若羌河水庫(kù)建設(shè)對(duì)下游水文情勢(shì)影響分析

汪 洋

（新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞水文勘測(cè)局，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

發(fā)源于阿爾金山北麓的若羌河是若羌縣境內(nèi)主要河流，規(guī)劃在其上游修建若羌河水庫(kù)。為了減小水庫(kù)建設(shè)對(duì)下游帶來(lái)的影響，為水庫(kù)后續(xù)運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)，需對(duì)水庫(kù)建設(shè)對(duì)下游產(chǎn)生的水文情勢(shì)影響進(jìn)行分析。

1 概況

若羌河全長(zhǎng)176 km，較大的支流有2支，東支為阿克蘇河，西支為其昂里克河，來(lái)水主要以冰雪融水補(bǔ)給為主、泉水補(bǔ)給為輔，多年平均年徑流量為0.901 億m3[1]。擬建的若羌河水庫(kù)壩址位于若羌河出山口上游。工程主要由擋水建筑物、泄水建筑物、灌溉引水發(fā)電洞等組成，主要建設(shè)任務(wù)為防洪、灌溉、工業(yè)供水，兼顧發(fā)電。水庫(kù)壩址以上流域面積2548 km2，壩址斷面年均徑流量7450 萬(wàn)m3。水庫(kù)正常蓄水位1635.00 m，總庫(kù)容1776 萬(wàn)m3[2]。

2 徑流影響分析

2.1 施工期和截流期對(duì)徑流的影響

根據(jù)施工計(jì)劃安排，施工截流安排在第1 年9月底進(jìn)行，截流龍口設(shè)在若羌河右岸，采用從左岸向右岸進(jìn)占的單戧立堵法。截流過(guò)程中，隨著截流龍口寬度的縮小，龍口泄流逐漸過(guò)渡為泄洪兼導(dǎo)流洞泄流，下泄流量為河道天然來(lái)水量，故截流期間對(duì)下游水文情勢(shì)無(wú)影響。截流后，施工期間通過(guò)泄洪兼導(dǎo)流洞進(jìn)行施工導(dǎo)流，下泄流量仍為河道天然來(lái)水量，對(duì)下游河段水文情勢(shì)無(wú)影響。

2.2 初期蓄水對(duì)水文情勢(shì)的影響

若羌河水庫(kù)為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)[3]，根據(jù)主體設(shè)計(jì)，工程施工期第3 年10 月開(kāi)始下閘蓄水，蓄水過(guò)程中利用泄洪兼導(dǎo)流洞控制下泄流量，以滿足下游供水要求。經(jīng)計(jì)算，P=75%來(lái)水頻率下，歷時(shí)54 d即當(dāng)年11月下旬末即可蓄至死水位1610 m，次年4月中旬蓄至正常蓄水位1635 m。初期蓄水期間，利用泄洪兼導(dǎo)流沖沙洞向下游供水。

若羌河水庫(kù)壩址斷面枯水期（10月—次年3月）生態(tài)基流取0.28 m3/s，豐水期（4—9月）生態(tài)基流取0.57 m3/s。工程初期蓄水壩址斷面下泄水量調(diào)算結(jié)果，詳見(jiàn)表1。

表1 工程初期蓄水壩址斷面流量變化m3/s

由表1 可知，初期蓄水期間4 月下泄流量增加0.47 m3/s，其余初期蓄水期間流量減少0.04～1.44m3/s，最大減幅為83.92%，但均滿足相應(yīng)的生態(tài)基流和灌區(qū)需水的相關(guān)要求。

2.3 運(yùn)行期對(duì)水文情勢(shì)的影響

2.3.1 預(yù)測(cè)斷面和指標(biāo)

若羌河水庫(kù)建成運(yùn)行后，正常蓄水位1635.0 m，正常蓄水位相應(yīng)水庫(kù)面積約0.913 km2，壩前水庫(kù)水位最大抬升約50.0 m，庫(kù)區(qū)河段回水長(zhǎng)度約3.5 km。隨著該段河流形態(tài)的改變，庫(kù)區(qū)河段的流速有所減小。若羌河水庫(kù)壩址位于山口電站引水渠首上游約6.40 km處，現(xiàn)狀若羌河灌區(qū)用水自山口電站引水渠首引水。根據(jù)現(xiàn)狀及工程運(yùn)行后若羌河評(píng)價(jià)河段水文情勢(shì)發(fā)生變化的影響因素，選取若羌河水庫(kù)壩址和山口電站引水渠首下為預(yù)測(cè)斷面。選取P=50%、75%來(lái)水保證率，開(kāi)展運(yùn)行期對(duì)水文情勢(shì)影響分析。

