影響瑪納斯河紅山嘴引水樞紐安全運行的問題及對策

吳開新

（新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子 832000）

1 工程概況

瑪納斯河紅山嘴引水樞紐位于瑪納斯河出山口處，東距烏魯木齊市約165 km，距石河子市18 km。工程建于1959年，屬于“三邊”工程，帶病運行多年，于2012年進行除險加固，該樞紐改建后，防洪能力由原來設計流量650 m3/s 提高到1140 m3/s，控制灌溉面積由原來250萬畝提高到316.3萬畝，同時滿足四、五級電站引水，并為瑪電供水。

2 存在的主要問題

工程建成以來，為瑪納斯河流域附近的居民生活以及工業用水提供了重要支撐[1]，但也存在以下問題[2]：

（1）泥砂觀測。瑪納斯河是一條多沙河流，河道的沖刷作用以及降雨集中帶來了大量的泥砂，河源處泥砂較少，出山口紅山嘴處泥砂含量顯著增多[3]。泥砂表現為年際變化很大的主要特征、年內分配集中及含沙量集中。推移質輸沙量為懸移質的20%，為59.1萬t。

（2）引水問題。根據紅山嘴斷面實測資料分析，多年平均年徑流量為13.16億m3，由于河水年際變化較大，年內分配集中，山區又沒有調節水庫，使灌區春季5～6 月供水嚴重不足。受其影響，平原水庫上游的南部灌區114.78 萬畝耕地的供水保證率很低，形成大面積缺水型中低產田，平均畝產僅為北部灌區的80%左右。根據灌區地下水均衡分析結果，全灌區現狀年總補給量5.57 億m3，可開采量4.06 億m3（井、泉口量）。現狀井凈開采量2.99 億m3，引用泉水1.1億m3，合計為4.09億m3。目前灌區部分地區，地下水水位明顯下降，尤其是工業密集區，因此必須嚴格限制開采量，為地下水的采補平衡提供有利條件。南部灌區從紅山嘴渠首東岸大渠引水；其中75%保證率來水南部灌區時段余水10 792萬m3，時段缺水8709萬m3，余水大于缺水，這說明南部灌區為農業灌溉提供了大量水量，調蓄工程調節供水的日常不足導致目前極度缺水，這可以定義為工程性缺水。

（3）防洪問題。根據紅山嘴水文站實測多年（1953-1999 年）洪峰資料統計，洪水特點是：①峰高量大；②洪水過程持續時間長，一次洪水過程少則3～5 d，多則20 d；③洪水發生的時間集中，水量亦集中；④洪水大多呈多峰型。洪水具有周期性及隨機性，但是洪泛區又非常適合農業的發展，為了促進當地經濟發展，必須采取一定措施防治洪水，使得引水樞紐安全運行。

3 保護對策

3.1 水文泥砂觀測

引水樞紐水文泥砂觀測時，根據引水樞紐沖砂、引水、泄洪操作的需要，應進行水位、流量、推移質、輸沙量、泥砂沖淤變化的觀測，并且觀測沖砂、引水、泄洪過程中閘前閘后的水位，彎道水面縱橫比降變化，閘前閘后泥砂淤積變化；觀測大河來水量時，掌握流量變化過程；啟閉閘門前后，觀測各孔閘門過閘流量；溢流堰溢流時觀測過堰流量；觀測輸砂道過流和淤積變化；測進水閘前淤積情況，來水量在30～60 m3/s 時每日08:00觀測1次，來水量在60～120 m3/s 時每日08:00、20:00 觀測2 次，120 m3/s以上時每日08：00、16:00、24:00觀測3次；每次進行沖砂前30 min，應觀測引水樞紐閘前泥砂淤積，沖砂開始后隨時觀測閘前閘后泥砂淤積高度；當大河來水超過60 m3/s時，每日進行沖砂閘、進水閘、沉砂池、排砂廊道、輸砂道、泄洪沖砂閘沖淤變化的觀測，當總干渠流量超過60 m3/s 時，定期進行排砂廊道排砂效果的觀測和排砂工作。

3.2 引水工程運行

引水樞紐按下達指令的引水指標進行引水[4]，當大河來水小于引進指標和灌區需水要求時，盡可能滿足灌區用水的需要全部引進，當大河來水大于引進指標和灌區需水要求時，多余來水從排砂廊道和泄洪沖砂閘下泄；為了確保工程安全，在河水上漲時，及時調控閘門，引水指標不得超出控制范圍，非經批準，總干渠引水指標不得超出實際控制最大指標80 m3/s。

（1）每年10 月1 日～次年4 月30 日時段運行。正常情況下大河來水小于30 m3/s，并全部引入時，引水樞紐閘前低水位運行，使閘前水流歸槽；當大河來水30～60 m3/s，并全部引入時，控制閘前水位，使用孔口引水，當各孔過閘流量相近時方可設定閘門開啟高度，開啟順序是1、2、3孔，關閉順序3、2、1孔，根據閘前水流形態，及時調控閘門及閘前水位，減少干渠泥砂進入量，以最有效的方式引水。

（2）5 月1 日～6 月9 日和9 月11～30 日時段運行。為了防止泥砂進入干渠，及時調控閘門及閘前水位，大河來水小于30 m3/s 時，進水閘實行低水位控制運行；當大河來水大于30 m3/s，控制閘前水位614.19 m（閘前水位2.2 m）運行，進水閘開啟1、2、3孔，1 孔開度大于2 孔，2 孔開度大于3 孔，各孔的開度差都不大于20 cm；當泄洪沖砂閘進行高水位沖砂時，總干渠引進流量大于30 m3/s，并且閘后可見明顯淤積，可以考慮采取兩孔交換開啟進水閘以沖洗閘后。

