并聯水庫生態聯合調度方式研究

吳 萌

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 基本概況

和田河發源于昆侖山和喀喇昆侖山北坡，上游由玉龍喀什河和喀拉喀什河兩大支流組成，其中玉龍喀什河同古孜洛克水文站斷面多年平均年徑流量為23.09億m3，擬建玉龍喀什水利樞紐；喀拉喀什河烏魯瓦提水文站斷面多年平均年徑流量為22.27億m3，已建烏魯瓦提水利樞紐工程[1]。兩條支流匯合后稱作和田河，并最終匯入塔里木河。和田河是目前唯一一條橫穿塔克拉瑪干沙漠注入塔里木河的河流，也是塔克拉瑪干沙漠唯一南北貫通的綠色走廊，將南北兩大綠洲緊密相連，對維護塔里木河流域生態系統平衡和可持續發展具有重要的作用；它還維護著和田河中游綠洲，阻止風沙向綠洲逼近[2]。

和田河作為塔里木河四大源流之一，承擔著向塔里木河生態輸水的重要任務。2001年6月國務院以國函〔2011〕74號文批復了《塔里木河流域近期綜合治理規劃報告》[3-5]，規劃報告中提出實施和田河綜合近期治理工程項目并發揮效益后，在多年平均來水條件下，和田河在肖塔水文站斷面向塔里木河輸水9.0億m3。已建的烏魯瓦提水利樞紐工程不具備承擔該項任務的能力，需與擬建的玉龍喀什水利樞紐工程聯合調度，共同承擔和田河的生態輸水任務。基于前人研究思路和成果[6-7]，在玉龍喀什水利樞紐設計過程中，如何充分利用已建的烏魯瓦提水庫，確定流域內兩座并聯水庫的生態補泄方式，使河道輸水損失最小，擬建水庫生態庫容最小，投資最省是文章主要研究內容。

2 生態補泄方式分析

2.1 烏魯瓦提水庫生態供水過程

工程設計中通過開展和田河干流水量沿程變化及損失、兩庫聯合調節下泄生態流量確定的研究工作[8-10]，烏魯瓦提水庫下泄流量大于120m3/s時下游才能收到水，兩河壩址斷面集中下泄生態流量等于600m3/s時，肖塔斷面綜合損失率最小。根據1957—2016年徑流資料，采用時歷法，每年10月—次年5月以月為計算時段，每年6—9月以旬為計算時段，在滿足各部門用水保證率的前提下，對烏魯瓦提水利樞紐及玉龍水利樞紐進行長系列計算。對長系列下泄水量過程按照一定流量等級進行統計，烏魯瓦提水庫6—9月不同流量級別下泄次數統計結果見表1。

表1 烏魯瓦提水庫6—9月不同流量級別下泄次數統計表 單位：次

烏魯瓦提水庫6—9月多年平均下泄塔里木河生態供水6.77億m3。從下泄塔里木河生態流量分析，按旬統計流量次數共720次，其中0～119m3/s共有572次，占79.5%；120～300m3/s共有124次，占17.2%；300～600m3/s共有24次，僅占3.3%。烏魯瓦提水庫6—9月下泄流量為120～600m3/s時，需玉龍喀什水利樞紐補泄，滿足肖塔斷面的生態下泄水量要求。

2.2 玉龍喀什河水庫生態補泄方式確定

根據烏魯瓦提水庫運行方式及多年出庫過程，結合玉龍喀什水庫壩址斷面天然來水情況，對玉龍喀什水庫的補泄方式擬定了3組方案，分別為定泄方案、湊泄方案和湊定泄方案。

方案一定泄方案：擬定玉龍喀什水庫7月中、下旬和8月上旬補泄生態(通過試算該時段補泄生態效果最好)，考慮烏魯瓦提水庫下泄流量大于120m3/s時下游才能收到水，兩河壩址斷面集中下泄生態流量等于600m3/s時，肖塔斷面綜合損失率最小，因此，玉龍喀什水利樞紐的生態下泄定泄流量取480m3/s。

方案二湊泄方案：根據烏魯瓦提水庫長系列出庫過程，擬定玉龍喀什水庫的流量，當烏魯瓦提水庫出庫流量小于120m3/s時，玉龍喀什水庫按灌溉用水要求放水；當烏魯瓦提水庫出庫流量大于120m3/s小于480m3/s時，玉龍喀什水庫根據烏魯瓦提水庫的出庫過程補泄生態水，使兩壩址斷面集中下泄流量達到600m3/s；當烏魯瓦提水庫出庫流量大于480m3/s時，玉龍喀什水庫不補水。