2.3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果

（1）P=50%來(lái)水保證率下各計(jì)算斷面流量預(yù)測(cè)結(jié)果，詳見(jiàn)表2。由表2可知，工程運(yùn)行后，P=50%來(lái)水保證率下，若羌河水庫(kù)壩址斷面年下泄水量減少776.2 萬(wàn)m3，減幅為9.11%。2—4、7、11、12 月，水庫(kù)在滿足下游生態(tài)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水前提下蓄水，該斷面流量較現(xiàn)狀年有所減少，減少量在0.1～2.75 m3/s；流量相對(duì)最大減幅出現(xiàn)在12月，最大減幅為85.01%。1、5—6、8—10 月，出庫(kù)流量較現(xiàn)狀年有所增加，增幅在0.15～1.2 m3/s ；流量相對(duì)最大增幅出現(xiàn)在1 月，最大增幅為113.66%。

表2 各預(yù)測(cè)斷面月均流量預(yù)測(cè)結(jié)果流量：m3/s；水量：104 m3

工程運(yùn)行后，山口電站引水渠首下斷面水文情勢(shì)主要受上游若羌河水庫(kù)調(diào)蓄、山口電站引水渠首引水的聯(lián)合影響。P=50%來(lái)水保證率下，該斷面年下泄水量減少1741.10 萬(wàn)m3，2—4、7、11—12 月流量減少0.06～4.25 m3/s，1、5—6、8—10 月流量增加、增幅為0.2～0.93 m3/s，各月流量在0.3～1.47 m3/s ，均滿足下泄的生態(tài)基流要求。

（2）P=75%來(lái)水保證率下各計(jì)算斷面流量預(yù)測(cè)結(jié)果，詳見(jiàn)表3。

表3 各預(yù)測(cè)斷面月均流量預(yù)測(cè)結(jié)果流量：m3/s；水量：104 m3

由表3 可知，工程運(yùn)行后，P=75%來(lái)水保證率下，若羌河水庫(kù)壩址斷面年下泄水量增加360.1萬(wàn)m3，增幅為5.08%。1—3、7—8、11 月，水庫(kù)在滿足下游生態(tài)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水前提下蓄水，該斷面流量較現(xiàn)狀年有所減少，減少量在0.07～2.14 m3/s；流量相對(duì)最大減幅出現(xiàn)在2 月，最大減幅為55.70%。4—6、9—10、12 月，出庫(kù)流量較現(xiàn)狀年有所增加，增幅在0.02～1.95 m3/s；流量相對(duì)最大增幅出現(xiàn)在10月，最大增幅為133.75%。

工程運(yùn)行后，山口電站引水渠首下斷面水文情勢(shì)主要受上游若羌河水庫(kù)調(diào)蓄、山口電站引水渠首引水的聯(lián)合影響。P=75%來(lái)水保證率下，該斷面年下泄水量減少2101.30 萬(wàn)m3，1—3、6—8、11 月流量減少0.04～2.68 m3/s，4—5、9—10、12 月流量增加、增幅為0.02～0.71 m3/s，各月流量在0.28～1.09 m3/s，均滿足下泄的生態(tài)基流要求。

綜上，現(xiàn)狀年若羌河水庫(kù)壩址斷面沒(méi)有出現(xiàn)斷流情況，若羌河水庫(kù)工程建成后壩址斷面也不會(huì)出現(xiàn)斷流。現(xiàn)狀年在山口電站引水渠首下斷面，P=50%下，9 月出現(xiàn)斷流，P=75%下5、9、10 月出現(xiàn)斷流；若羌河水庫(kù)工程建成后，該斷面各月不會(huì)出現(xiàn)斷流，下泄流量也均滿足枯水期（10 月—次年3 月）生態(tài)基流0.28 m3/s、豐水期（4—9 月）生態(tài)基流0.57 m3/s 的要求。同時(shí)，現(xiàn)狀區(qū)域地下水嚴(yán)重超用，通過(guò)若羌河水庫(kù)的實(shí)施，優(yōu)化了水資源的供給方式，避免了地下水超用狀況的發(fā)生，使地下水水位逐步回升，符合本區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)要求。

