托帕水庫運行方式及發(fā)揮作用淺析

(新疆農(nóng)牧區(qū)水利規(guī)劃總站，新疆 烏魯木齊 830000)

1 流域氣候特性

托帕水庫工程位于烏恰縣境內(nèi)，工程壩址位于恰克馬克河上，是恰克馬克河上的控制性水利樞紐工程，工程任務為灌溉和防洪。恰克馬克河地處歐亞大陸腹地，遠離海洋，屬于典型的溫暖帶干旱大陸性氣候。氣候干燥、蒸發(fā)量大、降水稀少、年際變化大。河流從高山到峽谷，低山谷陵到河谷平原，地形地貌變化大，海拔高程高差較大，植被情況各異。海拔4 000 m以上高山區(qū)，終年積雪，年平均氣溫在0℃以下，年降水量500～900 mm。中低山丘陵氣候區(qū)平均氣溫6.8℃，年降水量139 mm，年蒸發(fā)量2 570 mm。平原區(qū)多年平均氣溫9.1℃，極端最高氣溫35.7℃，極端最低氣溫-24.5℃；多年平均降水量138.6 mm，最大一日降水量為75.5 mm；多年平均蒸發(fā)量為1 158.9 mm；多年平均風速為2.3 m/s，歷年各月最大風速為21 m/s，相應風向為WNW；歷年最大凍土深度大于1.5 m，最大積雪深度29 cm，多年平均相對濕度46%。

2 洪水特性及校核洪水標準

恰克馬克河洪水就其成因和發(fā)生時間而言可分為春末夏初的季節(jié)性積雪融水型洪水、夏季暴雨型洪水和降雨、降雪混合型洪水三種類型[1-2]。

融雪性洪水多發(fā)生在3月底～4月初，是由中低山區(qū)積雪隨著氣溫逐漸升高加速消融而形成的洪水，此類洪水洪峰較小，洪量較大；暴雨型洪水多出現(xiàn)在5～8月，由于恰克馬克河流域上游呈扇形，較有利于降雨匯流，因此易在降雨集中地區(qū)形成暴雨洪水，此類洪水洪峰較大，屬突發(fā)性，易對下游造成危害；融雪、降雨混合型洪水，是上游山區(qū)積雪融化，再疊加上中游山區(qū)降雨而產(chǎn)生的混合型洪水，此類洪水發(fā)生的幾率不是很高，但兼?zhèn)淝皟深惡樗拇蟛糠痔卣?。在每?～9月都可能發(fā)生，如恰克馬克河恰其噶水文站1999年7月30日發(fā)生的一場洪水即為此類洪水的典型代表。該次洪水自7月28日8點開始起漲，至8月4日洪水落平，洪水過程總歷時約168 h，洪峰流量達到351 m3/s。

3 徑流情況分析

根據(jù)恰其噶水文站數(shù)據(jù)，托帕水庫工程壩址斷面多年平均流量為5.24 m3/s,多年平均年徑流量為1.65億 m3。恰克馬克河徑流年內(nèi)分配不均勻，豐水期(4—8月)水量約占全年來水量的64.8%，其中6月—8月三個月來水特別集中，水量約占全年來水量的71.3%，最小三個月(12月—次年3月)水量僅占全年總量的10.3%。恰克馬克河流域徑流年際變化也較大，最大年徑流量為3.76億 m3(出現(xiàn)在2012年)，最小年徑流量為0.84億 m3(出現(xiàn)在1977年)，豐枯比4.45。

恰克馬克河流域是一個相對比較獨立的灌區(qū)，流域灌區(qū)水利工程主要有水庫、引水渠首、輸水渠首、水源地工程、防洪工程。灌區(qū)已建4座水庫均為平原水庫，大都建設在上世紀七十年代，屬于典型的“三邊工程”，經(jīng)多年運行，均出現(xiàn)淤積、毀壞、甚至多年沒有運用等問題，部分水庫經(jīng)過除險加固，恢復了一定的調蓄能力，但控制灌溉面積十分有限。

流域灌區(qū)干旱主要為春旱，由于缺乏山區(qū)控制性水庫調節(jié)，灌溉保證率不高，春季大多數(shù)情況下供水不足。分析了現(xiàn)狀年50%與75%來水頻率，得出河道天然來水和流域灌區(qū)需水過程不匹配，造成恰克馬克河流域灌區(qū)呈工程性缺水現(xiàn)象。

分析38 a徑流資料，流域灌區(qū)各業(yè)綜合需水過程和徑流來水過程進行對比，38 a中僅有6 a豐富的天然來水過程滿足流域灌區(qū)需水要求，供水保證率僅為15%，在大多數(shù)的年份中天然來水過程很難滿足用水需求。

4 水庫運行方式及作用探討

托帕水庫工程的首要任務是灌溉，工程調節(jié)庫容須滿足2025年恰克馬克河流域灌區(qū)用水要求；在滿足灌溉要求的同時，托帕水庫工程承擔下游的防洪任務，據(jù)此調算防洪庫容；常規(guī)灌溉供水設計保證率按75%，高效節(jié)水灌溉供水設計保證率按85%控制；壩址斷面下泄流量滿足生態(tài)基流要求。

4.1 水庫運行方式

托帕水庫工程的主要任務是灌溉、防洪，調節(jié)庫容0.24 m3(淤積30 a庫容)，托帕水庫壩址斷面多年平均年徑流量1.65億 m3，其庫容系數(shù)為0.15，在0.08～0.30之間。因此，托帕水庫工程的調節(jié)性能為不完全年調節(jié)水庫。本工程需要考慮灌溉、防洪和泥沙淤積對水庫運行的要求。