方案三湊定泄方案：本方案為方案一定泄和方案二湊泄相結合的方案，即7月中、下旬和8月上旬若烏魯瓦提水庫出庫流量小于120m3/s，按600m3/s定泄；出庫流量大于120m3/s，以及其余時段按方案二的原則湊泄。

根據玉龍喀什水庫不同生態補泄方式，擬定的三組方案壩址斷面生態過程線，對玉龍喀什水庫進行長系列徑流調節計算，三組方案補泄生態成果見表2。由此可知，按湊泄方案擬定的玉龍喀什水庫壩址斷面生態過程線所需生態調節庫容最小，水庫水位最低，工程投資最省，推薦玉龍喀什水庫生態補泄方式為湊泄方案。

表2 玉龍喀什水庫不同生態補泄方案成果表

3 生態補泄效果分析

為進一步分析玉龍喀什水庫建成后的生態補償下泄效果，按照水庫建成后是否進行生態補充下泄擬定了兩組方案。

方案一：僅滿足灌區灌溉用水，不進行生態補償下泄；

方案二：滿足灌區灌溉用水，同時進行生態補償下泄。

對上述兩個方案從不同量級生態供水次數和滿足塔河下泄水量兩個方面進行評價。

3.1 不同量級生態供水次數指標評價

表3和圖1為玉龍喀什水庫補償前后向塔里木河不同量級生態供水次數統計結果。由此可知，玉龍喀什水利樞紐生態補泄的作用體現以下兩個方面：①降低了低效率區(100m3/s <下泄流量≤500m3/s流量級)和漫溢低效率區(大于700m3/s流量級)的下泄次數，低效率區下泄次數由生態補泄前的241次減少到生態補泄后的180次，漫溢低效率區則由較生態補泄前減少了9次；②提高了高效率區(500m3/s <下泄流量≤700m3/s流量級)下泄次數，由生態補償前的40次增加至補償后的75次。這說明通過設置一定的生態庫容，進行生態補償調度，可以有效提高和田河干流的輸水效率，減少河道損失。

表3 玉龍喀什水庫補償前后向塔里木河不同量級生態供水統計表(壩址斷面)

圖1 玉龍喀什水庫補償前后向塔里木河生態供水對比圖

3.2 下泄塔河水量滿足程度評價

表4為玉龍水利樞紐生態補償前后各節點斷面的水量分析表。由此可知，在方案一的情況下，由于低效率區流量下泄次數占到全年下泄次數的89.0%，次數多、比例大，壩址斷面至肖塔斷面綜合損失率達到56.5%，肖塔斷面收到的水量僅8.30億m3，無法滿足下泄塔里木河生態用水要求；在方案二的情況下，烏魯瓦提和玉龍喀什兩座山區水庫聯合調度運行，增加了高效率區的下泄次數，玉龍喀什河總補償次數85次，多年平均年補償水量為1.78億m3，河道綜合損失率減小到52.8%，肖塔斷面收到的水量達到9.0億m3，確保了和田河多年平均向塔里木河生態輸水9.0億m3的目標要求。玉河、喀河不同斷面下泄塔里木河生態水量節點示意圖如圖2所示。

表4 玉龍喀什水庫補償前后各節點斷面水量分析

圖2 玉河、喀河不同斷面下泄塔里木河生態水量節點示意圖

4 結語

和田河作為塔里木河四大源流之一，承擔著多年平均向塔里木河生態輸水9.0億m3的目標。為實現上述目標，文章通過研究確定了兩座水庫的生態調度方式，即當烏魯瓦提水庫出庫流量小于120m3/s大于480m3/s時，玉龍喀什水庫不補泄，水庫按灌溉要求放水；當烏魯瓦提水庫出庫流量大于120m3/s小于480m3/s時，玉龍喀什水庫根據烏魯瓦提水庫的出庫過程補泄生態水，使兩壩址斷面集中下泄流量達到600m3/s。未來隨著玉龍喀什水利樞紐的建成，應通過對兩座水庫的生態調度實踐進一步驗證調度方式的合理性，為和田河河損研究和生態調度提供更好的技術支撐。