3 洪水影響分析

若羌河洪水可分為積雪融水型洪水、夏季暴雨型洪水和降雨、融雪混合型洪水3 種類型[4]，4—6 月為春汛，7—8 月為夏汛。多年來(lái)，若羌河因?yàn)槿鄙倏刂菩运こ蹋掠稳罕婏柺芎樗疄?zāi)害，若羌河水庫(kù)建成后起到滯洪削減洪峰的作用，可以降低水庫(kù)壩址斷面以下河段的洪水危害，使若羌河下游防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 a 一遇。經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪后，可將50 a 一遇的最大入庫(kù)洪峰708.6 m3/s 削減為下游河道安全泄量457 m3/s，且護(hù)岸或堤防工程可滿足防洪要求。本大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a 一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 a 一遇，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a 一遇。 本階段擬定水庫(kù)運(yùn)行方式為：每年6 月水庫(kù)運(yùn)行水位為死水位1610 m，進(jìn)行排沙運(yùn)行；7、8 月水庫(kù)不得高于汛限水位1631.1 m 運(yùn)行，進(jìn)行迎汛；汛期過(guò)后9 月開(kāi)始，水庫(kù)在滿足下游各業(yè)用水的前提下，擇機(jī)蓄至正常蓄水位1635 m；9月—次年5月水庫(kù)按各業(yè)要求進(jìn)行下泄。若羌河水庫(kù)調(diào)洪原則及泄洪方式記述如下。

（1）當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)，天然入庫(kù)流量小于水庫(kù)安全泄量457 m3/s 時(shí)，來(lái)多少泄多少，利用泄洪建筑物控制泄量，維持汛限水位不變。

（2）隨著洪水流量增大，當(dāng)入庫(kù)流量大于下游安全泄量457 m3/s 但庫(kù)水位低于防洪高水位時(shí)，控制下泄流量不超過(guò)下游安全泄量，水庫(kù)水位逐漸升高。

（3）隨著入庫(kù)洪水流量的繼續(xù)增大，水庫(kù)水位達(dá)到并超過(guò)防洪高水位，按泄洪建筑物的泄流能力下泄，下泄流量不大于時(shí)段入庫(kù)洪水，水庫(kù)水位繼續(xù)上升。

（4）隨著入庫(kù)洪水流量逐漸減小，水庫(kù)水位上升速度減慢，當(dāng)泄洪建筑物泄流能力等于入庫(kù)洪水時(shí)，水庫(kù)水位達(dá)到最高水位。

（5）隨著入庫(kù)洪水流量的繼續(xù)減小，調(diào)洪進(jìn)入退水階段，水庫(kù)按照控制安全泄量下泄，以使水庫(kù)水位盡快下降至汛限水位，準(zhǔn)備迎接下一場(chǎng)洪水。

綜上可知，若羌河水庫(kù)建成后防洪效益顯著，使水庫(kù)下游防洪能力由20 a 一遇提高到50 a 一遇，從而減輕灌區(qū)防洪負(fù)擔(dān)，減少洪水災(zāi)害。工程運(yùn)行后將對(duì)20 a 一遇以上洪水產(chǎn)生影響，對(duì)20 a 一遇以下洪水無(wú)影響。

4 生態(tài)流量影響分析

4.1 生態(tài)流量確定

《若羌河流域規(guī)劃》中要求：“生態(tài)基流在來(lái)水頻率50%、75%情況下，按來(lái)水量的15%考慮下泄。下游天然生態(tài)補(bǔ)水量在平水年50%保證率的情況下，按不少于水量的40%下泄”[4]。《若羌河流域規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)》中提出：“若羌河河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量為3624 萬(wàn)m3，從下泄天然生態(tài)水量上看，2025年50%頻率天然來(lái)水情況下，流域不缺水，能夠滿足規(guī)劃中提出的生態(tài)基流在來(lái)水頻率50%、75%情況下，按來(lái)水量的15%考慮下泄；下游天然生態(tài)補(bǔ)水量在平水年50%保證率的情況下，按大于來(lái)水量的40%下泄的原則”。

在實(shí)際工程運(yùn)行中，按各頻率的15%考慮下泄生態(tài)流量不便于工程控制，也不符合水利部有關(guān)水利水電工程斷面生態(tài)基流多水期應(yīng)不低于斷面多年平均流量的20%～30%、少水期應(yīng)不低于斷面多年平均流量的10%的規(guī)定，故枯水期（10 月—次年3月）生態(tài)基流取多年平均徑流量2.760 m3/s 的10%即0.28 m3/s，豐水期（4—9 月）生態(tài)基流取多年平均徑流量的20%即0.57 m3/s。

