并联水库生态联合调度方式研究

吴 萌

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 基本概况

和田河发源于昆仑山和喀喇昆仑山北坡，上游由玉龙喀什河和喀拉喀什河两大支流组成，其中玉龙喀什河同古孜洛克水文站断面多年平均年径流量为23.09亿m3，拟建玉龙喀什水利枢纽；喀拉喀什河乌鲁瓦提水文站断面多年平均年径流量为22.27亿m3，已建乌鲁瓦提水利枢纽工程[1]。两条支流汇合后称作和田河，并最终汇入塔里木河。和田河是目前唯一一条横穿塔克拉玛干沙漠注入塔里木河的河流，也是塔克拉玛干沙漠唯一南北贯通的绿色走廊，将南北两大绿洲紧密相连，对维护塔里木河流域生态系统平衡和可持续发展具有重要的作用；它还维护着和田河中游绿洲，阻止风沙向绿洲逼近[2]。

和田河作为塔里木河四大源流之一，承担着向塔里木河生态输水的重要任务。2001年6月国务院以国函〔2011〕74号文批复了《塔里木河流域近期综合治理规划报告》[3-5]，规划报告中提出实施和田河综合近期治理工程项目并发挥效益后，在多年平均来水条件下，和田河在肖塔水文站断面向塔里木河输水9.0亿m3。已建的乌鲁瓦提水利枢纽工程不具备承担该项任务的能力，需与拟建的玉龙喀什水利枢纽工程联合调度，共同承担和田河的生态输水任务。基于前人研究思路和成果[6-7]，在玉龙喀什水利枢纽设计过程中，如何充分利用已建的乌鲁瓦提水库，确定流域内两座并联水库的生态补泄方式，使河道输水损失最小，拟建水库生态库容最小，投资最省是文章主要研究内容。

2 生态补泄方式分析

2.1 乌鲁瓦提水库生态供水过程

工程设计中通过开展和田河干流水量沿程变化及损失、两库联合调节下泄生态流量确定的研究工作[8-10]，乌鲁瓦提水库下泄流量大于120m3/s时下游才能收到水，两河坝址断面集中下泄生态流量等于600m3/s时，肖塔断面综合损失率最小。根据1957—2016年径流资料，采用时历法，每年10月—次年5月以月为计算时段，每年6—9月以旬为计算时段，在满足各部门用水保证率的前提下，对乌鲁瓦提水利枢纽及玉龙水利枢纽进行长系列计算。对长系列下泄水量过程按照一定流量等级进行统计，乌鲁瓦提水库6—9月不同流量级别下泄次数统计结果见表1。

表1 乌鲁瓦提水库6—9月不同流量级别下泄次数统计表 单位：次

乌鲁瓦提水库6—9月多年平均下泄塔里木河生态供水6.77亿m3。从下泄塔里木河生态流量分析，按旬统计流量次数共720次，其中0～119m3/s共有572次，占79.5%；120～300m3/s共有124次，占17.2%；300～600m3/s共有24次，仅占3.3%。乌鲁瓦提水库6—9月下泄流量为120～600m3/s时，需玉龙喀什水利枢纽补泄，满足肖塔断面的生态下泄水量要求。

2.2 玉龙喀什河水库生态补泄方式确定

根据乌鲁瓦提水库运行方式及多年出库过程，结合玉龙喀什水库坝址断面天然来水情况，对玉龙喀什水库的补泄方式拟定了3组方案，分别为定泄方案、凑泄方案和凑定泄方案。

方案一定泄方案：拟定玉龙喀什水库7月中、下旬和8月上旬补泄生态(通过试算该时段补泄生态效果最好)，考虑乌鲁瓦提水库下泄流量大于120m3/s时下游才能收到水，两河坝址断面集中下泄生态流量等于600m3/s时，肖塔断面综合损失率最小，因此，玉龙喀什水利枢纽的生态下泄定泄流量取480m3/s。

方案二凑泄方案：根据乌鲁瓦提水库长系列出库过程，拟定玉龙喀什水库的流量，当乌鲁瓦提水库出库流量小于120m3/s时，玉龙喀什水库按灌溉用水要求放水；当乌鲁瓦提水库出库流量大于120m3/s小于480m3/s时，玉龙喀什水库根据乌鲁瓦提水库的出库过程补泄生态水，使两坝址断面集中下泄流量达到600m3/s；当乌鲁瓦提水库出库流量大于480m3/s时，玉龙喀什水库不补水。

