阜康抽水蓄能电站工程防洪影响评价分析

(1.新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052； 2.新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部办公室，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

1.1 建设项目概况

新疆阜康抽水蓄能电站，位于新疆昌吉回族自治州阜康市，距阜康市区65km，距乌鲁木齐市约133km，总装机容量1200MW。主要由上下水库挡水坝、拦沙坝、输水系统、发电系统等部分组成。上水库位于白杨河左岸的西岔沟，调节库容665万m3，坝址以上流域面积8km2；下水库位于白杨河干流，大坝为混凝土面板堆石坝，调节库容666万m3，坝址以上流域面积146km2(见图1)。

图1 阜康抽水蓄能电站上、下水库位置示意图

1.2 河道概况

上水库位于白杨河左岸支沟西岔沟上，坝址位于西岔沟与西支沟交汇处，沟谷呈基本对称的“V”形，两沟在交汇处以上约200m段近平行，中间夹一狭窄的山梁，山梁高10～40m、宽50～90m。两沟沟底宽10～20m，交汇处谷宽约130m，平均比降218‰，沟向总体约NE30°，库区植被发育，主要为天然林木；下水库位于白杨河干流上，平水期水面宽5～10m，河谷呈基本对称的“U”形，平均比降113‰，河道较顺直、宽阔，河谷走向总体约NE25°，河床洪冲积漂石砂卵砾石层厚度30～65m，主要由漂石及砂卵砾石组成。

1.3 水文、泥沙、气候

白杨河为山溪性河流，地下水补给量很少，径流主要来自中高山的冰雪融水和中低山的降雨。径流的年内分配不均。根据白杨河水文站实测流量资料分析，5—9月径流占全年水量的87.1%，6—8月更为集中，占全年水量的74%，枯水期10月—翌年4月仅占全年水量的12.9%。7月水量最丰，占全年的32%；2月水量最枯，占全年的1.1%。白杨河年径流受冰雪融水补给影响，径流的年际变化较小。最丰水年(2002年)平均流量3.00m3/s，为多年平均流量的1.38倍，最枯水年(1984年)平均流量1.37m3/s，为多年平均流量的0.631倍，年径流量极值比为2.19[1]。

拟建工程下水库位于白杨河，坝址以上流域植被良好，库区比降为75‰。据白杨河水文站实测资料统计，河流含沙量较小，多年平均含沙量为0.636kg/m3。上水库位于白杨河左岸的西岔沟内，库区沟底坡降较大，约180‰左右。库区植被发育，主要为天然林木。

拟建工程所在流域地处大陆腹地，属中温带大陆性干旱气候。具有夏季酷热、冬季寒冷，春季升温快、秋季降温迅速，降水较少、蒸发量大、气候干燥等气候特点。流域内无气象站，白杨河水文站仅观测气温、降水、蒸发等气象要素。此外距工程最近的阜康气象站，观测项目较为齐全。

2 河道演变分析

拟建工程评价河段为山区河流，两岸多由岩石组成，岸坡稳定且控制节点较多，近几十年来岸线基本稳定，河道平面形态基本稳定。河床多由卵砾石或岩石组成，抗冲性较好，山区河流两岸受山崖和阶地的限制，自由活动的余地较少，除在特定的环境下有可能发展形成自由河湾以外，一般以不同程度的强制性河湾较为多见。山区河流物质组成较粗，断面更为宽浅一些，环流的发展受到一定限制，在造床流量以下，河湾比较稳定，河湾蠕动弱；且白杨河上游河段为微度水土流失区，河段产沙量小，含沙量不大，因此淤积量也少。从近几十年的情况来看，河道基本上没有发生明显的冲淤和扩展，河道冲淤变化不大，河势稳定。

工程建成后，下水库坝前水位较建坝前抬高40～65m，由于库区水位壅高，水深增大，水面比降减缓，下水库区间(挡水坝—拦沙坝)几乎无泥沙入库，库区不会出现明显的泥沙淤积；汛期下水库补水在无洪水时进行，洪水期采用敞泄排沙运行，拦沙坝以上河道保持天然形态。非汛期水流含沙量低，水库壅水会在拦沙坝前形成少量淤积。由于河道比降大(在10%左右)，水流湍急，补水期形成的淤积在敞泄期将被冲走,泥沙不会在拦沙坝以上形成累积淤积。

