玉龍喀什河水庫建設下泄生態流量分析

艾力亞斯·尤努斯

（新疆維吾爾自治區和田水文勘測局,新疆 和田 848000）

擬建的玉龍喀什水庫位于玉龍喀什河中游河段,工程主要由攔河壩、泄水消能建筑物、引水發電系統等組成。水庫總庫容5.36 億 m3,調節庫容4.27 億 m3,主要任務是以調控生態輸水、灌溉補水為主,結合防洪、兼顧發電等綜合利用。工程下游河段末端 40 km 分布有荒漠河岸林草區,在流域下游平原沙漠區形成一條連綿不斷的“綠色走廊”。為了確保水庫建設,不影響下游生物和植物用水需求,需對水庫建設后的下泄生態流量進行分析。

1 概況

玉龍喀什河發源于昆侖山北坡,河長 504 km,徑流以冰川積雪融水補給為主,降雨補給為輔,屬典型冰川積雪補給為主的河流。天然狀態下玉龍喀什河徑流年際變化 較小,但年內分配不均；出山口同古孜洛克水文站斷面多年平均徑流量為 23.09 億 m3。在闊什拉什與喀拉喀什匯合后稱和田河,最終匯入塔里木河。

玉龍喀什水庫壩址處多年平均流量66.0 m3/s,多年平均徑流量 20.82 億 m3。現狀玉龍喀什河因天然來水不均,缺乏山區控制性調節水庫,灌區春旱缺水問題突出；下游防洪設施不完善,威脅人民生命財產安全；同時區域電力供應不足,影響人民群眾生活。隨著經濟社會發展,和田河流域水資源供需矛盾將更加突出,修建山區控制性水利樞紐對玉龍喀什河徑流進行調節就顯得較為迫切。

2 壩址斷面生態流量分析

在玉龍喀什水庫可研開展過程中,主體設計擬定了混合式和壩后式兩種開發方案。混合式開發方案將在水庫壩址～發電廠房間形成 27 km 減水河段。根據調查,該河段生態保護目標僅涉及水生生物和魚類。為了切實做好這 40 km減水河段水生態保護,為此,搜集了址斷面近 30 年日流量過程、40 km 河段 32 個斷面的地形數據等資料,分別采用 BBM法、Tennant 法、最小月平均徑流法和生態水力學法,對工程壩址斷面生態流量進行計算。

2.1 BBM 法

BBM 法基于天然水文過程,能夠綜合考慮整個生態系統包括河道、岸邊帶等的需水,結合河段魚類產卵期為 4 月～7 月上旬、盛產期為 5 月～6 月的特點,以近 30 年3 月份的平均日流量值8.12 m3/s 作為生態流量初始值,按照近 30 年逐日平均流量的變化率,計算魚類需水敏感期 4 月～7 月上旬的生態流量及過程,計算結果見表1。

表1 工程壩址斷面 4 月～7 月上旬生態流量過程 單位：m3/s

2.2 Tennant 法

Tennant 法是目前世界上最廣泛使用的水文學方法,該方法以多年平均流量的百分數來描述河流情況。據經驗統計,生態流量占多年平均流量的 10%,是大多數水生生物生存所需的最小水量；生態流量占多年平均流量的 30%,是保持大多數水生生物 有良好棲息條件所需的水量。

根據工程可研報告,玉龍喀什水庫壩址斷面 1957 年～2016 年多年平均天然流量為 66 m3/s。依據《關于印發水電水利建設項目河道生態用水、低溫水和過魚設施環 境影響評價技術指南（試行）的函》,確定玉龍喀什河 4 月～9 月為多水期,10 月～次年 3 月為少水期。在此基礎上,根據Tennant 法,確定玉龍喀什水庫壩址斷面 4 月～9 月最小生態流量為66×30%=19.8 m3/s,10 月～次年 3 月最小生態流量為66×10%=6.6 m3/s。

2.3 最小月平均徑流法

根據壩址斷面多年平均年內月均流量統計資料（見表2）,玉龍喀什水庫壩址斷面最枯月為 2 月,對應月均流量為7.76 m3/s。因此,確定玉龍喀什水利樞址斷面生態流量控制值為 7.76 m3/s,占多年平均流量的 11.8%。

表2 玉龍喀什水庫壩址斷面多年平均天然徑流年內分配表 單位：m3/s；108m3

2.4 生態水力學法

根據玉龍喀什河魚類生態習性及天然狀況水力學條件,選取流速、平均水深、水面寬、濕周率、水流流態、河流形態共計 6 個水力參數,根據河段魚類體長、食性、繁殖要求等生態習性及天然狀況魚類生境水力學條件,確定魚類生境適宜的水力學參數標準（具體見表 3）,分別統計計算了流量為 2 m3/s、4 m3/s、6 m3/s、8 m3/s、10 m3/s、12 m3/s、14 m3/s、16 m3/s、18 m3/s、20 m3/s、30 m3/s、40 m3/s、66 m3/s 共計 13 個工況下,各參數在不同區間段對應的河段累積長度,以及每個區間河段累積長度占整個研究河段的百分比。經計算,4 月～9 月工程水庫壩址斷面生態流 量為 18 m3/s,占多年平均流量的 27.3%；10 月～次年 3 月生態流量為 8 m3/s,占多年平均流量的 12.1%。

表3 生態水力學法水力生境參數標準取值統計表

綜上,基于各水生生態需水方法的計算結果,并統籌考慮玉龍喀什河徑流特點、河道分布魚類生態習性,最終確定本工程壩址斷面生態流量過程見表4。

表4 玉龍喀什水庫壩址斷面生態流量過程統計表 單位：m3/s

3 壩址斷面生態流量滿足程度評價

將工程建成后、不同來水頻率下壩址斷面下泄流量過程與斷面生態流量需求進行對比,以判斷其生態流量滿足程度,具體見表5。

表5 工程建成后玉龍喀什樞紐壩址斷面生態流量評價表 單位：m3/s

由表5 可以看出：除 2 月份外,不同來水頻率下壩址斷面下泄流量均可滿足生態流量要求。2 月份因天然來流較小,在考慮下游灌區需水的基礎上,水庫基本按來流的25%、75%和 90%來水頻率下泄,水庫下泄流量略小于生態流量要求；50%來水頻率下,2 月份下泄流量大于生態流量、滿足下泄生態流量要求。

需要說明的是,玉龍喀什河出山口以下區域降雨極少,現狀僅 6 月～9 月過流,玉龍喀什河末端 40 km 的綠色走廊區荒漠河岸林草生存水源主要為兩岸埋深較淺的地下水,由于渠首以下河段地形坡降較緩,河水通過河谷砂卵礫石時,大量河水滲漏補給 地下水,因此,只要維持玉龍喀什河渠首以下河段豐水期水量,就可保證玉龍喀什河 綠色走廊區地下水位在可接受的范圍內變化。

4 結語

根據玉龍喀什水庫建設情況,采用多種計算方法,并統籌考慮玉龍喀什河徑流特點、河道魚類生態習性,將壩址斷面生態流量按照10 月～次年 3 月不小于斷面多年平均流量的 12%、4 月不小于 16%、5 月不小于 40%、6 月不小于66%、7 月不小于 52%控制,因 2 月份天然來流較小,實際調度運行過程中,此時段水庫基本按來流下泄；其余月份水庫下泄流量均大于生態流量,滿足下泄流量要求。經過計算,得出水庫各月份下泄生態流量,為水庫運營和水資源調度提供了數據支撐。