蓋孜河流域水庫群聯(lián)合調(diào)度運行方案研究

劉建軍

(水利部新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

蓋孜河流域位于新疆塔里木盆地西緣，為典型的內(nèi)陸河，是喀什和克州重要的糧、棉生產(chǎn)基地。源流由兩條支流匯合而成，右支流為喀拉庫里河，發(fā)源于號稱“冰川之父”的慕士塔格山東側(cè)的可可里冰川；左支流為木吉河，發(fā)源于帕米爾高原的薩雷闊勒嶺。兩支流于布侖口鄉(xiāng)附近匯合后始稱蓋孜河，流經(jīng)克州的阿克陶縣及喀什地區(qū)的疏附、疏勒、岳普湖等縣，最終消失在岳普湖縣以東的荒漠區(qū)，河流全長260km，出山口斷面多年平均年徑流量為11.54億m3。

蓋孜河流域灌區(qū)作為歷史悠久的古老灌區(qū)，經(jīng)過流域人民不斷的開發(fā)，灌區(qū)先后修建了一系列的水利工程，攔河引水樞紐4座，平原灌區(qū)內(nèi)部修建4座平原水庫，分別為喀達蘇蓋提水庫、昆都孜水庫、帕萬水庫和鐵力木水庫，總調(diào)節(jié)庫容為4825萬m3，一定程度地緩解了灌區(qū)用水緊缺，但流域內(nèi)缺少控制性的山區(qū)水庫，人民一直飽受春旱和夏洪的危害。

2012年蓋孜河流域控制性水利樞紐工程——布侖口水庫建成運行，至此，蓋孜河流域形成了蓄、引、輸、灌完善的灌溉系統(tǒng)。由于山區(qū)布侖口水庫和平原區(qū)4座水庫是逐步建成的，如何充分發(fā)揮已建成的流域水庫群的調(diào)蓄能力，合理安排流域水庫群的蓄放水次序，科學(xué)合理地調(diào)度運行，更好地為流域社會經(jīng)濟發(fā)展提供水源保障是面臨的一個問題，文章通過研究山區(qū)水庫和平原水庫的各種運行工況，以期提出合理的運行方案。

1 流域水庫群蓄放水次序方案擬定

1.1 流域水利工程基本情況

蓋孜河流域共修建1座山區(qū)水庫、4座平原水庫、4座攔河引水閘，工程總體布局及關(guān)系節(jié)點如圖1所示。

圖1 蓋孜河流域水利工程平面布局圖

布侖口水庫為蓋孜河流域山區(qū)控制性水利樞紐工程，承擔(dān)著流域的灌溉、發(fā)電和防洪任務(wù)，水庫控制流域48.6%的徑流量，總庫容為7.02億m3，調(diào)節(jié)庫容為3.33億m3。4座平原水庫位于蓋孜河流域灌區(qū)內(nèi)，分別從三道橋渠首、合理閘渠首和風(fēng)口閘渠首引水，總調(diào)節(jié)庫容為4825萬m3，均承擔(dān)流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉供水任務(wù)。蓋孜河流域調(diào)蓄水庫特征技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 蓋孜河流域調(diào)蓄水庫特征參數(shù)

1.2 水庫群蓄放水方案擬定

根據(jù)蓋孜河流域調(diào)蓄水庫的工程布局和水利聯(lián)系，布侖口水庫為控制性水庫樞紐工程，位于蓋孜河山區(qū)干流中游河段；4座平原水庫位于灌區(qū)內(nèi)，為便于分析計算，將4座平原水庫概化為一座平原水庫考慮，流域形成山區(qū)水庫和平原水庫的布置格局。

基于山區(qū)水庫與平原水庫之間的水力聯(lián)系，擬定流域山區(qū)水庫與平原水庫不同的蓄供水次序，形成4組運行方案，旨在研究不同的水庫群聯(lián)合調(diào)度運行工況，提出較優(yōu)的水庫運行方案，以提高水資源利用率。蓋孜河流域水庫群蓄放水方案擬定見表2。

表2 蓋孜河流域水庫群蓄放水方案擬定

2 水庫群蓄放水方案綜合評價

2.1 徑流調(diào)節(jié)計算原則和方法

(1)計算原則

① 滿足布侖口水庫壩址斷面的生態(tài)基流下泄；

② 結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉供水進行發(fā)電，在滿足流域灌區(qū)綜合用水要求的前提下，追求最大的發(fā)電效益；

③ 依據(jù)批準的布侖口水庫和平原水庫工程規(guī)模；

④ 根據(jù)山區(qū)水庫附近的水面蒸發(fā)和庫區(qū)地質(zhì)條件考慮水庫的蒸發(fā)和滲漏損失水量；

⑤ 農(nóng)業(yè)灌溉遭遇供水不足時，供水滿足程度不低于70%。

(2)計算方法

① 山區(qū)和平原水庫聯(lián)合徑流調(diào)節(jié)計算采用長系列時歷列表法；

② 徑流資料采用1957—2009年共53年月系列徑流資料；

③ 采用調(diào)度線協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)灌溉與水力發(fā)電兩者的不同保證率要求。

2.2 徑流調(diào)節(jié)成果分析

按照確定的徑流調(diào)節(jié)計算原則和計算方法，根據(jù)擬定的不同水庫群蓄放水方案，進行水庫群聯(lián)合徑流調(diào)節(jié)計算，分析其計算成果。

