蓋孜河流域水庫群聯合調度運行方案研究

劉建軍

(水利部新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

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

蓋孜河流域灌區作為歷史悠久的古老灌區，經過流域人民不斷的開發，灌區先后修建了一系列的水利工程，攔河引水樞紐4座，平原灌區內部修建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，總調節庫容為4825萬m3，一定程度地緩解了灌區用水緊缺，但流域內缺少控制性的山區水庫，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。由于山區布侖口水庫和平原區4座水庫是逐步建成的，如何充分發揮已建成的流域水庫群的調蓄能力，合理安排流域水庫群的蓄放水次序，科學合理地調度運行，更好地為流域社會經濟發展提供水源保障是面臨的一個問題，文章通過研究山區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座山區水庫、4座平原水庫、4座攔河引水閘，工程總體布局及關系節點如圖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控制性水利樞紐工程，承擔著流域的灌溉、發電和防洪任務，水庫控制流域48.6%的徑流量，總庫容為7.02億m3，調節庫容為3.33億m3。4座平原水庫位于蓋孜河流域灌區內，分別從三道橋渠首、合理閘渠首和風口閘渠首引水，總調節庫容為4825萬m3，均承擔流域灌區農業灌溉供水任務。蓋孜河流域調蓄水庫特征技術參數見表1。

表1 蓋孜河流域調蓄水庫特征參數

1.2 水庫群蓄放水方案擬定

根據蓋孜河流域調蓄水庫的工程布局和水利聯系，布侖口水庫為控制性水庫樞紐工程，位于蓋孜河山區干流中游河段；4座平原水庫位于灌區內，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，流域形成山區水庫和平原水庫的布置格局。

基于山區水庫與平原水庫之間的水力聯系，擬定流域山區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合調度運行工況，提出較優的水庫運行方案，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 徑流調節計算原則和方法

(1)計算原則

① 滿足布侖口水庫壩址斷面的生態基流下泄；

② 結合農業灌溉供水進行發電，在滿足流域灌區綜合用水要求的前提下，追求最大的發電效益；

③ 依據批準的布侖口水庫和平原水庫工程規模；

④ 根據山區水庫附近的水面蒸發和庫區地質條件考慮水庫的蒸發和滲漏損失水量；

⑤ 農業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 山區和平原水庫聯合徑流調節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 采用調度線協調農業灌溉與水力發電兩者的不同保證率要求。

2.2 徑流調節成果分析

按照確定的徑流調節計算原則和計算方法，根據擬定的不同水庫群蓄放水方案，進行水庫群聯合徑流調節計算，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和平原水庫的蒸發損失和滲漏損失，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，對應運行方式為山區水庫先蓄后供、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，山區水庫發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

山區布侖口水庫在先供情況下不發生棄水，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，對應運行方式為山區水庫先蓄后供、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，對應的運行方式為山區水庫先蓄后供、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)農業供水量分析

蓋孜河流域水庫群的供水對象為下游灌區農業用水，也是水庫群調度運行方式研究的重要供水目標。不同水庫群運行方式下，多年平均農業供水量見表6，由此可見，多年平均供水量最大，為12.02億m3，對應的水庫群運行方式為山區水庫先蓄后供、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業供水量

(4)發電效益影響分析

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

2.3 推薦水庫群調度運行方案

從以上蓋孜河流域水庫群水資源開發利用角度分析，向蓋孜河流域灌區農業供水量最大的水庫運行方式為山區水庫先蓄后供、平原水庫后蓄先供。從公格爾水電站的發電效益角度分析，多年平均年發電量最大的水庫運行方式為山區水庫后蓄先供、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，承擔流域灌溉、發電、防洪任務，在確保防洪安全的前提下，滿足流域灌區綜合利用用水要求，結合流域灌區供水進行發電。因此，布侖口水庫的調度運行應遵循“電調服從水調”的原則。

綜合以上布侖口水庫和平原水庫聯合運行的4組運行方案，推薦布侖口水庫與平原水庫聯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綜合需水要求時，首先啟動平原水庫向灌區供水，再不足時，啟動布侖口水庫向灌區供水；在天然來水滿足灌區綜合需水要求時，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 結論

隨著蓋孜河流域水資源的開發，水利工程設施的建設，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水庫和平原水庫的聯合蓄放水方式，推薦合理的山區水庫和平原水庫的聯合運行方案，為蓋孜河流域水資源的優化配置和水庫群的運行提供了技術支撐，也為類似流域的水庫群運行提供借鑒。