4.2 生態(tài)流量泄放要求

若羌河水庫(kù)初期蓄水期間，利用泄洪兼導(dǎo)流洞控制下泄流量，以滿足下游生態(tài)基流要求。水庫(kù)運(yùn)行期間，尾水渠將河水退入原河道，以兼顧該段河道的生態(tài)基流，同時(shí)在灌溉引水發(fā)電洞支管接1 條旁通管路并且安裝檢修閥和放水閥，放水閥為流量調(diào)節(jié)閥，閥門調(diào)節(jié)范圍在0～4.82 m3/s，供機(jī)組檢修時(shí)下泄生態(tài)基流使用。

4.3 若羌河水庫(kù)壩址斷面生態(tài)用水評(píng)價(jià)

由表1 可知，水庫(kù)初期蓄水期間均滿足相應(yīng)的生態(tài)基流的相關(guān)要求。

由表2 可知，在P=50%頻率下，壩址斷面下泄流量均滿足枯水期（10 月—次年3 月）生態(tài)基流取多年平均徑流量2.760 m3/s 的10%即0.28 m3/s、豐水期（4—9 月）生態(tài)基流取多年平均徑流量的20%即0.57 m3/s 的要求。對(duì)規(guī)劃中提出下泄生態(tài)水量為3406.48 萬(wàn)m3的要求，由若羌河水庫(kù)可研中水資源配置和水庫(kù)長(zhǎng)系列調(diào)算成果知，工程建成后多年平均下泄下游河道水量為3050 萬(wàn)m3，灌區(qū)地下水開(kāi)采量比現(xiàn)狀年減少了2691.9萬(wàn)m3。因此，下游林草區(qū)地下水量會(huì)增加，地下水水位與現(xiàn)狀相比將有一定程度的上升，且下游林草區(qū)主要植物為檉柳林，面積為106.67 km2，河岸林草和尾閭生態(tài)需水總量約為2400.1 萬(wàn)m3。檉柳為深根型植物，其需水主要通過(guò)地下水供給，由此初步判斷河流下游天然林草植被生態(tài)用水可滿足。

5 水溫影響分析

水庫(kù)水溫最為簡(jiǎn)單且常用的判別方法為庫(kù)水交換次數(shù)法，其判別系數(shù)指標(biāo)有α、β，其中α=多年平均年徑流量/水庫(kù)總庫(kù)容、β=一次洪水總量/水庫(kù)總庫(kù)容。

當(dāng)α＜10 時(shí)，水庫(kù)水溫為穩(wěn)定分層型；10＜α＜20 時(shí)，水庫(kù)水溫為過(guò)渡型；α＞20 時(shí)，水庫(kù)水溫為混合型[5]。

若羌河水庫(kù)總庫(kù)容為1776×104m3，多年平均徑流量為0.901×108m3，考慮到若羌河水庫(kù)為中型Ⅲ等工程，其調(diào)洪控制時(shí)段遠(yuǎn)小于3 d，按照最不利條件3 d 計(jì)算，5 a 一遇的3 d 洪水總量為4862.5×104m3。經(jīng)計(jì)算，α 值為5.07，β值為2.7，由此可判斷水庫(kù)水溫為穩(wěn)定分層型，當(dāng)遇到極端洪水季節(jié)，則為臨時(shí)混合型。

水溫的變化對(duì)工業(yè)用水影響不大，其影響主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)灌溉上。水庫(kù)下游灌區(qū)農(nóng)作物灌溉用水期主要集中在4—10 月，此時(shí)水庫(kù)下泄水溫在4、5、10 月將稍高于現(xiàn)狀來(lái)水水溫，6—9 月比現(xiàn)狀來(lái)水水溫有所下降，但下降幅度不大；且下游灌區(qū)首個(gè)引水樞紐——山口電站引水渠首距若羌河水庫(kù)壩址的距離約為6.4 km，下泄水流經(jīng)過(guò)湍流后，沿程熱量與空氣發(fā)生交換，水溫可得到恢復(fù)，不會(huì)對(duì)下游農(nóng)作物灌溉產(chǎn)生明顯影響。

6 結(jié)語(yǔ)

水利工程建設(shè)和調(diào)蓄運(yùn)營(yíng)對(duì)河流水文情勢(shì)影響較大。通過(guò)分析探討可知，若羌河水庫(kù)建成前后下游河道徑流不受影響，通過(guò)科學(xué)調(diào)蓄，可提高山口電站的引水能力，優(yōu)化流域水資源使用，緩解超采地下水的壓力；同時(shí)，可以減少下游洪澇災(zāi)害，保障下游生態(tài)用水。所以，若羌河水庫(kù)建設(shè)對(duì)于流域水文情勢(shì)來(lái)說(shuō)利大于弊，建議盡早開(kāi)工建設(shè)。