方案三凑定泄方案：本方案为方案一定泄和方案二凑泄相结合的方案，即7月中、下旬和8月上旬若乌鲁瓦提水库出库流量小于120m3/s，按600m3/s定泄；出库流量大于120m3/s，以及其余时段按方案二的原则凑泄。

根据玉龙喀什水库不同生态补泄方式，拟定的三组方案坝址断面生态过程线，对玉龙喀什水库进行长系列径流调节计算，三组方案补泄生态成果见表2。由此可知，按凑泄方案拟定的玉龙喀什水库坝址断面生态过程线所需生态调节库容最小，水库水位最低，工程投资最省，推荐玉龙喀什水库生态补泄方式为凑泄方案。

表2 玉龙喀什水库不同生态补泄方案成果表

3 生态补泄效果分析

为进一步分析玉龙喀什水库建成后的生态补偿下泄效果，按照水库建成后是否进行生态补充下泄拟定了两组方案。

方案一：仅满足灌区灌溉用水，不进行生态补偿下泄；

方案二：满足灌区灌溉用水，同时进行生态补偿下泄。

对上述两个方案从不同量级生态供水次数和满足塔河下泄水量两个方面进行评价。

3.1 不同量级生态供水次数指标评价

表3和图1为玉龙喀什水库补偿前后向塔里木河不同量级生态供水次数统计结果。由此可知，玉龙喀什水利枢纽生态补泄的作用体现以下两个方面：①降低了低效率区(100m3/s <下泄流量≤500m3/s流量级)和漫溢低效率区(大于700m3/s流量级)的下泄次数，低效率区下泄次数由生态补泄前的241次减少到生态补泄后的180次，漫溢低效率区则由较生态补泄前减少了9次；②提高了高效率区(500m3/s <下泄流量≤700m3/s流量级)下泄次数，由生态补偿前的40次增加至补偿后的75次。这说明通过设置一定的生态库容，进行生态补偿调度，可以有效提高和田河干流的输水效率，减少河道损失。

表3 玉龙喀什水库补偿前后向塔里木河不同量级生态供水统计表(坝址断面)

图1 玉龙喀什水库补偿前后向塔里木河生态供水对比图

3.2 下泄塔河水量满足程度评价

表4为玉龙水利枢纽生态补偿前后各节点断面的水量分析表。由此可知，在方案一的情况下，由于低效率区流量下泄次数占到全年下泄次数的89.0%，次数多、比例大，坝址断面至肖塔断面综合损失率达到56.5%，肖塔断面收到的水量仅8.30亿m3，无法满足下泄塔里木河生态用水要求；在方案二的情况下，乌鲁瓦提和玉龙喀什两座山区水库联合调度运行，增加了高效率区的下泄次数，玉龙喀什河总补偿次数85次，多年平均年补偿水量为1.78亿m3，河道综合损失率减小到52.8%，肖塔断面收到的水量达到9.0亿m3，确保了和田河多年平均向塔里木河生态输水9.0亿m3的目标要求。玉河、喀河不同断面下泄塔里木河生态水量节点示意图如图2所示。

表4 玉龙喀什水库补偿前后各节点断面水量分析

图2 玉河、喀河不同断面下泄塔里木河生态水量节点示意图

4 结语

和田河作为塔里木河四大源流之一，承担着多年平均向塔里木河生态输水9.0亿m3的目标。为实现上述目标，文章通过研究确定了两座水库的生态调度方式，即当乌鲁瓦提水库出库流量小于120m3/s大于480m3/s时，玉龙喀什水库不补泄，水库按灌溉要求放水；当乌鲁瓦提水库出库流量大于120m3/s小于480m3/s时，玉龙喀什水库根据乌鲁瓦提水库的出库过程补泄生态水，使两坝址断面集中下泄流量达到600m3/s。未来随着玉龙喀什水利枢纽的建成，应通过对两座水库的生态调度实践进一步验证调度方式的合理性，为和田河河损研究和生态调度提供更好的技术支撑。