给为主、泉水补给为辅，多年平均年径流量为0.901 亿m3[1]。拟建的若羌河水库坝址位于若羌河出山口上游。工程主要由挡水建筑物、泄水建筑物、灌溉引水发电洞等组成，主要建设任务为防洪、灌溉、工业供水，兼顾发电。水库坝址以上流域面积2548 km²，坝址断面年均径流量7450 万m3。水库正常蓄水位1635.00 m，总库容1776 万m3[2]。

2 径流影响分析

2.1 施工期和截流期对径流的影响

根据施工计划安排，施工截流安排在第1 年9月底进行，截流龙口设在若羌河右岸，采用从左岸向右岸进占的单戗立堵法。截流过程中，随着截流龙口宽度的缩小，龙口泄流逐渐过渡为泄洪兼导流洞泄流，下泄流量为河道天然来水量，故截流期间对下游水文情势无影响。截流后，施工期间通过泄洪兼导流洞进行施工导流，下泄流量仍为河道天然来水量，对下游河段水文情势无影响。

2.2 初期蓄水对水文情势的影响

若羌河水库为不完全年调节水库[3]，根据主体设计，工程施工期第3 年10 月开始下闸蓄水，蓄水过程中利用泄洪兼导流洞控制下泄流量，以满足下游供水要求。经计算，P=75%来水频率下，历时54 d即当年11月下旬末即可蓄至死水位1610 m，次年4月中旬蓄至正常蓄水位1635 m。初期蓄水期间，利用泄洪兼导流冲沙洞向下游供水。

若羌河水库坝址断面枯水期（10月—次年3月）生态基流取0.28 m3/s，丰水期（4—9月）生态基流取0.57 m3/s。工程初期蓄水坝址断面下泄水量调算结果，详见表1。

表1 工程初期蓄水坝址断面流量变化m3/s

由表1 可知，初期蓄水期间4 月下泄流量增加0.47 m3/s，其余初期蓄水期间流量减少0.04～1.44m3/s，最大减幅为83.92%，但均满足相应的生态基流和灌区需水的相关要求。

2.3 运行期对水文情势的影响

2.3.1 预测断面和指标

若羌河水库建成运行后，正常蓄水位1635.0 m，正常蓄水位相应水库面积约0.913 km2，坝前水库水位最大抬升约50.0 m，库区河段回水长度约3.5 km。随着该段河流形态的改变，库区河段的流速有所减小。若羌河水库坝址位于山口电站引水渠首上游约6.40 km处，现状若羌河灌区用水自山口电站引水渠首引水。根据现状及工程运行后若羌河评价河段水文情势发生变化的影响因素，选取若羌河水库坝址和山口电站引水渠首下为预测断面。选取P=50%、75%来水保证率，开展运行期对水文情势影响分析。

2.3.2 预测结果

（1）P=50%来水保证率下各计算断面流量预测结果，详见表2。由表2可知，工程运行后，P=50%来水保证率下，若羌河水库坝址断面年下泄水量减少776.2 万m3，减幅为9.11%。2—4、7、11、12 月，水库在满足下游生态、农业、工业用水前提下蓄水，该断面流量较现状年有所减少，减少量在0.1～2.75 m3/s；流量相对最大减幅出现在12月，最大减幅为85.01%。1、5—6、8—10 月，出库流量较现状年有所增加，增幅在0.15～1.2 m3/s ；流量相对最大增幅出现在1 月，最大增幅为113.66%。

表2 各预测断面月均流量预测结果流量：m3/s；水量：104 m3

工程运行后，山口电站引水渠首下断面水文情势主要受上游若羌河水库调蓄、山口电站引水渠首引水的联合影响。P=50%来水保证率下，该断面年下泄水量减少1741.10 万m3，2—4、7、11—12 月流量减少0.06～4.25 m3/s，1、5—6、8—10 月流量增加、增幅为0.2～0.93 m3/s，各月流量在0.3～1.47 m3/s ，均满足下泄的生态基流要求。

