阜康抽水蓄能電站工程防洪影響評(píng)價(jià)分析

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆維吾爾自治區(qū)防汛抗旱總指揮部辦公室，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

1.1 建設(shè)項(xiàng)目概況

新疆阜康抽水蓄能電站，位于新疆昌吉回族自治州阜康市，距阜康市區(qū)65km，距烏魯木齊市約133km，總裝機(jī)容量1200MW。主要由上下水庫(kù)擋水壩、攔沙壩、輸水系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等部分組成。上水庫(kù)位于白楊河左岸的西岔溝，調(diào)節(jié)庫(kù)容665萬(wàn)m3，壩址以上流域面積8km2；下水庫(kù)位于白楊河干流，大壩為混凝土面板堆石壩，調(diào)節(jié)庫(kù)容666萬(wàn)m3，壩址以上流域面積146km2(見(jiàn)圖1)。

圖1 阜康抽水蓄能電站上、下水庫(kù)位置示意圖

1.2 河道概況

上水庫(kù)位于白楊河左岸支溝西岔溝上，壩址位于西岔溝與西支溝交匯處，溝谷呈基本對(duì)稱的“V”形，兩溝在交匯處以上約200m段近平行，中間夾一狹窄的山梁，山梁高10～40m、寬50～90m。兩溝溝底寬10～20m，交匯處谷寬約130m，平均比降218‰，溝向總體約NE30°，庫(kù)區(qū)植被發(fā)育，主要為天然林木；下水庫(kù)位于白楊河干流上，平水期水面寬5～10m，河谷呈基本對(duì)稱的“U”形，平均比降113‰，河道較順直、寬闊，河谷走向總體約NE25°，河床洪沖積漂石砂卵礫石層厚度30～65m，主要由漂石及砂卵礫石組成。

1.3 水文、泥沙、氣候

白楊河為山溪性河流，地下水補(bǔ)給量很少，徑流主要來(lái)自中高山的冰雪融水和中低山的降雨。徑流的年內(nèi)分配不均。根據(jù)白楊河水文站實(shí)測(cè)流量資料分析，5—9月徑流占全年水量的87.1%，6—8月更為集中，占全年水量的74%，枯水期10月—翌年4月僅占全年水量的12.9%。7月水量最豐，占全年的32%；2月水量最枯，占全年的1.1%。白楊河年徑流受冰雪融水補(bǔ)給影響，徑流的年際變化較小。最豐水年(2002年)平均流量3.00m3/s，為多年平均流量的1.38倍，最枯水年(1984年)平均流量1.37m3/s，為多年平均流量的0.631倍，年徑流量極值比為2.19[1]。

擬建工程下水庫(kù)位于白楊河，壩址以上流域植被良好，庫(kù)區(qū)比降為75‰。據(jù)白楊河水文站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，河流含沙量較小，多年平均含沙量為0.636kg/m3。上水庫(kù)位于白楊河左岸的西岔溝內(nèi)，庫(kù)區(qū)溝底坡降較大，約180‰左右。庫(kù)區(qū)植被發(fā)育，主要為天然林木。

擬建工程所在流域地處大陸腹地，屬中溫帶大陸性干旱氣候。具有夏季酷熱、冬季寒冷，春季升溫快、秋季降溫迅速，降水較少、蒸發(fā)量大、氣候干燥等氣候特點(diǎn)。流域內(nèi)無(wú)氣象站，白楊河水文站僅觀測(cè)氣溫、降水、蒸發(fā)等氣象要素。此外距工程最近的阜康氣象站，觀測(cè)項(xiàng)目較為齊全。

2 河道演變分析

擬建工程評(píng)價(jià)河段為山區(qū)河流，兩岸多由巖石組成，岸坡穩(wěn)定且控制節(jié)點(diǎn)較多，近幾十年來(lái)岸線基本穩(wěn)定，河道平面形態(tài)基本穩(wěn)定。河床多由卵礫石或巖石組成，抗沖性較好，山區(qū)河流兩岸受山崖和階地的限制，自由活動(dòng)的余地較少，除在特定的環(huán)境下有可能發(fā)展形成自由河灣以外，一般以不同程度的強(qiáng)制性河灣較為多見(jiàn)。山區(qū)河流物質(zhì)組成較粗，斷面更為寬淺一些，環(huán)流的發(fā)展受到一定限制，在造床流量以下，河灣比較穩(wěn)定，河灣蠕動(dòng)弱；且白楊河上游河段為微度水土流失區(qū)，河段產(chǎn)沙量小，含沙量不大，因此淤積量也少。從近幾十年的情況來(lái)看，河道基本上沒(méi)有發(fā)生明顯的沖淤和擴(kuò)展，河道沖淤變化不大，河勢(shì)穩(wěn)定。

