烏斯通溝水庫運行方式及調(diào)水分析

程 茜

（新疆新水建設(shè)工程造價咨詢有限責(zé)任公司，烏魯木齊市 830000）

科學(xué)合理的水庫調(diào)節(jié)運行方式可充分緩解流域的水資源供需矛盾，提高地表水利用率，滿足流域各業(yè)綜合用水要求[1-3]。 由于烏斯通溝河流域內(nèi)缺少控制性水利工程， 為解決烏斯通溝地表水利用程度不高導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)灌溉春旱、夏洪、秋缺水問題和區(qū)域內(nèi)工業(yè)園區(qū)的用水規(guī)模不斷擴大導(dǎo)致的區(qū)域水資源供需矛盾日益突出問題， 在烏斯通溝河興建攔河控制性水庫樞紐工程[4]。 烏斯通溝水庫工程是一座以灌溉、工業(yè)供水為主的水庫工程，工程建成后向下游各業(yè)供水2 128 萬m3。

1 工程概況

烏斯通溝為阿拉溝河的下游支流之一， 發(fā)源于阿拉溝河右岸的天山支脈阿勒古爾烏拉山東南麓，屬狹長的樹枝狀水系，河流出山口后，流經(jīng)山前洪積扇匯入阿拉溝河[4-6]。 烏斯通溝水庫是烏斯通溝上的控制性水利工程， 工程具有灌溉及工業(yè)供水等綜合功能。 出山口以上控制流域面積617km2，河長68km，河槽坡度46‰。 烏斯通溝水庫上壩線位于烏斯通溝溝口以上1.4km 處，控制流域面積616km2；水庫下壩線位于上壩線下游370m，控制流域面積616.3km2。 水庫總庫容1 440 萬m3，正常蓄水位905.0m， 興利庫容1 022 萬m3， 死水位876.0m， 死庫容315 萬m3， 綜合放水設(shè)計流量3.0m3/s，設(shè)計灌溉面積2.58 萬畝[7]。 烏斯通溝流域水系圖見圖1。

圖1 烏斯通溝流域水系圖

2 流域水文氣象特性

烏斯通溝上、下游無實測水文資料，通過調(diào)查得知，該河流常年來水量較穩(wěn)定，來水頻率與阿拉溝河同步性較好，因此以拉溝水文站為參政站，采用阿拉溝水文站1956—2016 年實測資料。 阿拉溝河徑流以降雨補給為主， 徑流主要形成于出山口以上山區(qū)，降雨、地下水補給、冰雪融水補給各占41.8%、36.8%、21.4%。 根據(jù)水文站監(jiān)測資料，阿拉溝最大4 個月的徑流量集中在6—9 月，占年徑流量的63.6%，夏季6—8 月徑流量最大，占年徑流量的54.6%，這是因為夏洪多發(fā)生在7—8 月，徑流以降雨補給和冰雪融水補給為主， 春冬兩季徑流以地下水補給為主[4]。 根據(jù)《吐魯番盆地多年平均徑流深等值線圖》，由公式（1）計算出烏斯通溝壩址多年平均徑流量0.4084×108m3[5-6]。

式中：y為流域多年平均年徑流深；—流域面積（km2）；f1，f2，…fn為流域界線內(nèi)相鄰兩等值線間的面積；y1，y2， …yn為相鄰兩等值線讀數(shù)的平均值（mm）。

所用的氣象數(shù)據(jù)來源于阿拉溝水文站， 以及托克遜縣氣象站。 多年平均氣溫為10.1℃，多年平均年降水量44.6mm，降水多集中在夏季，最大一日降水量達27.4mm。 多年平均年蒸發(fā)量為2 465mm（Φ20cm 蒸發(fā)皿）；多年平均風(fēng)速為2.3m/s，多年平均最大風(fēng)速為25.0m/s，瞬間最大風(fēng)速超過40.0m/s，≥8 級的大風(fēng)日數(shù)為108 天左右。 最大凍土深為0.6m。

3 水庫運行方式

烏斯通溝水庫工程為流域2020 年規(guī)劃重點工程，工程于2020 年9 月開工。 水庫承擔(dān)向伊拉湖工業(yè)園區(qū)及阿拉溝流域一般工業(yè)的供水調(diào)節(jié)任務(wù)的同時，解決當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)灌溉、地下水超采等多項問題，對緩解當(dāng)?shù)赜盟┬杳?、提升人們生活質(zhì)量與經(jīng)濟水平具有重要意義， 工程建成后將向下游各業(yè)供水達到2 128 萬平方米。

