渭干河流域水庫聯(lián)合調(diào)度方式初探

楊順剛

(新疆克孜爾水庫管理局，新疆 拜城 842313)

1 流域概況

1.1 流域水系

渭干河流域位于新疆天山南麓中段，流域呈扇形，由北向南包括高山帶、中山帶和低山帶。高山帶海拔3 200 m以上，該帶山峰陡峭，長年白雪皚皚；中山帶海拔在2 400～3 200 m之間，這里降水豐沛，氣候濕潤，在山坡上和河灘谷地生長有大片茂密的云杉林；低山帶海拔在2 400 m以下，這里氣候干燥，植被稀少，巖石裸露，沖溝縱橫，呈現(xiàn)出荒涼景象。主流木扎提河沿途接納了發(fā)源于哈爾克他烏山脈的卡木斯浪河、臺勒外丘克河和卡拉蘇河3條支流的來水，在木扎提河控制站——托克遜水文站下游32 km處流入克孜爾水庫。另一支流黑孜河與卡拉蘇河相鄰，也發(fā)源于哈爾克他烏山脈,直接匯入克孜爾水庫。渭干河流經(jīng)拜城、庫車、新和、沙雅4縣，最后消失于塔里木河北岸附近。渭干河全長約452 km，流域面積72 420 km2，地理位置E80°40′-E84°10′，N41°06′-N42°42′之間。

干流木扎提河上游山勢高峻，右側(cè)除汗騰格里峰(海拔6 995 m)外，還有托木爾峰(海拔7 435.1 m)等，由于高山降水豐沛，年降水量可達(dá)900 mm以上，這里是中國天山最大的冰川作用中心。木扎提河破城子水文站以上冰川覆蓋率達(dá)42.6%，為新疆主要河流中冰川覆蓋率最大的河流，從西向東各支流冰川覆蓋率逐漸減小。

1.2 流域水利工程分布

2 問題的提出

2017年9月份完成的庫區(qū)1∶10 000電子地形圖測量成果資料表明，至2017年底，克孜爾水庫正常蓄水位1 149.6 m以下泥沙淤積總量已達(dá)到3.212×108m3，剩余庫容2.858×108m3，庫容損失率為52.92%。其中，死庫容淤積1.306×108m3，占死庫容(1.32×108m3)的98.94%；興利庫容淤積1.91×108m3，占興利庫容(4.768×108m3)的40.05%。防洪庫容淤積0.097 9×108m3，占防洪庫容(2.635 7×108m3)的3.71%。見表1、圖1。

表1 克孜爾水庫初設(shè)階段特征水位的泥沙淤積統(tǒng)計(jì)表

圖1 克孜爾水庫干流木扎提河段泥沙淤積縱斷面圖

泥沙淤積使克孜爾水庫和下游灌區(qū)面臨兩個技術(shù)難題：一是大量的泥沙淤積致使克孜爾水庫調(diào)蓄功能逐年減弱，灌區(qū)用水緊張的局面日漸嚴(yán)峻，在現(xiàn)實(shí)條件下如何解決下游灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水緊張的問題；二是在現(xiàn)實(shí)條件下如何采用非工程措施緩解克孜爾水庫泥沙淤積問題。

3 流域內(nèi)水庫的特性及其現(xiàn)行運(yùn)用方式

3.1 克孜爾水庫運(yùn)行方式

3.1.1 克孜爾水庫特性參數(shù)

水庫除險加固后，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 克孜爾水庫特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.1.2 克孜爾水庫運(yùn)行方式

克孜爾水庫原設(shè)計(jì)年初蓄滿一次；自2000年以后，年內(nèi)必須2次蓄滿，除此之外至少還有2～3次關(guān)閘進(jìn)行階段性調(diào)蓄。其中，對水庫排沙、防洪度汛最不利的調(diào)蓄為每年5月下旬至6月上旬的關(guān)閘蓄水(圖2)。

圖2 渭干河平水年景克孜爾水庫水位變化過程線

從圖2可以看出：

評價數(shù)據(jù)主要通過資料及文獻(xiàn)查閱、野外實(shí)地勘測、走訪技術(shù)員以及對農(nóng)戶開展問卷調(diào)查等途徑獲取。同時，通過查閱當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門的年鑒資料，包括自然、人文、社會經(jīng)濟(jì)等，獲取復(fù)合經(jīng)營模式的相關(guān)信息，并進(jìn)行交叉驗(yàn)證，從中選取詳實(shí)且可靠的評價指標(biāo)及參考依據(jù)，確保數(shù)據(jù)的科學(xué)性和代表性。

