浅析盖孜水电站流域泥沙计算

(新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程背景

盖孜河属于内陆河流，是喀什噶尔河水系的源流之一。盖孜水电站工程为盖孜河中游河段水电规划梯级电站的第二级。盖孜水电站利用在建的布仑口—公格尔水电站尾水进行发电，直接接在其尾水部位，采用“清水不下河”的方式引水发电，盖孜水电站不设置拦河建筑物，工程发电厂房位于盖孜河出山口以上约53.2km处。盖孜水电站工程总工期34个月，工程主要建筑物包括引水调节池、退水建筑物、发电厂房、发电引水系统和反调节池。盖孜水电站总投资10.89亿元，工程等别为Ⅲ等，规模为中型，电站装机总容量116MW，多年平均年发电量3.76亿kW·h。

截至目前，克勒克水文站以上盖孜河流域内，在建的水利工程有布伦口—公格尔水电站。其中布伦口水库坝址位于盖孜河布伦口水文站站址附近，是开发盖孜河水利、水能资源的龙头水库。该水库总库容为6.44亿m3，属于不完全多年调节性水库，建成后将对流域的径流、洪水和泥沙起到一定的调节和拦蓄作用。

本阶段盖孜水电站拟定了上闸址(引水调节池方案)、中坝址、下坝址三种开发方案，其中引水调节池方案直接接布伦口—公格尔水电站尾水，为本阶段推荐方案，而中坝址、下坝址为拦河方案，为本阶段的比较方案。上闸址、中坝址和下坝址位于布伦口水文站下游18～20km的盖孜河内。中坝址控制流域面积8605km2，下坝址控制流域面积8654km2，其上、下游分别有布伦口水文站和克勒克水文站。

2 流域概况

盖孜河流域主要位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县境内，地处新疆塔里木盆地西南边缘、帕米尔高原东部。西临喀什地区的克孜河流域，东靠慕士塔格—公格尔雪山与叶尔羌河流域比邻，南与塔吉克斯坦接壤，北汇塔里木盆地的喀什噶尔河。盖孜河流域范围介于东经73°42′～77°08′、北纬38°10′～39°10′之间，流域总面积18543km2，其中山区面积10712km2、平原面积7831km2。

盖孜河的东源为喀拉库里河(又名亚玛亚河、康西瓦河、布伦口河)，该河源于慕士塔格冰山东侧的吐尔布隆达里亚沟，左冀为萨雷阔勒岭，右冀为公格尔山，河流长83km，流域面积2623km2，河道平均比降为19‰。喀拉库里河冰川积雪面积为422km2，占喀拉库里河流域的16.10%。

盖孜河的西源为木吉河(又名阿赤曼河、木孜苏河)，发源于萨雷阔勒岭的琼喀拉吉勒戈套，主峰海拔高5512.9m，其上源为克孜勒吉也克河、喀拉足克沟，流经木吉盆地后称木吉河，该河大体为西东走向，流域左冀以昆盖山为界，右冀以萨雷阔勒岭为界。木吉河河长157km，流域面积约5750km2，河流纵坡为上游陡、中下游平缓，河道平均比降为10.60‰。木吉河的冰川积雪面积为500.40km2，占流域面积的8.70%。

喀拉库里河、木吉河于布仑口汇合后始称盖孜河，布伦口水文站至克勒克水文站之间的盖孜河(下文中统称为布—克区间)，河长约38km，区间流域面积864km2。区间流域为典型峡谷，其左岸为昆盖山，右岸为公格尔山和公格尔九别山，山体有大量永久性冰川积雪均匀分布，面积为266km2，占区间面积的30.80%。盖孜河经塔什米里克山口后，在塔里木盆地的疏附、疏勒、岳普湖等县境内消失。

3 泥沙分析

3.1 水文站网状况

盖孜河克勒克水文站以上流域气候严寒，无霜期短，不适合农作物生长，但有很多天然草场，这些草场是克州的主要牧区之一。布伦口水文站以上流域内湖泊、沼泽较多，著名的湖泊有布伦口湖、琼块勒巴什、卡拉克勒等湖泊。湖泊总面积约为21km2；高山沼泽分布较广，面积约达42.20km2，其中木吉河的沼泽面积约为27km2。

盖孜河流域由上游至下游先后设有喀拉库里水文站、布伦口水文站、克勒克水文站、维他克水文站和塔什米力克水管站(下文中各水文站简称为布伦口站、喀拉库里站、克勒克站、维他克站和塔什米力克站)。盖孜河流域各水文、水管站的设置情况见表1。