（2）P=75%来水保证率下各计算断面流量预测结果，详见表3。

表3 各预测断面月均流量预测结果流量：m3/s；水量：104 m3

由表3 可知，工程运行后，P=75%来水保证率下，若羌河水库坝址断面年下泄水量增加360.1万m3，增幅为5.08%。1—3、7—8、11 月，水库在满足下游生态、农业、工业用水前提下蓄水，该断面流量较现状年有所减少，减少量在0.07～2.14 m3/s；流量相对最大减幅出现在2 月，最大减幅为55.70%。4—6、9—10、12 月，出库流量较现状年有所增加，增幅在0.02～1.95 m3/s；流量相对最大增幅出现在10月，最大增幅为133.75%。

工程运行后，山口电站引水渠首下断面水文情势主要受上游若羌河水库调蓄、山口电站引水渠首引水的联合影响。P=75%来水保证率下，该断面年下泄水量减少2101.30 万m3，1—3、6—8、11 月流量减少0.04～2.68 m3/s，4—5、9—10、12 月流量增加、增幅为0.02～0.71 m3/s，各月流量在0.28～1.09 m3/s，均满足下泄的生态基流要求。

综上，现状年若羌河水库坝址断面没有出现断流情况，若羌河水库工程建成后坝址断面也不会出现断流。现状年在山口电站引水渠首下断面，P=50%下，9 月出现断流，P=75%下5、9、10 月出现断流；若羌河水库工程建成后，该断面各月不会出现断流，下泄流量也均满足枯水期（10 月—次年3 月）生态基流0.28 m3/s、丰水期（4—9 月）生态基流0.57 m3/s 的要求。同时，现状区域地下水严重超用，通过若羌河水库的实施，优化了水资源的供给方式，避免了地下水超用状况的发生，使地下水水位逐步回升，符合本区域的生态恢复要求。

3 洪水影响分析

若羌河洪水可分为积雪融水型洪水、夏季暴雨型洪水和降雨、融雪混合型洪水3 种类型[4]，4—6 月为春汛，7—8 月为夏汛。多年来，若羌河因为缺少控制性水利工程，下游群众饱受洪水灾害，若羌河水库建成后起到滞洪削减洪峰的作用，可以降低水库坝址断面以下河段的洪水危害，使若羌河下游防洪标准达到50 a 一遇。经水库调洪后，可将50 a 一遇的最大入库洪峰708.6 m3/s 削减为下游河道安全泄量457 m3/s，且护岸或堤防工程可满足防洪要求。本大坝设计洪水标准为50 a 一遇，校核洪水标准为1000 a 一遇，防洪标准为50 a 一遇。 本阶段拟定水库运行方式为：每年6 月水库运行水位为死水位1610 m，进行排沙运行；7、8 月水库不得高于汛限水位1631.1 m 运行，进行迎汛；汛期过后9 月开始，水库在满足下游各业用水的前提下，择机蓄至正常蓄水位1635 m；9月—次年5月水库按各业要求进行下泄。若羌河水库调洪原则及泄洪方式记述如下。

（1）当洪水来临时，天然入库流量小于水库安全泄量457 m3/s 时，来多少泄多少，利用泄洪建筑物控制泄量，维持汛限水位不变。

（2）随着洪水流量增大，当入库流量大于下游安全泄量457 m3/s 但库水位低于防洪高水位时，控制下泄流量不超过下游安全泄量，水库水位逐渐升高。

（3）随着入库洪水流量的继续增大，水库水位达到并超过防洪高水位，按泄洪建筑物的泄流能力下泄，下泄流量不大于时段入库洪水，水库水位继续上升。

（4）随着入库洪水流量逐渐减小，水库水位上升速度减慢，当泄洪建筑物泄流能力等于入库洪水时，水库水位达到最高水位。

（5）随着入库洪水流量的继续减小，调洪进入退水阶段，水库按照控制安全泄量下泄，以使水库水位尽快下降至汛限水位，准备迎接下一场洪水。

综上可知，若羌河水库建成后防洪效益显著，使水库下游防洪能力由20 a 一遇提高到50 a 一遇，从而减轻灌区防洪负担，减少洪水灾害。工程运行后将对20 a 一遇以上洪水产生影响，对20 a 一遇以下洪水无影响。