工程建成后，下水庫(kù)壩前水位較建壩前抬高40～65m，由于庫(kù)區(qū)水位壅高，水深增大，水面比降減緩，下水庫(kù)區(qū)間(擋水壩—攔沙壩)幾乎無(wú)泥沙入庫(kù)，庫(kù)區(qū)不會(huì)出現(xiàn)明顯的泥沙淤積；汛期下水庫(kù)補(bǔ)水在無(wú)洪水時(shí)進(jìn)行，洪水期采用敞泄排沙運(yùn)行，攔沙壩以上河道保持天然形態(tài)。非汛期水流含沙量低，水庫(kù)壅水會(huì)在攔沙壩前形成少量淤積。由于河道比降大(在10%左右)，水流湍急，補(bǔ)水期形成的淤積在敞泄期將被沖走,泥沙不會(huì)在攔沙壩以上形成累積淤積。

3 洪水影響評(píng)價(jià)計(jì)算與分析

3.1 設(shè)計(jì)洪水

3.1.1 設(shè)計(jì)暴雨

3.1.1.1 下水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨

《新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集》(簡(jiǎn)稱《可能最大暴雨圖集》)顯示：阜康抽水蓄能電站下水庫(kù)流域重心24h點(diǎn)雨量均值為49.5mm，變差系數(shù)Cv為0.5，Cs/Cv取為3.5，并采用P-Ⅲ型曲線設(shè)計(jì)值公式進(jìn)行設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨計(jì)算。再經(jīng)點(diǎn)面雨量折算(由《可能最大暴雨圖集》中天山北坡地區(qū)時(shí)面深綜合曲線圖知，24h暴雨點(diǎn)面雨量折算系數(shù)為0.96)，求得下水庫(kù)各頻率設(shè)計(jì)面雨量，成果見(jiàn)表1。

表1 阜康抽水蓄能電站下水庫(kù)設(shè)計(jì)面雨量成果 單位：mm

3.1.1.2 上水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨

《可能最大暴雨圖集》中阜康抽水蓄能電站上水庫(kù)流域重心1h點(diǎn)雨量均值和變差系數(shù)Cv為0.7，Cs/Cv取為3.5，用P-Ⅲ型曲線設(shè)計(jì)值公式進(jìn)行設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨計(jì)算。由于上水庫(kù)各壩址以上流域面積均較小，點(diǎn)面雨量的折減系數(shù)取1。上水庫(kù)設(shè)計(jì)面雨量成果見(jiàn)表2。

3.1.2 水文站設(shè)計(jì)洪峰流量

根據(jù)白楊河水文站1964—2012年最大洪峰流量系列進(jìn)行頻率分析。用矩法初估參數(shù)、P-Ⅲ型曲線適線確定設(shè)計(jì)參數(shù)，得白楊河水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果，見(jiàn)圖2和表3。