3 洪水影响评价计算与分析

3.1 设计洪水

3.1.1 设计暴雨

3.1.1.1 下水库设计暴雨

《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》(简称《可能最大暴雨图集》)显示：阜康抽水蓄能电站下水库流域重心24h点雨量均值为49.5mm，变差系数Cv为0.5，Cs/Cv取为3.5，并采用P-Ⅲ型曲线设计值公式进行设计点暴雨计算。再经点面雨量折算(由《可能最大暴雨图集》中天山北坡地区时面深综合曲线图知，24h暴雨点面雨量折算系数为0.96)，求得下水库各频率设计面雨量，成果见表1。

表1 阜康抽水蓄能电站下水库设计面雨量成果 单位：mm

3.1.1.2 上水库设计暴雨

《可能最大暴雨图集》中阜康抽水蓄能电站上水库流域重心1h点雨量均值和变差系数Cv为0.7，Cs/Cv取为3.5，用P-Ⅲ型曲线设计值公式进行设计点暴雨计算。由于上水库各坝址以上流域面积均较小，点面雨量的折减系数取1。上水库设计面雨量成果见表2。

3.1.2 水文站设计洪峰流量

根据白杨河水文站1964—2012年最大洪峰流量系列进行频率分析。用矩法初估参数、P-Ⅲ型曲线适线确定设计参数，得白杨河水文站设计洪峰流量成果，见图2和表3。

表2 阜康抽水蓄能电站上水库设计面雨量成果 单位：mm

表3 白杨河水文站设计洪峰流量成果 单位：m3/s

图2 白杨河水文站年最大洪峰流量频率曲线

3.2 壅水分析计算

阜康上水库、下水库(挡水坝—拦沙坝)区间淤积对回水几乎无影响，可以正常蓄水位控制淹没范围。

3.2.1 泄洪排沙洞水位-流量关系曲线

根据水工模型试验率定泄洪排沙洞水位-泄量关系(见图3)。拟建工程下水库拦沙坝以上水库区采用初期蓄水及每年小流量补水时拦沙坝蓄水，洪水期及除充水/补水时间外拦沙坝前不蓄水运行，拦沙坝上游的水流通过泄洪洞排往下游，基本不产生回水。拦沙坝河床深泓高程1790m，河道天然比降大，约为10%。坝址多年平均流量为1.44m3/s，补水管底部高程1803m，1806m时可过流3m3/s左右；枯水期每天来水量仅有1.5万m3左右，补水时不需要蓄到1806m；丰水期含沙量大的6—8月，日来水量约20万m3以上，为避免遇到含沙量大的洪水，需尽快补水，补水时的最高正常运行水位为1806m。在补水时拦沙坝上游水位控制在1803～1806m之间。拟建工程拦沙坝上游无居民点、农田，仅有林木及草地，依据规范，其淹没标准为5年一遇。上游来水及泥沙在拦沙坝拦挡后经过泄洪排沙洞排至大坝下游河道，泄洪排沙洞可以明流敞泄1000年一遇洪水。下水库坝址处5年一遇洪水流量为66.4m3/s。5年一遇洪水流量拦沙坝前水位为1803.70m。为了安全，要以高出该水位2.30m的非汛期可能最高补水水位1806m向上游平推作为拦沙坝水库回水位进行征地。水库回水长度约0.1km。

图3 泄洪排沙洞水位-泄量关系

4 工程建设对防洪及河势稳定的影响分析

项目建设对河势稳定的影响较为复杂，而且由于天然河流的复杂性，不同河流、不同河段、不同地点其水沙变化规律也不尽相同，并随时间和空间的变化而变化[2]。项目建成后对水利日常管理和防汛抢险有较大影响，还可能对第三者合法的水事权益造成影响。鉴于以上多种原因，对河道管理范围内建设项目进行防洪评价是非常必要的[3]。

