新疆克孜爾水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用解析

(克孜爾水庫(kù)管理局，新疆 拜城 842313)

1 工程概況

克孜爾水庫(kù)位于新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)渭干河上，是以灌溉、防洪為主，兼有發(fā)電綜合利用的大(1)型水利樞紐工程。樞紐由主壩、副壩、溢洪道、泄洪排沙涵洞與發(fā)電站組成，水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容6.4億m3，水庫(kù)壩址在渭干河干流木扎提河與支流黑孜河匯合口以下約500m處，水庫(kù)控制集水面積16637km2。工程于1985年開工，1991年下閘蓄水，1995年全面竣工。2014年水庫(kù)完成除險(xiǎn)加固并通過竣工驗(yàn)收，經(jīng)水利部大壩安全管理中心鑒定、黃河水利委員會(huì)審查批準(zhǔn)，除險(xiǎn)加固工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型工程，設(shè)計(jì)總庫(kù)容為7.25億m3，除險(xiǎn)加固后主壩加高3.6m,副壩加高4.2m。水庫(kù)控制下游庫(kù)車、沙雅、新和三縣灌溉，設(shè)計(jì)灌溉面積320萬畝。

2 動(dòng)態(tài)汛限水位運(yùn)用

自2010年11月蓄水安全鑒定后，克孜爾水庫(kù)依據(jù)河道水文資料，結(jié)合下游渭干河灌區(qū)需水計(jì)劃制訂水庫(kù)調(diào)蓄水計(jì)劃，在確保工程安全的前提下，逐年提高秋季蓄水位至正常蓄水位1149.60m。汛期水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用充分考慮興利和泥沙淤積的影響，采取“兩高一低”的分期汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用，即初汛期為6月1—30日，汛限水位1144.00m；主汛期為7月1日—8月20日，汛限水位1142.00m，(2016年將主汛期汛限水位提高至1143.00m)；后汛期為8月21日—9月10日，汛限水位1144.00～1145.75m。近幾年后汛期汛限水位采取逐年提高，已從2012年1144.00m逐步提高至除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)汛限水位1145.75m，水庫(kù)運(yùn)行管理逐步按除險(xiǎn)加固后的工程設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度。

2.1 平水年克孜爾水庫(kù)調(diào)蓄水情況

2013年克孜爾水庫(kù)天然入庫(kù)水量為24.29億m3，屬平水年。渭干河灌區(qū)計(jì)劃灌溉面積383.13萬畝，較歷年有所增加，水庫(kù)根據(jù)灌區(qū)實(shí)際情況，通過分階段調(diào)蓄，水庫(kù)完成春灌、小麥二水、復(fù)播玉米及棉花各次水、冬小麥播前水、冬灌前調(diào)蓄水任務(wù)，五次累計(jì)為灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)調(diào)蓄水量5.23億m3，發(fā)揮了水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用。2013年共向下游灌區(qū)供水23.15億m3(以渭干河龍口站計(jì)量),渭干河灌區(qū)需水量為22.79億m3，超計(jì)劃供水0.36億m3，見表1和圖1。

表1 2013年各旬灌區(qū)需水量與水庫(kù)實(shí)際供水量對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

圖1 2013年各旬灌區(qū)需水量與水庫(kù)供水量對(duì)比統(tǒng)計(jì)圖

從圖1反映出平水年景時(shí)水庫(kù)在3月下旬—5月中旬(春灌期)、6月上旬—9月中旬(棉花生長(zhǎng)期)、11月(秋灌期)不能滿足灌區(qū)需水要求，這些時(shí)段供需水量矛盾突出，其余時(shí)段基本能滿足灌區(qū)需水要求。

2.2 豐水年克孜爾水庫(kù)調(diào)蓄水情況

2016年克孜爾水庫(kù)天然入庫(kù)水量為31.56億m3，屬豐水年。2016年渭干河灌區(qū)計(jì)劃灌溉面積409.75萬畝，灌區(qū)計(jì)劃需水量為21.89億m3，實(shí)際供水量28.53億m3(以渭干河龍口站計(jì)量),超計(jì)劃供水6.64億m3。表2和圖2對(duì)比了各旬灌區(qū)需水量與水庫(kù)實(shí)際供水量。

表2 2016年各旬灌區(qū)需水量與水庫(kù)實(shí)際供水量對(duì)比統(tǒng)計(jì)

圖2 2016年旬灌區(qū)需水量與水庫(kù)供水量對(duì)比統(tǒng)計(jì)

圖2反映出豐水年景時(shí)水庫(kù)除3月下旬—5月上旬(春灌期)不能滿足灌區(qū)需水要求外，其余時(shí)段基本均能滿足。

綜上所述：無論是平水年景還是豐水年景，水庫(kù)每年4月上旬和中旬均無法滿足灌區(qū)的需水要求，主要原因：一是水庫(kù)泥沙淤積嚴(yán)重，致使興利庫(kù)容減少，水庫(kù)調(diào)蓄能力逐年降低；二是近幾年渭干河灌區(qū)灌溉面積基本維持在近410萬畝，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)灌溉面積320萬畝，而春灌棉花面積高達(dá)200萬畝；加之水庫(kù)設(shè)計(jì)保證率為80%，因而，實(shí)施“兩高一低”的動(dòng)態(tài)汛限水位控制運(yùn)用方式，有效解決了渭干河灌區(qū)小麥二水和棉花頭水用水需求。

