浅析水库初期蓄水计划的编制

刘 江

(新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

编制初期蓄水计划的任务是在满足下游城乡生活、工业、环境、已建水利工程必需用水量和水位要求的前提下，研究水库从开始蓄水至正常运用所需的时间、初期用水分配方案、水库运行方式及可能获得的水利、水能效益等，为有关部门拟定用水发展规划提供依据。[1]本文以新疆克孜加尔水库为例，结合所承担的综合利用任务、度汛方案和水库形象面貌，选择了下闸时间，分析对下游的影响，从考虑上游水库是否参与补水两种工况下，采用方案比选论证确定合理的下闸蓄水时间和蓄水周期，分析编制水库初期蓄水计划方案的方法。

1 克孜加尔水库概况

克孜加尔水库工程位于新疆阿勒泰市境内的克兰河峡谷出山口上游处，河源至阿勒泰水文站河长65km，是克兰河的主要产流区。克孜加尔水库位于阿勒泰水文站下游直线距离40.5km，距乌鲁木齐778km。工程开发任务是农牧业灌溉和生态用水，并兼顾发电。克孜加尔水库工程主要建筑物由拦河坝、溢洪道、泄洪兼导流洞、发电洞、发电厂房组成。克孜加尔水库工程为Ⅱ等工程，工程规模为大(2)型。[2]。水库总库容1.76亿m3，坝型为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，死库容1.18亿m3，死库容较大，克兰河夏季灌溉任务重，冬季径流量较小，下闸蓄水难度较大。

2 泄洪洞进口闸门下闸时间选择

根据本工程预定目标水库建成后次年4月1日开始供水，为此需要泄洪洞进口闸门提前下闸蓄水，但下闸时间的选择对水库的初期蓄水影响较大，因此需要对其进行深入的研究。

根据下闸前要求的形象面貌，下闸蓄水前施工任务相对较紧，下闸时间适当往后推，对于缓解下闸蓄水前的施工压力是有好处的，但下闸时间较晚，克兰河冬季水量较少又会影响枢纽的正常供水时间，因此要对枢纽的下闸时间进行比较。

从克兰河径流特点看，每年5—6月为该河汛期，由于汛期来水量较大，不适宜下闸蓄水，泄洪洞安全门安装完成时间在9月底或10月底，下闸的时间应该为10月或11月初，若10月底安全门不能到位则下闸时间需要延长到次年3月1日。故根据施工进度要求，下闸时间可选择供水期末下闸(10月、11月和次年3月)3种方案，而影响下闸方案选择的主要因素是下闸蓄水前施工形象面貌要求。目前克兰河流域已建成水库2座——塘巴湖水库和阿苇滩水库，但仅有塘巴湖水库位于本工程上游15.5km，为大型平原灌注式水库，现状正常蓄水位对应库容为2.20亿m3，兴利库容为1.18亿m3，可在水库初期蓄水时进行补水，3个工程下闸

表1 3个工程下闸蓄水时间方案及塘巴湖补水情况比较表(P=50%)

蓄水时间方案及塘巴湖补水情况对比见表1。

由表1可以看出，3个方案塘巴湖水库若不参与补水，水库初期蓄水均会到4—5月完成，影响明年一年的水库效益。塘巴湖水库补水后前3个下闸方案均能在4月1日前蓄满，但考虑到塘巴湖历年的运行情况分析，一般年份塘巴湖冬季的运行水位为662m，相应库容为1.71亿m3，调节库容为0.69亿m3，因此为保证次年4月供水任务，考虑有一些水量富裕，克孜加尔水库须选择在当年10月1日下闸。

3 初期蓄水的原则和方式

3.1 蓄水原则

根据以上分析，克孜加尔水库选择当年10月1日下闸蓄水，并计划次年4月1日开始供水发挥效益，因此将当年10月1日—次年3月30日定为该工程的初期蓄水期。

克孜加尔水库初期蓄水计划的编制，应在确保大坝防洪、蓄水安全前提下，尽可能加速初期蓄水的进程，提前发挥工程效益，并尽可能减小对下游环境和已建工程的负影响。初期蓄水遵循的主要原则有：

(1)足枢纽下游河段灌溉、河道生态等用水要求。

(2)明年4月灌溉期，争取把水库水位蓄至死水位，以便明年秋灌的蓄水要求。

(3)在满足主坝蓄水的同时，需要重点考虑蓄水挡水坝段的坝基扬压力、坝体应力及坝体变形等监测项目应基本具备监测条件，并取得初始值的条件下，每蓄水10m观测2d，在保证坝体安全的情况下，尽快完成初期蓄水，尽早发挥工程效益。

3.2 蓄水方式

克孜加尔水库不改建导流兼泄洪洞，在蓄至底孔底板高程604.40m之前，下游不断流，此时必须通过底孔提供下游灌溉和河道生态用水；当库水位升至624.40m后，泄洪洞事故安全门正常运行前停止蓄水，为了冬季底孔的安全运行(保证底孔闸门在20m水头以下运行)，泄洪洞事故安全门正常运行后继续蓄水，上游塘巴湖逐月均匀泄水5个月，即冬季11月—次年3月塘巴湖水库电站增加1台机组发电，以利于本工程稳步蓄水至死水位。此后，2个水库可正常运行。

