新疆克孜爾水庫汛限水位動態控制運用解析

(克孜爾水庫管理局，新疆 拜城 842313)

1 工程概況

克孜爾水庫位于新疆阿克蘇地區拜城縣境內渭干河上，是以灌溉、防洪為主，兼有發電綜合利用的大(1)型水利樞紐工程。樞紐由主壩、副壩、溢洪道、泄洪排沙涵洞與發電站組成，水庫原設計總庫容6.4億m3，水庫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年水庫完成除險加固并通過竣工驗收，經水利部大壩安全管理中心鑒定、黃河水利委員會審查批準，除險加固工程規模為Ⅰ等大(1)型工程，設計總庫容為7.25億m3，除險加固后主壩加高3.6m,副壩加高4.2m。水庫控制下游庫車、沙雅、新和三縣灌溉，設計灌溉面積320萬畝。

2 動態汛限水位運用

自2010年11月蓄水安全鑒定后，克孜爾水庫依據河道水文資料，結合下游渭干河灌區需水計劃制訂水庫調蓄水計劃，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。汛期水庫調度運用充分考慮興利和泥沙淤積的影響，采取“兩高一低”的分期汛限水位動態控制運用，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逐步提高至除險加固設計汛限水位1145.75m，水庫運行管理逐步按除險加固后的工程設計指標進行水庫調度。

2.1 平水年克孜爾水庫調蓄水情況

2013年克孜爾水庫天然入庫水量為24.29億m3，屬平水年。渭干河灌區計劃灌溉面積383.13萬畝，較歷年有所增加，水庫根據灌區實際情況，通過分階段調蓄，水庫完成春灌、小麥二水、復播玉米及棉花各次水、冬小麥播前水、冬灌前調蓄水任務，五次累計為灌區農業生產調蓄水量5.23億m3，發揮了水庫的調節作用。2013年共向下游灌區供水23.15億m3(以渭干河龍口站計量),渭干河灌區需水量為22.79億m3，超計劃供水0.36億m3，見表1和圖1。

表1 2013年各旬灌區需水量與水庫實際供水量對比統計表

圖1 2013年各旬灌區需水量與水庫供水量對比統計圖

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

2.2 豐水年克孜爾水庫調蓄水情況

2016年克孜爾水庫天然入庫水量為31.56億m3，屬豐水年。2016年渭干河灌區計劃灌溉面積409.75萬畝，灌區計劃需水量為21.89億m3，實際供水量28.53億m3(以渭干河龍口站計量),超計劃供水6.64億m3。表2和圖2對比了各旬灌區需水量與水庫實際供水量。

表2 2016年各旬灌區需水量與水庫實際供水量對比統計

圖2 2016年旬灌區需水量與水庫供水量對比統計

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

綜上所述：無論是平水年景還是豐水年景，水庫每年4月上旬和中旬均無法滿足灌區的需水要求，主要原因：一是水庫泥沙淤積嚴重，致使興利庫容減少，水庫調蓄能力逐年降低；二是近幾年渭干河灌區灌溉面積基本維持在近410萬畝，遠遠超過設計灌溉面積320萬畝，而春灌棉花面積高達200萬畝；加之水庫設計保證率為80%，因而，實施“兩高一低”的動態汛限水位控制運用方式，有效解決了渭干河灌區小麥二水和棉花頭水用水需求。

2.3 2013年、2016年克孜爾水庫蓄供水情況

圖3是克孜爾水庫平水年2013年度和豐水年2016年兩個典型年同期庫水位變化過程線。大致可以看出：無論是平水年還是豐水年，克孜爾水庫春季2月的蓄水水位及秋季10月的蓄水水位均能達到1149.50m高程以上，即基本上達到正常蓄水位的運行指標。說明近7年來水庫采用“兩高一低”動態汛限水位控制運用的方式，進一步提高了水庫的蓄滿率，緩解了渭干河灌區每年春灌、冬灌嚴重缺水時的矛盾。

圖3 克孜爾水庫2013年、2016年庫水位變化過程線圖

圖4 克孜爾水庫近七年同期日均庫水位過程線

通過圖4分析可知，近7年來的同期日均庫水位對比，主汛期采用1142.00～1143.00m高程控制運行，總體上不影響秋冬季和春季蓄水要求，水位均可達到1149.00m以上。

3 汛限水位動態控制運用效益分析

克孜爾水庫自從實施汛限水位動態控制運用，抬高汛限水位，水庫的效益提升比較明顯，汛期洪水資源浪費減少，水庫蓄滿率明顯提高。特別是自2010年以后初汛期汛限水位由1142.00m上調至1144.00m，極大緩解了灌區復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，水庫蓄滿率提高36.0%以上，特別是2015年、2016年水庫初汛期、后汛期增加蓄水量近2.1億m3，見表3。農業供水量由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機，進行異重流排沙，增加排沙量28.18萬t。以上措施的實施，極大緩解了渭干河灌區用水緊張的局面,同時也減緩了水庫泥沙淤積的速率。

水庫汛期實施動態汛限水位控制運行的優勢包括以下幾點：

a.可以有效降低百年一遇大洪水發生時水庫的防洪高水位。采用1143.00m汛限水位控制運用，庫水位最高將達到1149.65m(防洪高水位)，低于庫盤淹沒線1150.60m，可降低上游淹沒損失到最小程度，對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日水庫攔蓄40年一遇大洪水，最大洪峰流量3420m3/s，庫水位從1140.55m(相應庫容0.76億m3)起開始調洪。歷時35h至8月2日19時庫水位上漲至1146.40m(相應庫容2.27億m3)，庫水位漲幅達5.85m，1日內攔蓄洪量1.51億m3。

b.可有效提高水庫排沙比，有利于水庫減緩泥沙淤積速度。對比表4克孜爾水庫2012—2015年共4個年度的排沙效果分析，2013年、2014年排沙效果十分理想，出庫總沙量達到600萬t左右，最高排沙比高達116.2%；兩年主汛期7月的排沙效果更為突出，出庫沙量均大于入庫沙量，基本達到水庫不落淤的沖沙效果。這兩年主汛期7月的庫水位平均值分別為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,根據后期5日無降雨預報將庫水位由汛限水位1143.00m蓄至1146.40m,超蓄水位3.4m,超蓄水量1.04億m3,增加發電量670.0 萬kW·h,在調度“8.1洪水”期間，克孜爾水庫泄洪流量(550m3/s)始終沒有超出下游河道的安全行洪標準(750m3/s)，攔蓄洪水1.51億m3，消峰率達83.9% 。實踐證明，超蓄部分水量，可以通過發電消落到1143.00m(汛限水位)以下。

4 結 語

實踐證明，克孜爾水庫實施汛限水位動態控制，提高了洪水資源利用率，有效緩解了渭干河灌區需供水矛盾，為渭干河經濟可持續發展提供了保障。

[1] 王本德,周惠成.水庫汛限水位動態控制理論與方法及其應用[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2] 新疆水利水電勘測設計研究院.新疆渭干河克孜爾水庫設計報告[R].烏魯木齊:新疆水利水電勘測設計研究院,1995.