4.1 工程对库区河段影响分析

一般情况下，工程建成后，库区水位抬高，流速减小，水流推移力及挟沙能力显著降低，泥沙在库内淤积，库尾河床会有所抬高。由于该工程库区河段比降大，流量小，又为山区沟道，库区回水河段也短(上水库为一库盆，下水库拦沙坝回水长度仅为0.10km)，河势总体稳定。该工程上水库自然边坡整体稳定性较好，允许洪水入库，设计采用全库盆防渗，局部开挖段采用工程措施防护，水库蓄水后，库盆、边坡将保持稳定状态；下水库库岸稳定性较好，绕坝渗漏及坝基深厚覆盖层等问题无大的差异。下水库上游设有拦沙坝，一般洪水(1000年一遇以下)不进入下水库，水库蓄水及运行不会引起大范围崩坍、浅层滑动变形等，对河势稳定影响较小，拦沙坝水库采用汛期敞泄排沙运行，洪水期水库壅水位低，库区基本无泥沙淤积，河势和主槽基本处于稳定状态。因此，工程建设对坝址以上库区的河势影响有限，河势是稳定的。

4.2 工程对下游河段影响分析

该工程上水库入库洪水被截排，水库不泄洪，其下游沟道不存在沟坡稳定问题；下水库设计为清水水库，一般洪水经拦沙坝和泄洪排沙洞截排，不进入下水库，汛期泄洪排沙洞处于敞泄状态，不对入库洪水进行调节，进出库洪水的水沙条件不会发生明显变化，基本维持天然河道状态，建库后其对下游河道冲淤、岸坡稳定产生影响很小，仅在泄洪排沙洞出口原河槽滩地出现局部冲刷坑，通过采取消能防冲措施及其他防护措施可得到解决，对下游河势影响很小。

下水库拦沙坝虽然按设计洪水标准200年一遇、校核洪水标准1000年一遇设计，但拦沙坝的作用仅与围堰一致，其作用是使白杨河改道，经由可以下泄1000年一遇洪水泄洪排沙洞排向下游，不改变下游河道来沙的年内过程，拦沙坝前不抬高水位，泄洪排沙洞长度、比降与原河道基本一致，不会导致下泄洪水流速增大。

5 结 论

a.工程建设对河道行洪安全影响很小。上水库集水面积小，淹没均为草地、林地，无居民迁移，工程兴建后将形成一库盆，未设置泄洪建筑物，允许洪水入库。工程建设运行对所在西岔沟上、下游河道行洪均无不利影响。

下水库挡水坝壅水较高，挡水坝—拦沙坝区间淹没范围水位由正常蓄水位控制；拦沙坝平时坝前无壅水，1000年一遇以下洪水经泄洪排沙洞进入下游河道，工程建设对库区河道行洪无影响。

b.工程建设对河势影响很小。工程所在河段两岸多由岩石组成，河势基本稳定。工程建成后，库区水位抬高，水深增大，水面比降减缓，流速减小，水流推移力及挟沙能力显著降低，使泥沙在库内淤积，由于库区回水河段较短(上水库为一库盆，下水库回水长度仅为1.1km 左右)，不存在库岸大范围失稳问题，局部采取工程措施后，库岸稳定，工程建设对上、下水库库区河势影响较小。

c.工程建设对其他水利工程及设施影响很小。防洪评价范围内无堤防、护岸等防洪设施，也无集中村庄、耕地、工矿企业或重要的交通、通信设施与矿产资源分布。工程淹没和占地范围内的设施纳入移民安置规划内进行补偿，对其他水利工程及设施影响很小。工程建成后，在初期蓄水或下库补水时通过泄洪排沙洞向下游进行生态补水，在采取工程措施后，工程建设运行对下水库下游生态影响较小。

[1] 张燕，丁学伟.阜康市白杨河水文特性分析[J].南水北调与水利科技，2010(7):81-82.

[2] 傅萍.浅议河道管理范围内建设项目审查中的洪水影响评价问题[J].治淮，2001(1):6-7.

[3] 徐新华.防洪评价报告编制导则研究及解读[M].北京:中国水利水电出版社，2007.