（3）6 月10 日～9 月10 日時段運行。汛期進水閘各孔的開度盡量保持平衡。進水閘的開啟順序是1、2、3孔，關閉順序是3、2、1孔；當大河來水在60 m3/s以內并全部引進時，為了防止泥砂進入總干渠，進水閘實行孔口引水，閘門開啟高度應視閘前泥砂淤積情況而定，閘前控制正常水位614.19 m（閘前水位2.2 m），應不超過最高限制水位615.24 m（閘前水位3.2 m）；當大河來水在60 m3/s 以上時，引水與泄洪同時進行。操作時閘門啟閉應同時進行，不能同時進行啟閉操作的，應先啟后落；當大河來水在30～60 m3/s 時，多余水量小于30 m3/s 時，可以考慮邊排邊引。邊排邊引的運行條件是：①閘前泥砂淤積高度不超過擋砂坎（612.0 m）；②輸砂道可以正常使用；③避開大河來水漲水階段。當泄水量超過30 m3/s以上時，在滿足總干渠引水指標的情況下，閘前水位控制在正常水位以下，進水閘以孔流形式引水，多余水量從泄洪沖砂閘下泄；當大河來水小于350 m3/s時，引水樞紐按正常運行方式運行，進水閘按指標引進流量，其余水量由泄洪沖砂閘下泄。

3.3 防洪措施

紅山嘴引水樞紐設計防洪標準30 a一遇，洪峰流量1140 m3/s，校核洪水標準為100 a一遇，洪峰流量為1760 m3/s。泄洪沖砂閘及泄洪閘泄洪前應對洪水可能經過的工程進行巡查，泄洪時應加強觀測，尤其是薄弱部位。泄洪結束后，應對行洪工程進行仔細認真的檢查，為汛后工程維修做好準備；根據天氣變化及河水漲幅情況，或接到上級通知后，立即做好開閘泄洪前的準備工作。遇強降雨過程，要樹立人等洪水的思想并做好防洪準備，做到人員到位、措施到位、物資到位；正常情況下，泄洪沖砂閘的開啟順序是1、2、3、4、5、6孔，關閉順序是6、5、4、3、2、1孔。泄洪沖砂閘過洪設計流量420 m3/s，校核流量650 m3/s。

（1）當上游河道來水小于350 m3/s 時，引水樞紐按正常運行方式運行，即進水閘按灌區灌溉需水和四、五級電站引水流量引水，泄洪沖砂閘各孔按正常操作程序開啟泄洪或沖砂；當上游河道來水350～420 m3/s 時，進水閘正常引水，最大引水流量不得超過80 m3/s。其他泄水建筑物按控制運用表（見表1）進行泄洪；當上游來水大于350 m3/s，在總干渠限制流量不超過40 m3/s的條件下，可以開啟泄洪沖砂閘5～6 孔，并且應認真觀察水情，在閉閘前用水力沖洗閘后泥砂，保證閉閘以后，閘下游200 m范圍內沒有淤積；在洪水流量小于650 m3/s情況下，洪水均由泄洪沖砂閘進行下泄，按表1 控制運用指標執行；當上游河道來水大于650 m3/s時，引水樞紐首先在保證自身安全的前提下，超過部分全部由泄洪閘和上游溢流堰退入河道；當大河來水超過650 m3/s 時，總干渠引水流量不大于80 m3/s，水量由1、2、3、4、5、6 孔泄洪沖砂閘下泄，同時打開泄洪閘。大河來水水勢回落至420 m3/s 時，觀察閘前閘后沖於情況，及時關閉泄洪閘。

來水流量沖5、6孔泄水流量進水閘引水流量沖1、2孔泄水流量）沖3、4孔泄水流量

（2）各級洪水流量的處置權限。當大河來水在350 m3/s 以下時，由一站領導根據實際情況按操作規程處置，并實時向防辦報告情況；遇突發性洪水由一站現場管理人員根據水情及時采取措施自行進行處理，并及時向防辦報告情況；當大河來水350～500 m3/s時，須采取非常措施，由局聯絡員會同一站根據度汛方案現場處置，并及時向防辦及安全保閘負責人報告情況；當大河來水超過500 m3/s時，安全保閘負責人現場會同管理部門和技術部門現場指揮，并同時向自治區防洪指揮部報告情況。

3.4 排砂

（1）正常情況下，泄洪沖砂閘開啟順序為1→6孔，閉閘順序為6→1 孔，汛期閘門開啟高度不小于0.3 m，泄洪期間如總干渠引水，泄洪流量按表1 執行；當大河來水達到60 m3/s 以上時，引水樞紐即可使用泄洪沖砂閘進行水力沖砂。

（2）水力沖砂的操作程序。掌握信息情況，觀察計算水情以及泥砂淤積，分析決策資料信息，啟閉前的準備，啟閘沖砂，沖砂過程中仔細觀測閘前后淤積的變化，決定沖砂終止，恢復正常引、泄水狀態。

4 結語

瑪納斯河紅山嘴引水樞紐的安全運行關系著居民的人身財產安全以及附近灌區的發展。本文研究了其運行過程中泥砂觀測、引水、防洪等問題，并根據具體問題提出對策，為引水樞紐安全運行提供指導。