2.3 2013年、2016年克孜爾水庫(kù)蓄供水情況

圖3是克孜爾水庫(kù)平水年2013年度和豐水年2016年兩個(gè)典型年同期庫(kù)水位變化過程線。大致可以看出：無論是平水年還是豐水年，克孜爾水庫(kù)春季2月的蓄水水位及秋季10月的蓄水水位均能達(dá)到1149.50m高程以上，即基本上達(dá)到正常蓄水位的運(yùn)行指標(biāo)。說明近7年來水庫(kù)采用“兩高一低”動(dòng)態(tài)汛限水位控制運(yùn)用的方式，進(jìn)一步提高了水庫(kù)的蓄滿率，緩解了渭干河灌區(qū)每年春灌、冬灌嚴(yán)重缺水時(shí)的矛盾。

圖3 克孜爾水庫(kù)2013年、2016年庫(kù)水位變化過程線圖

圖4 克孜爾水庫(kù)近七年同期日均庫(kù)水位過程線

通過圖4分析可知，近7年來的同期日均庫(kù)水位對(duì)比，主汛期采用1142.00～1143.00m高程控制運(yùn)行，總體上不影響秋冬季和春季蓄水要求，水位均可達(dá)到1149.00m以上。

3 汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用效益分析

克孜爾水庫(kù)自從實(shí)施汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用，抬高汛限水位，水庫(kù)的效益提升比較明顯，汛期洪水資源浪費(fèi)減少，水庫(kù)蓄滿率明顯提高。特別是自2010年以后初汛期汛限水位由1142.00m上調(diào)至1144.00m，極大緩解了灌區(qū)復(fù)播玉米及棉花苗用水緊張的矛盾；2011年后汛期汛限水位從1144.00m抬高到1145.75m，水庫(kù)蓄滿率提高36.0%以上，特別是2015年、2016年水庫(kù)初汛期、后汛期增加蓄水量近2.1億m3，見表3。農(nóng)業(yè)供水量由28.40億m3增加到33.38億m3,增幅19.0% 。汛期利用低水位有利時(shí)機(jī)，進(jìn)行異重流排沙，增加排沙量28.18萬t。以上措施的實(shí)施，極大緩解了渭干河灌區(qū)用水緊張的局面,同時(shí)也減緩了水庫(kù)泥沙淤積的速率。

水庫(kù)汛期實(shí)施動(dòng)態(tài)汛限水位控制運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)：

a.可以有效降低百年一遇大洪水發(fā)生時(shí)水庫(kù)的防洪高水位。采用1143.00m汛限水位控制運(yùn)用，庫(kù)水位最高將達(dá)到1149.65m(防洪高水位)，低于庫(kù)盤淹沒線1150.60m，可降低上游淹沒損失到最小程度，對(duì)渭干河流域整體安全防洪及工程度汛都十分有利。

2016年8月1日水庫(kù)攔蓄40年一遇大洪水，最大洪峰流量3420m3/s，庫(kù)水位從1140.55m(相應(yīng)庫(kù)容0.76億m3)起開始調(diào)洪。歷時(shí)35h至8月2日19時(shí)庫(kù)水位上漲至1146.40m(相應(yīng)庫(kù)容2.27億m3)，庫(kù)水位漲幅達(dá)5.85m，1日內(nèi)攔蓄洪量1.51億m3。

b.可有效提高水庫(kù)排沙比，有利于水庫(kù)減緩泥沙淤積速度。對(duì)比表4克孜爾水庫(kù)2012—2015年共4個(gè)年度的排沙效果分析，2013年、2014年排沙效果十分理想，出庫(kù)總沙量達(dá)到600萬t左右，最高排沙比高達(dá)116.2%；兩年主汛期7月的排沙效果更為突出，出庫(kù)沙量均大于入庫(kù)沙量，基本達(dá)到水庫(kù)不落淤的沖沙效果。這兩年主汛期7月的庫(kù)水位平均值分別為1137.12m和1136.60m，這是取得較好排沙效果的先決條件。

表4 克孜爾水庫(kù)2012—2014年水沙特征值

c. “8.1洪水”洪尾攔蓄洪水安全及效益分析。2016年“8.1洪水”接近尾聲時(shí),根據(jù)后期5日無降雨預(yù)報(bào)將庫(kù)水位由汛限水位1143.00m蓄至1146.40m,超蓄水位3.4m,超蓄水量1.04億m3,增加發(fā)電量670.0 萬kW·h,在調(diào)度“8.1洪水”期間，克孜爾水庫(kù)泄洪流量(550m3/s)始終沒有超出下游河道的安全行洪標(biāo)準(zhǔn)(750m3/s)，攔蓄洪水1.51億m3，消峰率達(dá)83.9% 。實(shí)踐證明，超蓄部分水量，可以通過發(fā)電消落到1143.00m(汛限水位)以下。

4 結(jié) 語

實(shí)踐證明，克孜爾水庫(kù)實(shí)施汛限水位動(dòng)態(tài)控制，提高了洪水資源利用率，有效緩解了渭干河灌區(qū)需供水矛盾，為渭干河經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

[1] 王本德,周惠成.水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制理論與方法及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2] 新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.新疆渭干河克孜爾水庫(kù)設(shè)計(jì)報(bào)告[R].烏魯木齊:新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,1995.