4 初期蓄水计算

目前动能专业常用的蓄水计算方法有时历法和概率法，考虑到目前计算机的普及和运算能力的提高，为保证精度，本次采用时历法对克孜加尔水库工程计算分析。

4.1 初期蓄水径流代表年选择

根据施工组织设计规范要求和概率普遍性，选择年来水为P=25%(丰水年)、P=50%(平水年)、P=75%(枯水年)的3个典型年进行初期蓄水计算。克孜加尔水库坝址断面还原后多年平均径流量为6.983亿m3，而设计枯水年(P=75%)的年径流量仅有5.308亿m3，径流的年际变化较大。克兰河的丰水期为4—10月，水量约占全年水量的92%以上，其中5—7月3个月来水特别集中，水量约占多年平均水量的71.5%。根据克兰河的径流特点和克孜加尔水库蓄水时间，选择了P=25%(丰水年)、P=50%(平水年)、P=75%(枯水年)3个典型年，各方案3个典型年的月均流量详见表2。

4.2 初期蓄水期间的下游需水

克孜加尔水库坝址下游需水主要由下游灌区用水和坝址断面生态基流组成。

4.2.1下游灌区需水

克兰河流域水量主要用于当地农牧业灌溉，位于克孜加尔水库以下引水的工程见表3。

表2 典型年月均流量统计表 单位：m3/s

表3 克兰河下游主要引水干渠现状统计表

克孜加尔水库下游现有从克兰河干流上引水灌区灌溉面积27.9万亩，年总用水量1.98亿m3，冬季从10月—次年3月几乎不用水，下游灌区综合用水过程见表4。

4.2.2坝址断面的河道生态需水

为维护下游河道的鱼类资源等水生物的生存及河道的不断流要求，在流域规划中确定了河道基流和和河谷林用水，坝址断面生态基流按枯水期泄放2.3m3/s，汛期泄放6.6m3/s。河谷林用水与基流可重复，基流可满足河谷林用水要求。河道河谷林及基流用水过程见表5。

4.3 初期蓄水计算成果

考虑泄洪洞当年10月30日下闸，分别对丰、平、枯3个典型年进行初期蓄水计算，计算成果见表6。

表4 水库下游灌区综合用水过程线 单位：亿m3

表5 河道河谷林用水及生态基流过程 单位：m3/s

表6 克孜加尔水库初期蓄水计算成果统计表

4.4 初期蓄水方案的分析

通过对各方案初期蓄水计算过程和成果的分析，可以得出以下几点结论：

(1)克孜加尔水库导流兼泄洪洞不进行“龙抬头”改建，孔口改建后作为底孔使用，下闸后，围堰和坝体结合挡水，水库水位下闸后底孔底板高程604.40m，下游河道不断流。

(2)克孜加尔水库泄洪洞事故安全门须在9月30日前安装完成，在其正常运行前，水库运行水位为624.40m，此水位是泄洪洞工作门所能承受的水头决定(通过计算，工作闸门自由开启所能承受的最大水头为20m)，各典型年蓄至624.50m水位需9～43d，各典型年之间需要的时间相差较大，通过对各典型年初期蓄水计算过程分析，水库在冬季结冰之前蓄至此水位是没有问题的。

(3)克孜加尔水库引水发电系统还未建设，因此初期蓄水期间满足需尽快蓄至溢洪道底板高程不超过642.50m，在塘巴湖冬季补充水量0.6亿m3的情况下，各典型年工程蓄至此水位是没有问题的，且工程是安全的。

(4)克孜加尔水库灌溉放水底孔进口底板高程644.00m，在此水位以下无法放水，通过对各典型年初期蓄水计算过程分析，各典型年水库蓄至644.00m水位需78～160d，10月份蓄水丰枯水年蓄水时间变化较大，但蓄水时期河道不断流，可以满足初期蓄水期间下游的河道生态用水要求。

(5)克孜加尔水库的死库容较大，克兰河冬季径流量较小，为使工程赶在次年4月1日供水，塘巴湖水库需在冬季11月—次年3月增加1台机组发电，逐月增加下泄5m3/s，但由于塘巴湖水电站目前已由个体承包，下泄水量对其发电水头有所影响，应由本项目业主阿勒泰市政府对该方案进行协调，可采取补偿措施。

(6)当年10月1日下闸蓄水方案虽然增加了施工进度的压力，但是可提前一年供水，尽早发挥工程效益，因而，此下闸蓄水方案是可行的。

5 结语

本文针对一座水库初期蓄水方案编制的分析，研究了初期蓄水计划的编制方法，分析了蓄水时间和效益的匹配度，采用对合理的下闸蓄水时间、蓄水方案和导流洞封堵方案的比较，可使初期蓄水风险控制在合理的范围内，通过本文的分析可为死库容大、余水少、上游有水库帮助蓄水工程下闸蓄水和导流洞封堵提供借鉴经验，但针对梯级龙头电站水库，在初期蓄水计算中，还可以控制下泄流量的拟定、用径流顺序滑动法作初期蓄水计算，研究系统保证出力和多年平均发电量。本文采用时历法典型年计算，存在概率不全、精度不高的问题，以后可通过采用长系列分析计算来弥补，并建立蓄水周期与来水之间的关系曲线，便于适时调整蓄水方案。