1) 12月中旬至2月下旬，為滿足灌區(qū)春灌供水要求，克孜爾水庫采取減水蓄水的方式運(yùn)行。近幾年，因水庫泥沙淤積，水庫調(diào)蓄能力降低，不需要關(guān)閘2月25日左右?guī)焖痪湍苓_(dá)到正常高水位1 149.6 m。然后開始春灌供水，剛開始時采取進(jìn)出庫平衡的方式運(yùn)行，主要為了對渠道的冰塊、淤積雜物進(jìn)行沖洗。3月份開始大水灌溉，出庫流量逐步增大到180 m3/s左右，庫水位持續(xù)下降，4月5日左右水庫基本放空。采取進(jìn)出庫平衡的方式運(yùn)行，出庫流量在30 m3/s左右。

2) 4月25日左右開始進(jìn)行閉孔關(guān)閘蓄水，直至5月10日為止共調(diào)蓄水量5 000×104m3左右，庫水位達(dá)到1 143 m左右，5月11日至25日進(jìn)行小麥二水灌溉，共向下游供水約1.5×108m3，庫水位下降至1 138 m左右。

3) 5月26日至6月10日開始關(guān)閘蓄水，主要是滿足復(fù)播和棉花苗水灌溉需求，6月11日左右?guī)焖唤咏? 145 m，共調(diào)蓄水量1.1×108m3左右。

4) 9月下旬開始直至11月上旬，主要是滿足冬灌用水需求，期間共蓄水近5 000×104m3，期間因泥沙淤積，水庫蓄水能力有限，會產(chǎn)生大量的棄水。

3.2 五一水庫和躍進(jìn)水庫現(xiàn)行運(yùn)行方式

五一水庫是渭干河下游灌區(qū)新和縣內(nèi)的一座平原引水灌注式水庫，1959年建成時水庫總庫容4 690×104m3，可控制灌溉面積0.8×104hm2，2002年除險加固后設(shè)計(jì)庫容3 900×104m3。水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩長8.3 km，最大壩高7 m。五一水庫每年運(yùn)行一次，即每年1-2月份開始蓄水，3-4月份灌溉供水放空，其余時間均空庫運(yùn)行。

躍進(jìn)水庫是渭干河下游灌區(qū)庫車縣境內(nèi)一座引水灌注式中型水庫，1958年建成，1979年擴(kuò)建成。擴(kuò)建后庫容達(dá)到5 800×104m3，其中死庫容175×104m3，興利庫容4 250×104m3，目前水庫的實(shí)際蓄水能力為5 500×104m3。目前，躍進(jìn)水庫每年12月中旬開始蓄水，直至次年1月份，3-4月份灌溉供水放至死水位左右，其余時間均維持在死水位運(yùn)行。

4 聯(lián)合調(diào)度的必要性分析

4.1 實(shí)行聯(lián)合調(diào)度有利于緩解灌區(qū)春冬灌兩季用水緊張的局面

根據(jù)渭干河灌區(qū)2019年農(nóng)作物需水計(jì)劃和2019年克孜爾水庫的實(shí)際供水情況，編制渭干河灌區(qū)2019年需水量與供水量對比圖(圖3)。從圖3上可以看出：

1) 2月份水庫的供水量大于灌區(qū)的需水量。主要是為滿足下游兩個平原水庫蓄水要求。

2) 從3月下旬至4月中旬，灌區(qū)的需水量大于實(shí)際供水量。由于春灌供水量大，且灌溉時間較為集中，而此時位于克孜爾水庫上游的拜城縣因引水灌溉，克孜爾水庫進(jìn)庫水量卻是一年中最少的時候，水庫水位持續(xù)下降，3月底4月初基本放空，因而無法滿足下游用水需求。

3) 汛期(6-9月份)是灌區(qū)用水高峰期，克孜爾水庫的供水量基本滿足灌區(qū)用水量。

4) 9月份供水量大于灌區(qū)需水量，產(chǎn)生大量棄水。

5) 10月份下游灌區(qū)不需要水，而此時水庫已冬灌蓄滿，庫水位已達(dá)正常高水位，不得不向下游放水，從而產(chǎn)生大量棄水。

圖3 渭干河灌區(qū)2019年度灌溉需水量與實(shí)際供水量對比柱狀圖

如果每年秋季(9月-10月份)五一、躍進(jìn)兩座平原水庫蓄水9 000×104m3(其中躍進(jìn)水庫蓄水5 000×104m3左右 ，五一水庫蓄水4 000×104m3左右)，按照棉花播前水灌水定額4 500 m3/hm2計(jì)算， 冬灌白地灌溉面積可以增加2×104hm2，達(dá)到緩解春灌供水壓力目的。