3.2 泥沙分析

3.2.1 泥沙特性

盖孜在维吾尔语中是灰色的意思，因为盖孜河水中细沙粒较多，因此水色呈灰白色，盖孜河因此而得名。

由于盖孜河的上、中、下游河段的地质结构有所不同，因此，不同河段的泥沙特性也有所不同。布伦口以上的上游河道以块石、片石为主，河水较清澈，

表1 盖孜河流域水文站网一览

含沙量相对较小；布伦口以下的中游河段以砾石、沙土为主，略显浑浊，含沙量相对较大；出山口以下的河段含沙量最大，河水呈灰色。

但盖孜河同邻近的库山河、克孜河、叶尔羌河、提兹那甫河相比较，仍属于少沙河流。盖孜河布伦口站以上流域实测多年平均侵蚀模数为123t/km2，约是克孜河卡拉贝利站、库山河沙曼站的l/7。根据计算结果，布伦口站悬移质输沙量约是克勒克站悬移质输沙量的1/3，布—克区间产沙量较大。且根据克勒克站43年实测泥沙资料可知，盖孜河一年中的输沙量多集中在汛期(6—8月)，约占全年输沙量的79.30%。

3.2.2 泥沙计算

3.2.2.1 参证站泥沙计算

此次收集克勒克站1962—1967年、1973—2009年共43年的泥沙资料，利用本站实测月平均输沙率与本站实测月平均流量进行相关分析，相关系数为0.9414(见图1)。

图1 克勒克水文站月平均流量-月平均输沙率关系曲线

利用以上相关关系可延长克勒克站1957—1961年、1968—1972年缺测期内的月平均输沙率。克勒克站插补延长后的多年平均悬移质输沙成果见表2。

利用收集的布伦口站1962—1967年6年的泥沙资料，采用克勒克站与布伦口站的实测月平均悬移质输沙率进行相关分析(见图2)。

图2 克勒克站、布伦口站月平均输沙率相关曲线

利用以上相关关系，可延长布伦口站1957—1961年、1968—2009年缺测期的月平均输沙率。布伦口站多年平均悬移质输沙成果见表2。

3.2.2.2 工程闸址、坝址泥沙计算

布伦口水库的运行将对泥沙起到拦蓄作用，根据审查通过的《新疆盖孜河布伦口—公格尔水电站工程初步设计报告》，布伦口水库运行100年内平均排沙比为0.90%。

盖孜水电站上闸址确定为接布伦口—公格尔水电站尾水的方案，因此，其泥沙为布伦口水库调节出库泥沙，计算公式为

Qs上闸址=0.009Qs布

式中Qs上闸址——盖孜上闸址处月平均输沙率，kg/s；

Qs布——布伦口站月平均输沙率，kg/s。

盖孜水电站上闸址处泥沙计算结果见表3。

表2 布伦口、克勒克站多年平均悬移质输沙成果

表3 盖孜上闸址多年平均悬移质年内分配情况

盖孜水电站中坝址、下坝址泥沙为布伦口出库泥沙与布—坝区间泥沙之和。布—坝区间泥沙依据上述插补外延后的布伦口站、克勒克站悬移质输沙率系列相减得到的布—克区间输沙率系列，采用面积比拟法折算至布—坝区间。经布伦口水库调节后坝址处输沙率计算公式为

式中Qs坝——盖孜坝址处月平均输沙率，kg/s；

Qs布——布伦口站月平均输沙率，kg/s；

Qs克——克勒克站月平均输沙率，kg/s；

F布——布伦口站集水面积，km2；

F克——克勒克站集水面积，km2；

F坝——盖孜闸址集水面积，km2。

经计算得到中坝址、下坝址经布伦口调节后的1959—2009年逐月输沙率系列。

由盖孜水电站坝址处逐月输沙率系列计算得：中坝址、下坝址多年平均悬移质输沙率分别为51.20kg/s、55.30kg/s，多年平均悬移质含沙量分别为2.91kg/m3、3.02kg/m3，多年平均悬移质输沙量分别为161.6万t、174.6万t。计算坝址处多年平均悬移质年内分配成果见表4。

根据《新疆盖孜河布伦口—公格尔水电站工程初步设计报告》，布伦口水库以上推移质经拦截后淤积在水库中，因此盖孜水电站坝址处推移质为布—坝区间产生的推移质，盖孜河山区河段推悬比按15%计算。中坝址、下坝址多年平均推移质输沙量分别为8.61万t 、10.6万t，多年平均输沙总量分别为171万t、186万t。

表4 盖孜坝址多年平均悬移质年内分配情况

4 结 论

盖孜水电站顺利通过了竣工验收，电站在2018年2月已经开始投产。事实证明，通过对盖孜河流域泥沙情况历史数据进行统计和计算，充分验证了选址的理论依据，电站运行至今状态良好，社会经济效益达到预期水平，对泥沙的正确估计保障了盖孜水电站的稳定、安全运行，泥沙计算分析为水电站初设和选址提供了理论依据。