(1)水庫群損失水量分析

水庫群損失水量包括山區(qū)和平原水庫的蒸發(fā)損失和滲漏損失，在不同水庫運行方案工況下，蓋孜河流域水庫群損失水量見表3。對于山區(qū)水庫和平原水庫，均是先蓄后供方式損失水量最大，綜合水庫群總損失水量最小，為1.33億m3，對應(yīng)運行方式為山區(qū)水庫先蓄后供、平原水庫后蓄先供。

表3 蓋孜河流域水庫群不同運行方案的損失水量

(2)水庫群棄水量分析

水庫棄水量為水庫在蓄至正常蓄水位后，無法控制再蓄存的水量。由于平原水庫在流域下游，山區(qū)水庫發(fā)生的棄水可作為平原水庫的入庫水量，因此，流域水庫群總的棄水量即為平原水庫的棄水量。蓋孜河流域水庫群不同運行方案棄水量統(tǒng)計見表4。

表4 蓋孜河流域水庫群不同運行方案的棄水量

山區(qū)布侖口水庫在先供情況下不發(fā)生棄水，先蓄后供情況下棄水量最大；對于平原水庫后蓄先供情況下棄水量最小，后蓄后供情況下棄水量最大，綜合水庫群總棄水量最小，為0.74億m3，對應(yīng)運行方式為山區(qū)水庫先蓄后供、平原水庫后蓄先供。

無論是水庫群損失水量還是棄水量均為不可利用水量，不同水庫群運行方式情況下的不可利用水量詳見表5。不可利用水量最小，為2.07億m3，對應(yīng)的運行方式為山區(qū)水庫先蓄后供、平原水庫后蓄先供。

表5 蓋孜河流域水庫群不同運行方案的不可利用水量

(3)農(nóng)業(yè)供水量分析

蓋孜河流域水庫群的供水對象為下游灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水，也是水庫群調(diào)度運行方式研究的重要供水目標。不同水庫群運行方式下，多年平均農(nóng)業(yè)供水量見表6，由此可見，多年平均供水量最大，為12.02億m3，對應(yīng)的水庫群運行方式為山區(qū)水庫先蓄后供、平原水庫后蓄先供。

表6 蓋孜河流域水庫群不同運行方案的農(nóng)業(yè)供水量

(4)發(fā)電效益影響分析

布侖口水庫設(shè)置了公格爾水電站，裝機容量為200MW，發(fā)電額定流量為38.22m3/s，額定水頭為607m，是喀克電網(wǎng)重要的電源點。不同的水庫群運行方式影響水電站的發(fā)電水頭和流量，詳見表7。多年平均最大發(fā)電量為7.04億kW·h，對應(yīng)的水庫群運行方式為山區(qū)水庫后蓄先供、平原水庫先蓄后供。

表7 蓋孜河流域水庫群不同運行方案的發(fā)電量

2.3 推薦水庫群調(diào)度運行方案

從以上蓋孜河流域水庫群水資源開發(fā)利用角度分析，向蓋孜河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水量最大的水庫運行方式為山區(qū)水庫先蓄后供、平原水庫后蓄先供。從公格爾水電站的發(fā)電效益角度分析，多年平均年發(fā)電量最大的水庫運行方式為山區(qū)水庫后蓄先供、平原水庫先蓄后供。兩種目標情況下，水庫運行方式不同，詳見表8。

表8 蓋孜河流域水庫群不同運行方案的特征指標

蓋孜河流域是阿克陶縣、疏附縣、疏勒縣、岳普湖縣、第三師的41團和42團灌區(qū)的重要水源。布侖口水庫作為蓋孜河流域控制性水利樞紐工程，承擔(dān)流域灌溉、發(fā)電、防洪任務(wù)，在確保防洪安全的前提下，滿足流域灌區(qū)綜合利用用水要求，結(jié)合流域灌區(qū)供水進行發(fā)電。因此，布侖口水庫的調(diào)度運行應(yīng)遵循“電調(diào)服從水調(diào)”的原則。

綜合以上布侖口水庫和平原水庫聯(lián)合運行的4組運行方案，推薦布侖口水庫與平原水庫聯(lián)合運行的方式為布侖口水庫先蓄后供、平原水庫后蓄先供，即在天然來水不足以滿足灌區(qū)綜合需水要求時，首先啟動平原水庫向灌區(qū)供水，再不足時，啟動布侖口水庫向灌區(qū)供水；在天然來水滿足灌區(qū)綜合需水要求時，其供給后的余水首先蓄存布侖口水庫，蓄滿后其余水下泄河道，繼續(xù)蓄存平原水庫，若兩庫均蓄滿，其余水作為無法控制的棄水下泄河道。

3 結(jié)論

隨著蓋孜河流域水資源的開發(fā)，水利工程設(shè)施的建設(shè)，逐步形成完善的蓄、引、輸、灌的供水體系。文章基于流域水資源充分合理利用的角度，研究了蓋孜河流域山區(qū)水庫和平原水庫的聯(lián)合蓄放水方式，推薦合理的山區(qū)水庫和平原水庫的聯(lián)合運行方案，為蓋孜河流域水資源的優(yōu)化配置和水庫群的運行提供了技術(shù)支撐，也為類似流域的水庫群運行提供借鑒。