4.1.1 灌溉對運行的要求

托帕水庫控制的恰克馬克河流域灌區(qū)主要位于恰克馬克河渠首以下，灌溉對水庫水位無運行要求，僅灌溉需水量對水庫運行有要求。托帕水庫從9月初開始蓄水至汛限水位，9月末汛期結束，開始利用冬閑水逐步蓄至正常蓄水位，至第二年4月份河道天然來水不足，水庫開始承擔向下游供水任務，解決下游灌區(qū)春灌缺水問題。

4.1.2 防洪對運行的要求

為保證下游灌區(qū)防洪安全，在汛期4月初—9月底，水庫水位維持在汛期限制水位2 393 m運行，預留防洪庫容，承擔下游防洪安全。在小于10 a一遇的洪水時，利用防洪庫容進行滯洪調蓄，下泄流量不超過下游河道的安全泄量，確保下游灌區(qū)內(nèi)不發(fā)生洪災損失。在度汛期間，入庫洪水超過10 a一遇洪水時，應使水庫水位盡快回落至汛期限制水位，下泄洪峰不允許大于入庫洪峰流量。

4.1.3 泥沙淤積對運行的要求

由于恰克馬克河地表水含沙量較大，根據(jù)入庫泥沙年內(nèi)分配及水庫灌溉興利要求，擬定水庫7月、8月份在死水位沖砂運行，以減少泥沙在庫內(nèi)的淤積量，延長水庫使用壽命。因此，本階段初擬水庫運行方式為：每年的7月初～8月底水庫維持在死水位2 373 m進行排沙、沖沙運行，其他月份水庫按灌溉要求蓄、放水。如遇到特殊年份，托帕水庫工程的運行方式要根據(jù)實際情況作適當調整，并制定臨時的水庫調度運行方案。

4.2 水庫的作用

托帕水庫工程是恰克馬克河上的控制性水利工程，工程建成后主要發(fā)揮的作用：

1)托帕水庫調節(jié)庫容為3 907.69萬 m3，運行30 a水庫淤積后，水庫調節(jié)庫容為2 380.60萬 m3，具有不完全年調節(jié)能力，有效控制恰克馬克河流域天然徑流，提高恰克馬克河流域水資源利用效率，解決流域灌區(qū)季節(jié)性缺水問題。托帕水庫多年運行平均向下游灌區(qū)供水9 640萬 m3，其中水庫調蓄增加供水量1 312萬 m3，灌區(qū)灌溉保證率由15%提高到75%以上。

2)托帕水庫建成后，考慮區(qū)間洪水匯入，水庫調控消減10 a一遇洪峰，使防洪控制斷面—恰克馬克河攔河引水樞紐斷面洪峰流量不超過河道安全泄量154.6 m3/s，結合下游已建防洪工程防洪能力，將下游河道兩岸防洪保護對象防御洪水的能力由5年一遇提高到10 a一遇。

3)恰克馬克河作為喀什噶爾河流域重要的河流，流域涉及烏恰縣、阿圖什市、喀什市和第三師托云牧場。托帕水庫作為恰克馬克河流域控制性水利工程，其供水對象亦涉及上述的“兩市一縣一牧場”，其水庫的調度運行應統(tǒng)籌考慮。托帕水庫建成后，其運行管理接受喀什噶爾河流域管理局的統(tǒng)一調度，根據(jù)流域中各用水單位的水資源配置，協(xié)調統(tǒng)一，充分發(fā)揮托帕水庫的效益。

4.3 水庫建成后調水情況

托帕水庫主要承擔下游灌區(qū)的供水任務，下游灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉期為3—10月份，將調度期分為灌溉期和非灌溉期。根據(jù)承擔的灌溉、防洪任務和排沙運行要求，在灌溉期分為五個區(qū)(見圖1)。各調度區(qū)調度原則及意義如下：

圖1 托帕水庫調度圖

1)灌溉期。防洪調度Ⅰ區(qū)：每年4月初至9月末水庫正常運行控制水位2 393 m，水位2 393 m至正常蓄水位2 394.5 m之間庫容承擔下游防洪要求。

排沙調度Ⅱ區(qū)：每年7月初至8月末水庫正常運行控制水位2 373 m，水庫降至排沙水位，通過泄洪建筑物控制下泄流量，利用天然徑流將泥沙帶出庫區(qū)，減少泥沙淤積。

保證常規(guī)灌溉供水Ⅲ區(qū)：每年3～10月為灌溉期，在常規(guī)灌溉供水調度線以上，水庫運行水位在該區(qū)域，保證按下游灌區(qū)灌溉需水量供水。

保證節(jié)水灌溉供水Ⅳ區(qū)：每年3～10月為灌溉期，在常規(guī)灌溉供水調度線以下，節(jié)水灌溉調度線以上，水庫運行水位在該區(qū)域，常規(guī)灌溉限制供水，保證下游灌區(qū)節(jié)水灌溉需水量供水。

降低灌溉供水Ⅴ區(qū)：在節(jié)水灌溉供水調度線以下至死水位之間，水庫運行水位在該區(qū)域內(nèi)，逐步減少下游灌區(qū)灌溉供水量。

2)非灌溉期。每年11月初至次年2月底為非灌溉期，該時間段在保證下泄生態(tài)基流的情況下，多余來水蓄庫，最高蓄水位至正常蓄水位2 394.5 m。

5 結語

托帕水庫目前已開工建設。托帕水庫的興建，有效調控了恰克馬克河的天然徑流，而流域灌區(qū)隸屬阿圖什市和喀什市兩地州，“一庫興建，兩地受益”，從根本上解決下游灌區(qū)的發(fā)展受水資源制約因素，促進流域灌區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展。托帕水庫工程建成后，可以有效地控制恰克馬克河的洪水，庫堤結合的將下游整體的防洪標準由5 a一遇提高到10 a一遇，有效減少下游洪水水患。