3.1 興利調(diào)度運行方式

水庫在6 月底放空， 水庫7、8 月份水位在893.0m 運行，7 月—次年2 月蓄水，3—6 月供水補充灌溉，全年均勻向工業(yè)園區(qū)供水。 汛期7—10 月溢洪道閘門全開，11 月溢洪道閘門開始擋水，冬季高水位運行。 烏斯通溝水庫調(diào)度情況見圖2。 由烏斯通溝水庫調(diào)度圖可知：

圖2 烏斯通溝水庫調(diào)度圖

①當(dāng)水庫運行水位落入Ⅰ區(qū) （降低工業(yè)供水區(qū)）時，水庫供水采取限時限量供給，啟動應(yīng)急備用水源供水等多種方式解決， 水庫縮減向農(nóng)業(yè)及工業(yè)供水， 水庫調(diào)度運用以滿足園區(qū)居民基本生活用水為主。

②當(dāng)水庫水位落入Ⅱ區(qū)（工業(yè)供水保證區(qū)、灌溉降低供水區(qū)）時，水庫縮減向農(nóng)業(yè)供水，水庫調(diào)度運行以滿足工業(yè)園區(qū)用水為主。

③當(dāng)水庫水位落入Ⅲ區(qū)（灌溉、工業(yè)供水保證區(qū)）時，水庫調(diào)度運行按照首先滿足生態(tài)用水、再供工業(yè)用水、 后供灌溉用水的放水順序依次滿足各業(yè)用水需求。

④當(dāng)水庫水位落入Ⅳ區(qū)，即達到正常蓄水位，且來流大于下游用水要求時，水庫棄水。

3.2 調(diào)洪運行方式

水庫主要通過溢洪洞泄洪。 根據(jù)水工布置，烏斯通溝水庫工程溢洪洞布置在烏斯通溝右岸。 水庫調(diào)洪運行，①當(dāng)庫水位處于死水位876.0m 與正常蓄水位905.0m 之間時，水庫將洪水充蓄庫中；②當(dāng)庫水位大于正常蓄水位905.0m 時，a） 當(dāng)水庫來流小于或等于431m3/s（正常蓄水位905.0m 對應(yīng)泄流能力）時，通過控制溢洪洞閘門開度，水庫按來流下泄；b）當(dāng)水庫來流大于431m3/s 時，溢洪洞閘門全部開啟，水庫敞泄，水位自然壅高；③洪峰過后，水庫水位盡快回降至正常蓄水位。

3.3 排沙運行方式

烏斯通溝泥沙主要來自于夏季暴雨洪水，根據(jù)水文資料分析， 烏斯通溝懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配極不均勻，變化很大。10 月—次年4 月，河水清澈，含沙量較少，5—9 月河水含沙量大， 尤其是7—8月，既是融雪洪水多發(fā)的季節(jié)，也是雨水較多的季節(jié)，因此洪水挾帶大量泥沙泄入河道，河水含沙量達到最大。 結(jié)合烏斯通溝水庫工程洪水及泥沙的季節(jié)特點， 烏斯通溝水庫工程采取7、8 月排沙運行的方式。 根據(jù)平水年（P=50%）徑流調(diào)節(jié)計算成果，水庫7、8 月份水位一般在893.0m 左右運行，因此， 確定水庫的排沙期為7—8 月， 排沙水位為893.0m。

3.4 應(yīng)急調(diào)度運行方式

烏斯通溝水庫工程校核洪水標準為1 000 年一遇。 按放空沖沙兼導(dǎo)流洞不參與泄洪，水庫校核水位為906.89m。 水庫壩頂高程為909.5m，按1.2m高防浪墻，防浪墻頂高程為910.7m。在實際調(diào)度運行中，如考慮放空沖沙兼導(dǎo)流洞參與泄洪，在該洞閘門全開的情況下，其過流能力約130m3/s。按水庫由正常蓄水位905.0m 起調(diào)，經(jīng)調(diào)洪演算，水庫在放空沖沙兼導(dǎo)流洞參與泄洪的極限應(yīng)急調(diào)度情況下， 在遭遇5 000 年一遇洪水時 （設(shè)計洪峰流量996m3/s），相應(yīng)大壩調(diào)洪水位907.54m，此時壩頂高程為910.17m。 高于水庫壩頂高程，但低于水庫防浪墻頂高程，滿足規(guī)范要求。

