新疆水库大坝特点与建设管理对策

李 江，柳 莹，彭兆轩，杨玉生

（1.新疆塔里木河流域管理局，841000，库尔勒；2.新疆水利水电规划设计管理局，830000，乌鲁木齐；3.中国水利水电科学研究院，100048，北京）

一、新疆水库大坝分布概况

截至2022年，新疆维吾尔自治区14个地州及13个兵团师已建、在建各类水库有751座，总库容297.76亿m3；其中兵团各类水库173座，总库容36.15亿m3。地方各类水库中，大型水库36座，库容201.91亿m3；中型水库144座，库容48.48亿m3；小型水库398座，库容11.07亿m3。兵团各类水库中，大型水库11座，库容19.32亿m3；中型水库34座，库容12.68亿m3；小型水库128座，库容4.15亿m3。

可以看出，新疆小型水库数量多，但总库容仅占5.1%，调蓄能力相当有限；山区水库数量相对少，但调蓄能力大，大中型一共225座，总库容占94.9%，其中大型47座，总库容占74.3%，由此可见，调蓄能力的发挥主要依托山区大型水库。

按地域划分，各地州水库大坝分布情况见图1，阿勒泰、昌吉、喀什、和田数量较多；按高中低坝（坝高大于等于70 m属高坝；30～70 m属中坝；小于30 m属低坝）划分，各地州70 m以上高坝分布情况见图2，共68座；按地域拥有的水资源量分析，各地州水库大坝总库容与径流量的关系（库容/径流量）见图3，其中阿勒泰、伊犁、昌吉、喀什水库调蓄能力较强；按水库规模（大型水库库容≥1亿m3）划分，各地州大型水库库容与径流量关系见图4，反映出高坝大库的调蓄能力。

图1 新疆各地州水库大坝统计图

图2 新疆各地州70 m以上高坝统计图

图3 新疆各地州水资源量与水库大坝总库容统计图

图4 新疆各地州大型水库库容与径流量关系统计图

二、新疆水库大坝现状与问题分析

经过70年的建设，新疆水库大坝呈现出“七多七少”的特点。“七多”是大坝类型多、中小水库多、百米高坝多、土坝数量多、老旧土坝多、泥沙淤积多、病险水库多，反映出新疆筑坝的发展水平与管理特性，一方面早期建设的老旧土坝问题较多，另一方面紧跟国内步伐，高坝建设异军突起。“七少”是建设数量少、混凝土坝数量少、调节库容少、过鱼设施少、发电容量少、经济效益少、服务旅游少，反映出水库大坝建设的筑坝环境与水库功能发挥和收益不匹配，一方面水库发挥着防洪、灌溉、发电等效益，另一方面收益却较差，后期维护与现代化管理手段较为落后。

1.“七多”特点

（1）大坝类型多

粉土、黏土、砂砾石筑坝是新疆水库大坝的主要特点，混凝土坝数量相对较少。在吸取筑坝坝型选择应用经验方面，新疆走在全国前列，各种新坝型不断涌现，有些甚至是国内首次采用。

①混凝土坝。新疆建成的石城子浆砌石拱坝（坝高78 m）、大山口重力拱坝（坝高72 m）、石门子碾压混凝土薄拱坝（坝高109 m）成为拱坝建设的典范。率先在阿勒泰最冷的地方修建了碾压混凝土重力坝（坝高121.5 m），正在建设混凝土双曲拱坝（坝高240 m），创造了水利行业混凝土筑坝新高度。山口电站围堰（高度28 m）首次采用堆石混凝土浇筑，阿合塔斯水库大坝采用堆石混凝土修建。阿拉沟水库溢洪道跨越49 m深大冲洪沟，采用胶凝砂砾石筑坝技术进行回填。吉勒面板堆石坝趾板也采用胶凝砂砾石进行基础填坑。

②土石坝。类型多，包括均质土坝、水力冲填坝、黏土心墙坝、土工膜防渗坝、面板堆石（砂砾石）坝、沥青心墙坝等。均质土坝方面，早期平原水库大坝大多为均质土坝，造价低、施工速度快，符合当时时代背景。出于安全和施工质量考虑，土工膜防渗一般用于库盘防渗，坝体超过30 m的大坝较少考虑土工膜防渗坝。奇台八户地水库除险加固时采用坝面铺设土工膜防渗。伊犁麻杆构水库（坝高38.5 m）采用水力充填筑坝。面板坝方面，新疆率先引进筑坝技术，建设了柯柯亚水库（坝高41.5 m），后期建设的此类坝型既有分离式面板坝，也有大量的整体式面板坝；既有堆石填筑，也有砂砾石填筑。坝高超过130 m的高坝绝大多数都是面板堆石坝（砂砾石），如在建的大石峡水库（坝高247 m）、阿尔塔什水库（坝高164.8 m）、玉龙喀什水库（坝高230.5 m）等。