4 生态流量影响分析

4.1 生态流量确定

《若羌河流域规划》中要求：“生态基流在来水频率50%、75%情况下，按来水量的15%考虑下泄。下游天然生态补水量在平水年50%保证率的情况下，按不少于水量的40%下泄”[4]。《若羌河流域规划环境影响评价》中提出：“若羌河河道内生态环境需水量为3624 万m3，从下泄天然生态水量上看，2025年50%频率天然来水情况下，流域不缺水，能够满足规划中提出的生态基流在来水频率50%、75%情况下，按来水量的15%考虑下泄；下游天然生态补水量在平水年50%保证率的情况下，按大于来水量的40%下泄的原则”。

在实际工程运行中，按各频率的15%考虑下泄生态流量不便于工程控制，也不符合水利部有关水利水电工程断面生态基流多水期应不低于断面多年平均流量的20%～30%、少水期应不低于断面多年平均流量的10%的规定，故枯水期（10 月—次年3月）生态基流取多年平均径流量2.760 m³/s 的10%即0.28 m3/s，丰水期（4—9 月）生态基流取多年平均径流量的20%即0.57 m3/s。

4.2 生态流量泄放要求

若羌河水库初期蓄水期间，利用泄洪兼导流洞控制下泄流量，以满足下游生态基流要求。水库运行期间，尾水渠将河水退入原河道，以兼顾该段河道的生态基流，同时在灌溉引水发电洞支管接1 条旁通管路并且安装检修阀和放水阀，放水阀为流量调节阀，阀门调节范围在0～4.82 m3/s，供机组检修时下泄生态基流使用。

4.3 若羌河水库坝址断面生态用水评价

由表1 可知，水库初期蓄水期间均满足相应的生态基流的相关要求。

由表2 可知，在P=50%频率下，坝址断面下泄流量均满足枯水期（10 月—次年3 月）生态基流取多年平均径流量2.760 m³/s 的10%即0.28 m3/s、丰水期（4—9 月）生态基流取多年平均径流量的20%即0.57 m3/s 的要求。对规划中提出下泄生态水量为3406.48 万m3的要求，由若羌河水库可研中水资源配置和水库长系列调算成果知，工程建成后多年平均下泄下游河道水量为3050 万m3，灌区地下水开采量比现状年减少了2691.9万m3。因此，下游林草区地下水量会增加，地下水水位与现状相比将有一定程度的上升，且下游林草区主要植物为柽柳林，面积为106.67 km2，河岸林草和尾闾生态需水总量约为2400.1 万m³。柽柳为深根型植物，其需水主要通过地下水供给，由此初步判断河流下游天然林草植被生态用水可满足。

5 水温影响分析

水库水温最为简单且常用的判别方法为库水交换次数法，其判别系数指标有α、β，其中α=多年平均年径流量/水库总库容、β=一次洪水总量/水库总库容。

当α＜10 时，水库水温为稳定分层型；10＜α＜20 时，水库水温为过渡型；α＞20 时，水库水温为混合型[5]。

若羌河水库总库容为1776×104m3，多年平均径流量为0.901×108m3，考虑到若羌河水库为中型Ⅲ等工程，其调洪控制时段远小于3 d，按照最不利条件3 d 计算，5 a 一遇的3 d 洪水总量为4862.5×104m3。经计算，α 值为5.07，β值为2.7，由此可判断水库水温为稳定分层型，当遇到极端洪水季节，则为临时混合型。

水温的变化对工业用水影响不大，其影响主要表现在农业灌溉上。水库下游灌区农作物灌溉用水期主要集中在4—10 月，此时水库下泄水温在4、5、10 月将稍高于现状来水水温，6—9 月比现状来水水温有所下降，但下降幅度不大；且下游灌区首个引水枢纽——山口电站引水渠首距若羌河水库坝址的距离约为6.4 km，下泄水流经过湍流后，沿程热量与空气发生交换，水温可得到恢复，不会对下游农作物灌溉产生明显影响。

6 结语

水利工程建设和调蓄运营对河流水文情势影响较大。通过分析探讨可知，若羌河水库建成前后下游河道径流不受影响，通过科学调蓄，可提高山口电站的引水能力，优化流域水资源使用，缓解超采地下水的压力；同时，可以减少下游洪涝灾害，保障下游生态用水。所以，若羌河水库建设对于流域水文情势来说利大于弊，建议尽早开工建设。