4.2 實(shí)行聯(lián)合調(diào)度有利于降低克孜爾水庫汛期運(yùn)行水位，提高汛期排沙比和排沙時間

為滿足灌區(qū)棉花頭水灌溉用水需求，克孜爾水庫每年5月下旬至6月上中旬期間(20天左右)關(guān)閘調(diào)蓄水量約1.5×108m3，庫水位一般由1 138.0 m回升至1 145.0 m，增幅7 m左右，而在此期間下游兩座平原水庫即庫車縣躍進(jìn)水庫、新和縣五一水庫恰好是空庫運(yùn)行，有望調(diào)蓄水量9 000×104m3左右。 因此，如果每年5月下旬至6月上旬實(shí)行三庫聯(lián)調(diào)，下游兩座平原水庫發(fā)揮反調(diào)節(jié)蓄水作用，分擔(dān)9 000×104m3的蓄水量，克孜爾水庫只需蓄水2 000×104m3左右，從而達(dá)到克孜爾水庫少蓄水或不蓄水的目的；而在6-7月份洪峰流量小于下游安全泄量750 m3/s時，克孜爾水庫采取進(jìn)出庫水量平衡的方式運(yùn)行，水庫基本維持在空庫狀態(tài)，就會提高汛期排沙比、增加排沙時間，為沖淤排沙創(chuàng)造良好條件。

4.3 實(shí)行聯(lián)合調(diào)度有利于下游灌區(qū)的防洪安全

除險加固初步設(shè)計(jì)防洪高水位1 151.89 m，汛限水位為1 145.75 m，設(shè)計(jì)防洪庫容為2.64×108m3。若將主汛期的水位控制在1 139.5 m以下，將新增防洪庫容近1×108m3左右(按2017年的庫容曲線計(jì)算)，將極大地增加水庫的調(diào)洪能力，提高下游的防洪安全。

5 水庫聯(lián)合調(diào)度方案

5.1 5月中下旬至6月中旬

按照近幾年水庫運(yùn)行情況，一般從5月25日開始關(guān)閘蓄水，此時克孜爾水庫水位在1 138 m左右，相應(yīng)庫容960×104m3；6月10日左右開始棉花頭水灌溉，考慮此時段由下游五一水庫和躍進(jìn)水庫蓄水9 000×104m3，按河道多年平均來水量計(jì)算，克孜爾水庫水位仍然在1 138 m左右，可以確保水庫汛期在低水位運(yùn)行。其調(diào)蓄方案見表3。

表3 汛前灌區(qū)三庫聯(lián)調(diào)方案

注：進(jìn)庫流量按多年平均進(jìn)庫流量計(jì)算；區(qū)間水量損失按10%計(jì)算；按2017年最新水位庫容曲線計(jì)算。

5.2 9月中下旬至10月下旬

按照近幾年水庫運(yùn)行情況，9月1日至11月10日，灌區(qū)需水量為1.42×108m3左右，此時段內(nèi)多年平均進(jìn)庫水量4.32×108m3左右；近幾年，9月1日庫水位在1 145.5 m左右，相應(yīng)庫容1.11×108m3，按照11月10日水庫蓄水至1 149.6 m正常高水位，相應(yīng)庫容2.86×108m3，克孜爾水庫還應(yīng)蓄水1.75×108m3，此時剩余水量則由下游平原水庫調(diào)蓄。其調(diào)蓄方案見表4。

表4 秋季灌區(qū)三庫聯(lián)調(diào)方案

注：進(jìn)庫流量按多年平均進(jìn)庫流量計(jì)算；區(qū)間水量損失按10%計(jì)算；按2017年最新水位庫容曲線計(jì)算。

6 存在的問題

1) 管理體制不順的問題。由于流域內(nèi)3座水庫隸屬關(guān)系不同，實(shí)行聯(lián)合調(diào)度后如何實(shí)行水量再分配，如何打破傳統(tǒng)的分水比例涉及各方利益，需要有關(guān)方面加以協(xié)調(diào)解決。

2) 聯(lián)合調(diào)度只能暫時初步解決灌區(qū)用水緊張問題，徹底解決灌區(qū)用水緊張只能采取“以水定地、總量控制”的原則，根據(jù)水庫的實(shí)際供水能力調(diào)整農(nóng)作物的種植面積和種植結(jié)構(gòu)。

7 結(jié) 語

渭干河灌區(qū)三庫聯(lián)調(diào)方案不僅可以最大限度地解決灌區(qū)水資源時空分布不均，提高水資源的利用效率，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還可以降低克孜爾水庫汛前水位，延長汛期排砂時間，提高汛期排砂比，從而延緩水庫泥沙淤積。