黏土心墙坝方面，早期黏土心墙坝造价相对较低，既有斜心墙坝，也有直心墙坝，典型工程有克孜尔水库（坝高47.6 m）、大西沟水库（坝高90 m），白杨河水库（坝高78 m），卡回平原水库（坝高31.2 m）等。

沥青心墙坝方面，新疆北部有克拉玛依沥青，南部有库车沥青，均满足筑坝要求，具有就地取材的优势。沥青心墙坝是疆内应用较多的坝型，具有较强的竞争力。有浇筑式沥青心墙坝（坝高不超过50 m），也有碾压式沥青心墙坝。塔城地区率先引进建设了平原上的第一座沥青面板防渗坝。

（2）中小水库多

新疆中小型水库704座，占全疆水库总数的93.7%。中小水库总库容76.377亿m3，占全疆水库总库容的25.6%，虽然数量上相对较多，但调控能力有限。而且小型水库大多建于20世纪60—90年代，尤其是60—70年代建设了大量的平原水库，阿勒泰、塔城、昌吉极为突出。这些水库大多数位于河流下游绿洲区内，主要任务是给灌区供水。图5给出了新疆各地州小型水库建设年代统计。

图5 新疆各地州小型水库建设年代统计图

（3）百米以上高坝多

全世界目前在建的200 m以上的高坝有22座，中国15座，占68%；新疆在建4座，并拥有世界上最高的面板砂砾石坝——大石峡水利枢纽工程（坝高247 m），以及水利行业最高的混凝土双曲拱坝（坝高240 m）。沥青坝方面新疆独树一帜，全国已建15座百米级沥青心墙坝，新疆已建、在建11座，包括已经完成填筑的中国最高沥青心墙坝——尼雅大坝（坝高134 m）。新疆按地州分类属于百米以上高坝分布见图6。新疆高坝有一个突出特点，即受河流纵坡、库盘、开发条件限制，普遍高坝小库容。

图6 新疆百米级水库大坝统计图

（4）土坝数量多

新疆20世纪修建的土坝数量较多，占了全部大坝的96.7%。20世纪60—80年代和田地区为解决绿洲灌溉引水，修建了58座水库，大部分是平原均质土坝。国内外因遭遇地震、超标洪水出现问题的主要也是小型水库土坝或土石坝。

（5）老旧土坝多

老旧土坝是指超过50年运行寿命的土坝，即20世纪70年代之前建成的，目前新疆老旧土坝总数为132座。《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》（SL 654—2014）提出水库大坝正常运用期寿命为50～150年，其中小型水库是50年。对于超过50年服役期的水库大坝，经过安全鉴定和除险加固后仍然可以发挥作用，这种情况较为多见，国家标准、行业规范也没有强制报废的要求。但在废弃、改造、替代、提升等方面还有诸多问题需要研究。20世纪50—80年代水库建设呈现“大干快上”的局面，初步统计建设水库大坝278座，占全部水库的38%；尤其是塔城地区、昌吉州、和田、喀什和兵团第七师、第八师等兴建了一大批各类水库，距今都在50年以上，按规定均已超过服役期。21世纪以来新疆建设水库313座，占全部水库的42%，按年代划分呈现两头多的特性，图7给出了不同地州水库建设年代分布示意，图8给出了水库数量随建设年份增长的趋势示意。

图7 新疆各地水库建设年代统计图

图8 1950—2030年新疆水库数量随年份增长的趋势示意

（6）泥沙淤积多

新疆中小河流较多，河床流程短，纵坡较大，上游植被条件差，水土流失严重，导致水流含沙量高，洪水陡涨陡落，易造成泥沙危害，尤其是南疆大多数河流含沙量普遍较大，如叶尔羌河、盖孜河、克孜河等，其中尼雅河含沙量超过10 kg/m3，而比较典型的克孜尔水库运行30余年，泥沙淤积占了总库容的近1/2，严重影响调蓄能力发挥。早期平原水库进行除险加固、更新改造，替代的也大多是淤积严重的小型水库。