表2 阜康抽水蓄能電站上水庫(kù)設(shè)計(jì)面雨量成果 單位：mm

表3 白楊河水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果 單位：m3/s

圖2 白楊河水文站年最大洪峰流量頻率曲線

3.2 壅水分析計(jì)算

阜康上水庫(kù)、下水庫(kù)(擋水壩—攔沙壩)區(qū)間淤積對(duì)回水幾乎無(wú)影響，可以正常蓄水位控制淹沒(méi)范圍。

3.2.1 泄洪排沙洞水位-流量關(guān)系曲線

根據(jù)水工模型試驗(yàn)率定泄洪排沙洞水位-泄量關(guān)系(見(jiàn)圖3)。擬建工程下水庫(kù)攔沙壩以上水庫(kù)區(qū)采用初期蓄水及每年小流量補(bǔ)水時(shí)攔沙壩蓄水，洪水期及除充水/補(bǔ)水時(shí)間外攔沙壩前不蓄水運(yùn)行，攔沙壩上游的水流通過(guò)泄洪洞排往下游，基本不產(chǎn)生回水。攔沙壩河床深泓高程1790m，河道天然比降大，約為10%。壩址多年平均流量為1.44m3/s，補(bǔ)水管底部高程1803m，1806m時(shí)可過(guò)流3m3/s左右；枯水期每天來(lái)水量?jī)H有1.5萬(wàn)m3左右，補(bǔ)水時(shí)不需要蓄到1806m；豐水期含沙量大的6—8月，日來(lái)水量約20萬(wàn)m3以上，為避免遇到含沙量大的洪水，需盡快補(bǔ)水，補(bǔ)水時(shí)的最高正常運(yùn)行水位為1806m。在補(bǔ)水時(shí)攔沙壩上游水位控制在1803～1806m之間。擬建工程攔沙壩上游無(wú)居民點(diǎn)、農(nóng)田，僅有林木及草地，依據(jù)規(guī)范，其淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。上游來(lái)水及泥沙在攔沙壩攔擋后經(jīng)過(guò)泄洪排沙洞排至大壩下游河道，泄洪排沙洞可以明流敞泄1000年一遇洪水。下水庫(kù)壩址處5年一遇洪水流量為66.4m3/s。5年一遇洪水流量攔沙壩前水位為1803.70m。為了安全，要以高出該水位2.30m的非汛期可能最高補(bǔ)水水位1806m向上游平推作為攔沙壩水庫(kù)回水位進(jìn)行征地。水庫(kù)回水長(zhǎng)度約0.1km。

圖3 泄洪排沙洞水位-泄量關(guān)系

4 工程建設(shè)對(duì)防洪及河勢(shì)穩(wěn)定的影響分析

項(xiàng)目建設(shè)對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響較為復(fù)雜，而且由于天然河流的復(fù)雜性，不同河流、不同河段、不同地點(diǎn)其水沙變化規(guī)律也不盡相同，并隨時(shí)間和空間的變化而變化[2]。項(xiàng)目建成后對(duì)水利日常管理和防汛搶險(xiǎn)有較大影響，還可能對(duì)第三者合法的水事權(quán)益造成影響。鑒于以上多種原因，對(duì)河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)是非常必要的[3]。

4.1 工程對(duì)庫(kù)區(qū)河段影響分析

一般情況下，工程建成后，庫(kù)區(qū)水位抬高，流速減小，水流推移力及挾沙能力顯著降低，泥沙在庫(kù)內(nèi)淤積，庫(kù)尾河床會(huì)有所抬高。由于該工程庫(kù)區(qū)河段比降大，流量小，又為山區(qū)溝道，庫(kù)區(qū)回水河段也短(上水庫(kù)為一庫(kù)盆，下水庫(kù)攔沙壩回水長(zhǎng)度僅為0.10km)，河勢(shì)總體穩(wěn)定。該工程上水庫(kù)自然邊坡整體穩(wěn)定性較好，允許洪水入庫(kù)，設(shè)計(jì)采用全庫(kù)盆防滲，局部開(kāi)挖段采用工程措施防護(hù)，水庫(kù)蓄水后，庫(kù)盆、邊坡將保持穩(wěn)定狀態(tài)；下水庫(kù)庫(kù)岸穩(wěn)定性較好，繞壩滲漏及壩基深厚覆蓋層等問(wèn)題無(wú)大的差異。下水庫(kù)上游設(shè)有攔沙壩，一般洪水(1000年一遇以下)不進(jìn)入下水庫(kù)，水庫(kù)蓄水及運(yùn)行不會(huì)引起大范圍崩坍、淺層滑動(dòng)變形等，對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定影響較小，攔沙壩水庫(kù)采用汛期敞泄排沙運(yùn)行，洪水期水庫(kù)壅水位低，庫(kù)區(qū)基本無(wú)泥沙淤積，河勢(shì)和主槽基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，工程建設(shè)對(duì)壩址以上庫(kù)區(qū)的河勢(shì)影響有限，河勢(shì)是穩(wěn)定的。