4 水庫初始蓄水

4.1 蓄水原則

（1）水庫蓄水時，應(yīng)考慮上游用水要求，下泄流量應(yīng)滿足下游河道的生活、生產(chǎn)、生態(tài)等需要的最小流量要求[8]；

（2）在水庫蓄水至死水位876.0m 之前，若來水小于下游用水，則水庫維持該水位不變，不增加蓄水。 當(dāng)來水大于下游綜合用水要求時，首先滿足下游用水，多余水量充蓄庫中。 當(dāng)水庫蓄水水位高于死水位時，按照現(xiàn)狀年要求供水，水庫進入正常發(fā)揮效益運行。

4.2 蓄水計算

4.2.1 邊界條件

（1）來水頻率及設(shè)計來水過程

選擇根據(jù) 《水利工程水利計算規(guī)范 （SL104-2015）》， 水庫蓄水一般可選25%、50%、75%代表年，用于估算蓄水時間。 75%代表年反映蓄水期間可能遭遇的不利水文條件， 作為估算較長蓄水時間的依據(jù)，50%代表年反映遭遇平均來水情況，作為估算平均蓄水時間的依據(jù)。

根據(jù)拉溝水文站1956—2016 年實測資料，經(jīng)分析計算，在來水頻率P=25%的年份，來流量為4 656 萬m3；在來水頻率P=50%的年份，來流量為3 718 萬m3；在來水頻率P=75%的年份，來流量為3 146 萬m3。 成果見表1。

表1 不同來水頻率烏斯通溝水庫逐月來流過程表 單位： 萬m3

（2）上、下游用水

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查烏斯通溝水庫上游無取用水戶，故水庫蓄水時，不考慮上游用水要求。 現(xiàn)狀烏斯通溝下游地區(qū)需水主要為農(nóng)業(yè)及工業(yè)需水。 此外，還需向下游河道下泄生態(tài)水量。 初期蓄水計算中，烏斯通溝下游地區(qū)現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)及工業(yè)合計需水量為3 613 萬m3。 其中，農(nóng)業(yè)需水量為2 642 萬m3， 工業(yè)需水量為150 萬m3， 下游生態(tài)需水量為818 萬m3，詳見表2。

表2 烏斯通溝水庫工程下游地區(qū)綜合用水過程 單位： m3/s

（3）蒸發(fā)、滲漏損失

水庫蓄水期蒸發(fā)、 滲漏損失考慮烏斯通溝水庫前述各階段研究成果及同類型水庫觀測資料，確定為蒸發(fā)滲漏損失按0.03m3/s 計。

（4）起蓄水位

烏斯通溝水庫放空沖沙兼導(dǎo)流洞底板高程850.0m，故水庫蓄水起始水位取850.0m，相應(yīng)庫容12 萬m3。

4.2.2 下閘蓄水時間

工程于2020 年9 月開工，預(yù)計建設(shè)時間為50個月， 烏斯通溝水庫可于2024 年11 月初下閘蓄水。

4.2.3 蓄水計算

根據(jù)初期蓄水時段各頻率來水過程，考慮上、下游用水及水庫蒸發(fā)滲漏損失， 按照水庫蓄水原則計算烏斯通溝水庫初期蓄水， 水庫初期蓄水成果見表3。

表3 水庫初期蓄水成果表

因此，烏斯通溝水庫于第四年11 月初下閘蓄水，在平均來水P=50%情況下，蓄至死水位所需時間約58 天；在遭遇不利水文條件P=75%時，蓄至死水位所需時間約65 天。

5 結(jié)論

（1）水庫調(diào)度運行首先滿足生態(tài)用水、再供工業(yè)用水、后供灌溉用水。 水庫在6 月底放空，水庫7、8 月份水位在893.0m 運行，7 月—次年2 月蓄水，3—6 月供水補充灌溉，全年均勻向工業(yè)園區(qū)供水。 汛期7 月—10 月溢洪道閘門全開，11 月溢洪道閘門開始擋水，冬季高水位運行。

（2）7—8 月是融雪洪水多發(fā)的季節(jié)，也是雨水較多的季節(jié)，洪水挾帶大量泥沙泄入河道，烏斯通溝河水含沙量達到最大， 采取7、8 月排沙運行的方式。 水庫的排沙期為7—8 月， 排沙水位為893.0m。

（3） 烏斯通溝水庫于第四年11 月初下閘蓄水， 水庫蓄水起始水位為850.0m， 蓄水至死水位876.0m，在平均來水P=50%情況下，蓄至死水位所需時間約58 天； 在遭遇不利水文條件P=75%時，蓄至死水位所需時間約65 天。 □