（7）病险水库多

70年来，新疆发生溃坝的水库包括八一水库、联丰水库、红山水库等，都是早期建设的平原水库，普遍存在填筑标准低、洪水标准低、抗震标准低的问题，而且基础防渗差，渗漏严重，管理手段落后。20世纪90年代开始，新疆开展了多轮小型水库除险加固工作，集中对溢洪道闸门、启闭设备、外部供电系统、坝顶设施等进行了加固维护、坝体培高加厚等，部分工程还开展了两轮加固。塔里木河流域的希西尼尔水库建成后因坝基渗漏严重，又采用双绞铣削水泥土工艺对坝基进行了全面防渗处理。伽师西克尔水库遭遇多次地震，震损严重，除险加固3次仍没有彻底解决病险问题。

2.“七少”特点

（1）建设数量少

目前我国现有9.86万座水库，是世界上水库大坝最多的国家，每百万人拥有水库70座；新疆已建、在建751座，每百万人拥有水库29座，不足全国平均水平的1/2。当前气候变化条件下，水资源管理呈现更多的不确定性，尤其是洪水多发、频发，缺乏“盛水的盆”就更难以利用好洪水资源。2022年阿克苏河发生特大洪水，来水量超出多年平均近30亿m3，洪水峰高量大，而上游山区水库还在建设中，多余洪水只能向干流下泄。

（2）混凝土坝数量少

新疆多数河流为内流河，河床遍布砂砾石，部分河床覆盖层深达数十米，有的超过百米，岸坡多数为软岩、高边坡，建设混凝土坝（拱坝、重力坝）坝基及坝肩处理难度较大，且投资较高。虽然混凝土坝具有抗震能力强、使用寿命长、抵御超标准洪水强的优势，但其经济性较差，不具备竞争力，大多工程都难以选择。已建工程混凝土坝仅8座，包括拱坝3座、重力坝5座。

（3）调节库容少

新疆已建、在建水库总库容297.76亿m3，占河川径流量的33.9%，其中北疆、东疆、南疆分别为41.4%、25.1%、27.4%；若按兴利库容来分析，由于部分水库淤积严重，部分早期水库缺乏兴利库容数据，为便于统计，按总库容的70%作为兴利库容计算，则北疆、东疆、南疆分别为29%、17.5%、19.2%，东疆和南疆与全国平均水平25%相比还有很大差距，每提高0.1%，则需要增加库容0.9亿m3。如南疆将调蓄能力提高至全国平均25%，则需要再增加水库库容15亿m3，按单方库容投资20～30元分析，需要投资300亿～450亿元，投入极大。而库容系数越大意味着防洪调节能力、蓄水能力越强。据统计，欧洲国家库容系数通常是0.9以上，美国是0.66，无论全国平均还是新疆，都还有很大提升空间。

（4）过鱼设施少

早期建设的水库大坝均没有过鱼设施，包括百米级高坝。21世纪以来修建的百米级高坝普遍增加了鱼类增殖站建设内容。2012年建设的山口电站及坝下游拦河引水枢纽则分别建设了高坝升鱼机、仿生态鱼道，目前在建的高坝基本都采用了增殖站或与过鱼设施联合的鱼类保护措施。部分早期建设的引水式水电站则采用增加过鱼设施或在梯级开发方案中增设鱼类增殖站的方式，用以保护当地土著鱼类。

（5）发电容量少

新疆山区水库大坝建设以坝后式水电站为主，也有部分引水式电站，总装机容量、年发电量占比都相对较小，主要是由河道年径流量不均匀、电站年利用小时数较低、投资与收益不匹配所致。20世纪90年代建成的大山口水电站（装机80 MW）是当时新疆最大的水电站，随后陆续建设了吉林台水电站（装机42 MW）等多座大型水电站，目前在建最大水电站是阿尔塔什水库电站（装机755 MW）。部分大中型水库都带有坝后式电站，主要作用是“以电养水”，单纯供水收益难以满足水库运转。

（6）经济收益少

新疆大中型水库建设依靠国家投资补助的占50%～60%，电站除了增加上网电量、改善供电结构以外，还有一个主要功能是“以电养水”，水库收益就是发电收入、供水收入，发电电价因有补贴而定价较低，在全国来看也属于低电价，原则上控制在北疆0.235元/kWh（含税）、南疆0.25元/kWh（含税）；供水服务对象99%都是农业灌溉，水价也长期偏离市场化轨道。目前北疆大部分地方农业水价仅为2015年成本水价，南疆塔里木河流域农业水价仅为2010年成本水价，远远达不到现在成本水价的标准，没有电站的部分水库维修养护、更新改造、后续信息化建设等缺乏资金投入，甚至难以保证正常运行。

（7）服务旅游少

目前乌鲁瓦提水库、克孜尔水库、库什塔依水电站打造成了新疆有名的风景区，其他大多数水库均没有与旅游结合，涉及因素较多，包括水质安全性考虑、管理是否可持续、知名度是否满足条件、水文化要素投入等。水库能够提供较大水面作为水景设施，适当开发可以弥补运行维护成本。