4.2 工程對(duì)下游河段影響分析

該工程上水庫(kù)入庫(kù)洪水被截排，水庫(kù)不泄洪，其下游溝道不存在溝坡穩(wěn)定問(wèn)題；下水庫(kù)設(shè)計(jì)為清水水庫(kù)，一般洪水經(jīng)攔沙壩和泄洪排沙洞截排，不進(jìn)入下水庫(kù)，汛期泄洪排沙洞處于敞泄?fàn)顟B(tài)，不對(duì)入庫(kù)洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)出庫(kù)洪水的水沙條件不會(huì)發(fā)生明顯變化，基本維持天然河道狀態(tài)，建庫(kù)后其對(duì)下游河道沖淤、岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生影響很小，僅在泄洪排沙洞出口原河槽灘地出現(xiàn)局部沖刷坑，通過(guò)采取消能防沖措施及其他防護(hù)措施可得到解決，對(duì)下游河勢(shì)影響很小。

下水庫(kù)攔沙壩雖然按設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)1000年一遇設(shè)計(jì)，但攔沙壩的作用僅與圍堰一致，其作用是使白楊河改道，經(jīng)由可以下泄1000年一遇洪水泄洪排沙洞排向下游，不改變下游河道來(lái)沙的年內(nèi)過(guò)程，攔沙壩前不抬高水位，泄洪排沙洞長(zhǎng)度、比降與原河道基本一致，不會(huì)導(dǎo)致下泄洪水流速增大。

5 結(jié) 論

a.工程建設(shè)對(duì)河道行洪安全影響很小。上水庫(kù)集水面積小，淹沒(méi)均為草地、林地，無(wú)居民遷移，工程興建后將形成一庫(kù)盆，未設(shè)置泄洪建筑物，允許洪水入庫(kù)。工程建設(shè)運(yùn)行對(duì)所在西岔溝上、下游河道行洪均無(wú)不利影響。

下水庫(kù)擋水壩壅水較高，擋水壩—攔沙壩區(qū)間淹沒(méi)范圍水位由正常蓄水位控制；攔沙壩平時(shí)壩前無(wú)壅水，1000年一遇以下洪水經(jīng)泄洪排沙洞進(jìn)入下游河道，工程建設(shè)對(duì)庫(kù)區(qū)河道行洪無(wú)影響。

b.工程建設(shè)對(duì)河勢(shì)影響很小。工程所在河段兩岸多由巖石組成，河勢(shì)基本穩(wěn)定。工程建成后，庫(kù)區(qū)水位抬高，水深增大，水面比降減緩，流速減小，水流推移力及挾沙能力顯著降低，使泥沙在庫(kù)內(nèi)淤積，由于庫(kù)區(qū)回水河段較短(上水庫(kù)為一庫(kù)盆，下水庫(kù)回水長(zhǎng)度僅為1.1km 左右)，不存在庫(kù)岸大范圍失穩(wěn)問(wèn)題，局部采取工程措施后，庫(kù)岸穩(wěn)定，工程建設(shè)對(duì)上、下水庫(kù)庫(kù)區(qū)河勢(shì)影響較小。

c.工程建設(shè)對(duì)其他水利工程及設(shè)施影響很小。防洪評(píng)價(jià)范圍內(nèi)無(wú)堤防、護(hù)岸等防洪設(shè)施，也無(wú)集中村莊、耕地、工礦企業(yè)或重要的交通、通信設(shè)施與礦產(chǎn)資源分布。工程淹沒(méi)和占地范圍內(nèi)的設(shè)施納入移民安置規(guī)劃內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)其他水利工程及設(shè)施影響很小。工程建成后，在初期蓄水或下庫(kù)補(bǔ)水時(shí)通過(guò)泄洪排沙洞向下游進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，在采取工程措施后，工程建設(shè)運(yùn)行對(duì)下水庫(kù)下游生態(tài)影響較小。

[1] 張燕，丁學(xué)偉.阜康市白楊河水文特性分析[J].南水北調(diào)與水利科技，2010(7):81-82.

[2] 傅萍.淺議河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目審查中的洪水影響評(píng)價(jià)問(wèn)題[J].治淮，2001(1):6-7.

[3] 徐新華.防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則研究及解讀[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.