托帕水库运行方式及发挥作用浅析

(新疆农牧区水利规划总站，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 流域气候特性

托帕水库工程位于乌恰县境内，工程坝址位于恰克马克河上，是恰克马克河上的控制性水利枢纽工程，工程任务为灌溉和防洪。恰克马克河地处欧亚大陆腹地，远离海洋，属于典型的温暖带干旱大陆性气候。气候干燥、蒸发量大、降水稀少、年际变化大。河流从高山到峡谷，低山谷陵到河谷平原，地形地貌变化大，海拔高程高差较大，植被情况各异。海拔4 000 m以上高山区，终年积雪，年平均气温在0℃以下，年降水量500～900 mm。中低山丘陵气候区平均气温6.8℃，年降水量139 mm，年蒸发量2 570 mm。平原区多年平均气温9.1℃，极端最高气温35.7℃，极端最低气温-24.5℃；多年平均降水量138.6 mm，最大一日降水量为75.5 mm；多年平均蒸发量为1 158.9 mm；多年平均风速为2.3 m/s，历年各月最大风速为21 m/s，相应风向为WNW；历年最大冻土深度大于1.5 m，最大积雪深度29 cm，多年平均相对湿度46%。

2 洪水特性及校核洪水标准

恰克马克河洪水就其成因和发生时间而言可分为春末夏初的季节性积雪融水型洪水、夏季暴雨型洪水和降雨、降雪混合型洪水三种类型[1-2]。

融雪性洪水多发生在3月底～4月初，是由中低山区积雪随着气温逐渐升高加速消融而形成的洪水，此类洪水洪峰较小，洪量较大；暴雨型洪水多出现在5～8月，由于恰克马克河流域上游呈扇形，较有利于降雨汇流，因此易在降雨集中地区形成暴雨洪水，此类洪水洪峰较大，属突发性，易对下游造成危害；融雪、降雨混合型洪水，是上游山区积雪融化，再叠加上中游山区降雨而产生的混合型洪水，此类洪水发生的几率不是很高，但兼备前两类洪水的大部分特征。在每年4～9月都可能发生，如恰克马克河恰其噶水文站1999年7月30日发生的一场洪水即为此类洪水的典型代表。该次洪水自7月28日8点开始起涨，至8月4日洪水落平，洪水过程总历时约168 h，洪峰流量达到351 m3/s。

3 径流情况分析

根据恰其噶水文站数据，托帕水库工程坝址断面多年平均流量为5.24 m3/s,多年平均年径流量为1.65亿 m3。恰克马克河径流年内分配不均匀，丰水期(4—8月)水量约占全年来水量的64.8%，其中6月—8月三个月来水特别集中，水量约占全年来水量的71.3%，最小三个月(12月—次年3月)水量仅占全年总量的10.3%。恰克马克河流域径流年际变化也较大，最大年径流量为3.76亿 m3(出现在2012年)，最小年径流量为0.84亿 m3(出现在1977年)，丰枯比4.45。

恰克马克河流域是一个相对比较独立的灌区，流域灌区水利工程主要有水库、引水渠首、输水渠首、水源地工程、防洪工程。灌区已建4座水库均为平原水库，大都建设在上世纪七十年代，属于典型的“三边工程”，经多年运行，均出现淤积、毁坏、甚至多年没有运用等问题，部分水库经过除险加固，恢复了一定的调蓄能力，但控制灌溉面积十分有限。

流域灌区干旱主要为春旱，由于缺乏山区控制性水库调节，灌溉保证率不高，春季大多数情况下供水不足。分析了现状年50%与75%来水频率，得出河道天然来水和流域灌区需水过程不匹配，造成恰克马克河流域灌区呈工程性缺水现象。

分析38 a径流资料，流域灌区各业综合需水过程和径流来水过程进行对比，38 a中仅有6 a丰富的天然来水过程满足流域灌区需水要求，供水保证率仅为15%，在大多数的年份中天然来水过程很难满足用水需求。

4 水库运行方式及作用探讨

托帕水库工程的首要任务是灌溉，工程调节库容须满足2025年恰克马克河流域灌区用水要求；在满足灌溉要求的同时，托帕水库工程承担下游的防洪任务，据此调算防洪库容；常规灌溉供水设计保证率按75%，高效节水灌溉供水设计保证率按85%控制；坝址断面下泄流量满足生态基流要求。

4.1 水库运行方式

托帕水库工程的主要任务是灌溉、防洪，调节库容0.24 m3(淤积30 a库容)，托帕水库坝址断面多年平均年径流量1.65亿 m3，其库容系数为0.15，在0.08～0.30之间。因此，托帕水库工程的调节性能为不完全年调节水库。本工程需要考虑灌溉、防洪和泥沙淤积对水库运行的要求。