三、对新疆水库大坝建设运行管理的建议

水库大坝作为基础设施，不仅要满足各行业用水需求，提供灌溉、防洪、供水、发电、生态、养殖、旅游等多种功能，更需要结合水资源高效利用和精细化管理、水资源调控和防洪保灌、水生态保护和环境治理、数字孪生工程建设和智慧化管理等，加大智慧化筑坝投入，加强信息化管理建设，为高质量发展提供技术支撑。

1.加快水库大坝建设，为高质量发展提供水安全保障

新疆及兵团已建、在建水库共751座、总库容297.76亿m3，为新疆9300万亩农田灌溉、2500多万居民生活用水提供了充足保障。已开发河流200余条，修建的水库平均调节系数接近20%，数量上虽然不多，但基本满足了各行各业对调蓄能力的要求。各类水库在满足灌溉的同时，还发挥了供水、防洪、发电、养殖、旅游等综合效益，极大地缓解了水资源时空分布不均、工程型缺水等引起的用水矛盾，夯实了经济社会发展的基础。干旱区河流水资源普遍呈现“春旱、夏洪、秋缺、冬枯”分布特点，要有足够容量的水库调蓄，即做大“盛水的盆”，方能不断夯实水安全保障基础。

2.加快中小型水库除险加固，延长水库使用寿命

新疆（含兵团）中小型水库大多数都是土石坝，建设年代也较早，突出问题为：山区小型水库防洪能力低，抗震标准低；平原水库坝体填筑质量差，坝基渗漏、水库淤积严重，水体蒸发强烈。经过几轮除险加固，虽然解决了大部分水库坝体坝基的问题，但山区小型水库抗洪抗震能力差、平原水库淤积蒸发等问题依然存在，水库仍然存在不同程度风险，水资源利用效率仍然较低。塔里木水库经过几十年运行，兴利库容损失过半，蒸发渗漏水量占引水量的40%以上，效益极差。开展中小型水库除险加固、能力提升应重点关注以下几个方面：①减淤挖潜，恢复调蓄能力；②加高缩库，减少蒸发损失；③保坝抗洪，增强抵御超标准洪水能力；④源头控沙，减少入库泥沙；⑤定期体检，确保安全运行。

3.开展山区水库替代平原水库调蓄功能建设，优化水资源配置

新疆平原水库众多，过去在没有山区水库的条件下发挥作用显著，但部分水库淤积严重、蒸发渗漏等问题突出。经过40年的发展，山区部分河流已经建成较大的调蓄水库，对距离山区水库较近的下游灌区平原水库具备了替代条件。替代的主要任务是解决平原水库现状调蓄能力不足、泥沙淤积和蒸发渗漏等问题，从而达到更高水资源利用效率。由于新疆平原水库众多，且存在兵、地双方及流域管理机构等多层级、多对象的特点，涉及复杂的水事关系，因此，山区水库对平原水库的替代也涉及多方面问题，在方案设计时应综合考虑。部分河流山区水库替代平原水库后，原由平原水库涵盖的区域也将转移至山区水库，完成原规划的灌溉任务，需建设长距离引水输水工程，增设首部沉砂池等相应设施，还应系统考虑灌区内部供水网络改造与外部输水工程的适应性。

4.积极应对气候变化风险，加快流域水库群联合调度研究

根据相关研究成果，气候变化对流域水资源带来较大影响，尤其是时空分布的差异、洪水不确定性等更为突出。2022年塔里木河流域遭遇特大洪水，在洪水资源化利用方面暴露出“盛水的盆”容量不足问题，同时也暴露出以流域为管理单元的水量调度手段不够。已经规划实施或正在建设山区水库的流域，应尽快开展山区水库、平原水库联合调度的专题研究，不仅要考虑灌溉，还要纳入发电、供水、生态引洪等因素，为流域最大程度利用好水资源奠定基础。叶尔羌河流域上游已建下坂地、阿尔塔什山区水库，下游灌区还分布数十座大中小型平原水库，目前归属不同单位管理，水资源调配缺乏精准科学手段，尤其是洪水资源利用。再如和田河流域上游支流已建乌鲁瓦提水库、在建玉龙喀什水库，下游绿洲灌区也分布数十座平原水库。研究表明，和田河仅依靠干流平原水库群的联合调度，农业灌溉和生态的供水保证率均难以满足设计要求，通过“山区水库+平原水库”的水库群联合优化调度，则各行业供水保证率均能满足设计要求，且显著提高了河道外生态供水量，缓解了农业灌溉用水与生态用水之间的矛盾。