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(jìn)行除險加固，該樞紐改建后，防洪能力由原來設(shè)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(yè)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(xiàn)為年際變化很大的主要特征、年內(nèi)分配集中及含沙量集中。推移質(zhì)輸沙量為懸移質(zhì)的20%，為59.1萬t。

（2）引水問題。根據(jù)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(nèi)分配集中，山區(qū)又沒有調(diào)節(jié)水庫，使灌區(qū)春季5～6 月供水嚴(yán)重不足。受其影響，平原水庫上游的南部灌區(qū)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(chǎn)田，平均畝產(chǎn)僅為北部灌區(qū)的80%左右。根據(jù)灌區(qū)地下水均衡分析結(jié)果，全灌區(qū)現(xiàn)狀年總補給量5.57 億m3，可開采量4.06 億m3（井、泉口量）。現(xiàn)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(qū)部分地區(qū)，地下水水位明顯下降，尤其是工業(yè)密集區(qū)，因此必須嚴(yán)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(qū)從紅山嘴渠首東岸大渠引水；其中75%保證率來水南部灌區(qū)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(qū)為農(nóng)業(yè)灌溉提供了大量水量，調(diào)蓄工程調(diào)節(jié)供水的日常不足導(dǎo)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(jù)紅山嘴水文站實測多年（1953-1999 年）洪峰資料統(tǒng)計，洪水特點是：①峰高量大；②洪水過程持續(xù)時間長，一次洪水過程少則3～5 d，多則20 d；③洪水發(fā)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(qū)又非常適合農(nóng)業(yè)的發(fā)展，為了促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)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(jù)引水樞紐沖砂、引水、泄洪操作的需要，應(yīng)進(jìn)行水位、流量、推移質(zhì)、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(jìn)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(jìn)行沖砂前30 min，應(yīng)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(dāng)大河來水超過60 m3/s時，每日進(jìn)行沖砂閘、進(jìn)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(dāng)總干渠流量超過60 m3/s 時，定期進(jìn)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(dá)指令的引水指標(biāo)進(jìn)行引水[4]，當(dāng)大河來水小于引進(jìn)指標(biāo)和灌區(qū)需水要求時，盡可能滿足灌區(qū)用水的需要全部引進(jìn)，當(dāng)大河來水大于引進(jìn)指標(biāo)和灌區(qū)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(diào)控閘門，引水指標(biāo)不得超出控制范圍，非經(jīng)批準(zhǔn)，總干渠引水指標(biāo)不得超出實際控制最大指標(biāo)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(dāng)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(dāng)各孔過閘流量相近時方可設(shè)定閘門開啟高度，開啟順序是1、2、3孔，關(guān)閉順序3、2、1孔，根據(jù)閘前水流形態(tài)，及時調(diào)控閘門及閘前水位，減少干渠泥砂進(jìn)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(jìn)入干渠，及時調(diào)控閘門及閘前水位，大河來水小于30 m3/s 時，進(jìn)水閘實行低水位控制運行；當(dāng)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(jìn)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(dāng)泄洪沖砂閘進(jìn)行高水位沖砂時，總干渠引進(jìn)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(jìn)水閘以沖洗閘后。

（3）6 月10 日～9 月10 日時段運行。汛期進(jìn)水閘各孔的開度盡量保持平衡。進(jìn)水閘的開啟順序是1、2、3孔，關(guān)閉順序是3、2、1孔；當(dāng)大河來水在60 m3/s以內(nèi)并全部引進(jìn)時，為了防止泥砂進(jìn)入總干渠，進(jìn)水閘實行孔口引水，閘門開啟高度應(yīng)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(yīng)不超過最高限制水位615.24 m（閘前水位3.2 m）；當(dāng)大河來水在60 m3/s 以上時，引水與泄洪同時進(jìn)行。操作時閘門啟閉應(yīng)同時進(jìn)行，不能同時進(jìn)行啟閉操作的，應(yīng)先啟后落；當(dāng)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(dāng)泄水量超過30 m3/s以上時，在滿足總干渠引水指標(biāo)的情況下，閘前水位控制在正常水位以下，進(jìn)水閘以孔流形式引水，多余水量從泄洪沖砂閘下泄；當(dāng)大河來水小于350 m3/s時，引水樞紐按正常運行方式運行，進(jìn)水閘按指標(biāo)引進(jìn)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(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)30 a一遇，洪峰流量1140 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)對洪水可能經(jīng)過的工程進(jìn)行巡查，泄洪時應(yīng)加強觀測，尤其是薄弱部位。泄洪結(jié)束后，應(yīng)對行洪工程進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真的檢查，為汛后工程維修做好準(zhǔn)備；根據(jù)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(zhǔn)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(zhǔn)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(guān)閉順序是6、5、4、3、2、1孔。泄洪沖砂閘過洪設(shè)計流量420 m3/s，校核流量650 m3/s。

（1）當(dāng)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(jìn)水閘按灌區(qū)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(dāng)上游河道來水350～420 m3/s 時，進(jìn)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(jìn)行泄洪；當(dāng)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(yīng)認(rèn)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(nèi)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(jìn)行下泄，按表1 控制運用指標(biāo)執(zhí)行；當(dāng)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(dāng)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(guān)閉泄洪閘。

來水流量沖5、6孔泄水流量進(jìn)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(quán)限。當(dāng)大河來水在350 m3/s 以下時，由一站領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)實際情況按操作規(guī)程處置，并實時向防辦報告情況；遇突發(fā)性洪水由一站現(xiàn)場管理人員根據(jù)水情及時采取措施自行進(jìn)行處理，并及時向防辦報告情況；當(dāng)大河來水350～500 m3/s時，須采取非常措施，由局聯(lián)絡(luò)員會同一站根據(jù)度汛方案現(xiàn)場處置，并及時向防辦及安全保閘負(fù)責(zé)人報告情況；當(dāng)大河來水超過500 m3/s時，安全保閘負(fù)責(zé)人現(xiàn)場會同管理部門和技術(shù)部門現(xiàn)場指揮，并同時向自治區(qū)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(zhí)行；當(dāng)大河來水達(dá)到60 m3/s 以上時，引水樞紐即可使用泄洪沖砂閘進(jìn)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(zhǔn)備，啟閘沖砂，沖砂過程中仔細(xì)觀測閘前后淤積的變化，決定沖砂終止，恢復(fù)正常引、泄水狀態(tài)。

4 結(jié)語

瑪納斯河紅山嘴引水樞紐的安全運行關(guān)系著居民的人身財產(chǎn)安全以及附近灌區(qū)的發(fā)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(jù)具體問題提出對策，為引水樞紐安全運行提供指導(dǎo)。