4.1.1 灌溉对运行的要求

托帕水库控制的恰克马克河流域灌区主要位于恰克马克河渠首以下，灌溉对水库水位无运行要求，仅灌溉需水量对水库运行有要求。托帕水库从9月初开始蓄水至汛限水位，9月末汛期结束，开始利用冬闲水逐步蓄至正常蓄水位，至第二年4月份河道天然来水不足，水库开始承担向下游供水任务，解决下游灌区春灌缺水问题。

4.1.2 防洪对运行的要求

为保证下游灌区防洪安全，在汛期4月初—9月底，水库水位维持在汛期限制水位2 393 m运行，预留防洪库容，承担下游防洪安全。在小于10 a一遇的洪水时，利用防洪库容进行滞洪调蓄，下泄流量不超过下游河道的安全泄量，确保下游灌区内不发生洪灾损失。在度汛期间，入库洪水超过10 a一遇洪水时，应使水库水位尽快回落至汛期限制水位，下泄洪峰不允许大于入库洪峰流量。

4.1.3 泥沙淤积对运行的要求

由于恰克马克河地表水含沙量较大，根据入库泥沙年内分配及水库灌溉兴利要求，拟定水库7月、8月份在死水位冲砂运行，以减少泥沙在库内的淤积量，延长水库使用寿命。因此，本阶段初拟水库运行方式为：每年的7月初～8月底水库维持在死水位2 373 m进行排沙、冲沙运行，其他月份水库按灌溉要求蓄、放水。如遇到特殊年份，托帕水库工程的运行方式要根据实际情况作适当调整，并制定临时的水库调度运行方案。

4.2 水库的作用

托帕水库工程是恰克马克河上的控制性水利工程，工程建成后主要发挥的作用：

1)托帕水库调节库容为3 907.69万 m3，运行30 a水库淤积后，水库调节库容为2 380.60万 m3，具有不完全年调节能力，有效控制恰克马克河流域天然径流，提高恰克马克河流域水资源利用效率，解决流域灌区季节性缺水问题。托帕水库多年运行平均向下游灌区供水9 640万 m3，其中水库调蓄增加供水量1 312万 m3，灌区灌溉保证率由15%提高到75%以上。

2)托帕水库建成后，考虑区间洪水汇入，水库调控消减10 a一遇洪峰，使防洪控制断面—恰克马克河拦河引水枢纽断面洪峰流量不超过河道安全泄量154.6 m3/s，结合下游已建防洪工程防洪能力，将下游河道两岸防洪保护对象防御洪水的能力由5年一遇提高到10 a一遇。

3)恰克马克河作为喀什噶尔河流域重要的河流，流域涉及乌恰县、阿图什市、喀什市和第三师托云牧场。托帕水库作为恰克马克河流域控制性水利工程，其供水对象亦涉及上述的“两市一县一牧场”，其水库的调度运行应统筹考虑。托帕水库建成后，其运行管理接受喀什噶尔河流域管理局的统一调度，根据流域中各用水单位的水资源配置，协调统一，充分发挥托帕水库的效益。

4.3 水库建成后调水情况

托帕水库主要承担下游灌区的供水任务，下游灌区农业灌溉期为3—10月份，将调度期分为灌溉期和非灌溉期。根据承担的灌溉、防洪任务和排沙运行要求，在灌溉期分为五个区(见图1)。各调度区调度原则及意义如下：

图1 托帕水库调度图

1)灌溉期。防洪调度Ⅰ区：每年4月初至9月末水库正常运行控制水位2 393 m，水位2 393 m至正常蓄水位2 394.5 m之间库容承担下游防洪要求。

排沙调度Ⅱ区：每年7月初至8月末水库正常运行控制水位2 373 m，水库降至排沙水位，通过泄洪建筑物控制下泄流量，利用天然径流将泥沙带出库区，减少泥沙淤积。

保证常规灌溉供水Ⅲ区：每年3～10月为灌溉期，在常规灌溉供水调度线以上，水库运行水位在该区域，保证按下游灌区灌溉需水量供水。

保证节水灌溉供水Ⅳ区：每年3～10月为灌溉期，在常规灌溉供水调度线以下，节水灌溉调度线以上，水库运行水位在该区域，常规灌溉限制供水，保证下游灌区节水灌溉需水量供水。

降低灌溉供水Ⅴ区：在节水灌溉供水调度线以下至死水位之间，水库运行水位在该区域内，逐步减少下游灌区灌溉供水量。

2)非灌溉期。每年11月初至次年2月底为非灌溉期，该时间段在保证下泄生态基流的情况下，多余来水蓄库，最高蓄水位至正常蓄水位2 394.5 m。

5 结语

托帕水库目前已开工建设。托帕水库的兴建，有效调控了恰克马克河的天然径流，而流域灌区隶属阿图什市和喀什市两地州，“一库兴建，两地受益”，从根本上解决下游灌区的发展受水资源制约因素，促进流域灌区的社会经济发展。托帕水库工程建成后，可以有效地控制恰克马克河的洪水，库堤结合的将下游整体的防洪标准由5 a一遇提高到10 a一遇，有效减少下游洪水水患。