新疆大石门水利枢纽防汛调度运用方案研究

董江伟 李 江

(1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000；3.且末县水利综合服务中心，新疆 且末县 841900)

1 工程概况

大石门水利枢纽是车尔臣河流域规划中确定的近期开发的重点控制性枢纽工程，是一项承担防洪、发电和灌溉任务的综合利用水利枢纽工程[1]。水库总库容1.27亿m3，水库正常蓄水位2300.00m，调节库容0.99亿m3，死库容0.18亿m3，水库承担灌区34.14万亩农田的灌溉供水任务，可将下游防护对象的防洪标准由现状的不足3年一遇提高到20年一遇，电站装机60MW，发电引水流量82.0m3/s，年发电量1.765亿kW·h。大石门水利枢纽为Ⅱ等大(2)型工程，枢纽主要由拦河坝、表孔溢洪洞、底孔泄洪洞(导流洞改建，龙抬头形式)、发电引水洞、地面厂房及电站尾水渠等组成。大石门水利枢纽拦河建筑物按100年一遇洪水设计(对应洪峰流量1359m3/s)，2000年一遇洪水校核(对应洪峰流量2235m3/s)；消能防冲建筑物防洪标准为50年一遇(对应洪峰流量1159m3/s)，电站厂房设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇(对应洪峰流量1561m3/s)[2，3]。

2 水库防洪功能定位

2.1 车尔臣河洪水特点

车尔臣河是流向塔里木盆地的一条内陆河，发源于昆仑山北坡，是以冰雪融水为主要补给来源的山溪性河流，流域南部延伸至昆仑山和阿尔金山山脉，与西藏自治区接壤；北部深入到塔克拉玛干大沙漠与巴州尉犁县相望；西部与且末县喀拉米兰河流域相连；河流东北部延伸至巴州若羌县台特马湖与塔里木河相通。坝址区多年平均流量27.60m3/s，多年平均径流量8.71亿m3。径流年内分布不均，春夏两季占全年径流总量的72.06%。车尔臣河枯水期集中在12月至次年2月，大石门坝址断面多年平均最枯月流量为5.93m3/s，多年平均最枯月径流量0.159亿m3。

2.1.1 车尔臣河洪水成因

车尔臣河洪水就其成因和发生时间而言可分为春季末或夏季初的季节性积雪融水型洪水、夏季暴雨型洪水和降雨、融雪混合型洪水3种类型。融雪型洪水多发生在3月底至4月初，在车尔臣河几乎年年发生，但洪峰流量值相对较小。暴雨型洪水多出现在5—8月，此类洪水峰高量大，易对下游构成危害。融雪、降雨混合型洪水，也多发生在5—8月，此类洪水偶有发生，但同样具有峰高量大的特点。

2.1.2 车尔臣河洪水时空分布特性

根据且末站各年(1958—1989年、1999年、2001—2005年、2011—2019年)实测各月最大流量，绘制且末站历年各月最大流量散布图(见图1)。由图可见，年最大洪峰流量主要出现在4—8月，其中4—6月为前汛期，7—8月为主汛期，9月至次年3月为比较稳定的平、枯水期。在且末水文站49场年最大洪水中，7月发生年最大洪水的比例最高，为34.7%，其次为6月和8月，分别为26.5%和24.5%。

图1 且末水文站历年各月最大流量散布

2.2 防洪保护对象和防洪标准

车尔臣河灌区主要分布在车尔臣河第一分水枢纽至塔提让大桥河段，河道长112.6km，是车尔臣河重点的防洪保护河段，沿线分布有巴州且末县且末镇、阿热力镇、琼库勒乡、托格拉克勒克乡、巴格艾日克乡、阿克提坎墩乡、塔提让镇、库拉木勒克乡、恰瓦勒墩开发区、河西开发区和兵团37团。该河段有车尔臣河第一分水枢纽，一、二级水电站，新长征公路桥，革命大渠引水龙口，阿热勒大桥，车尔臣河第二分水枢纽，塔提让引水渠首，塔提让大桥等重要工程设施。从革命大渠引水龙口到塔提让大桥段两岸为农田及居民点，是且末县政治、经济、文化中心和主要的农、林、牧业生产地区。通过对车尔臣河防洪保护对象进行分析，重点防护保护对象防洪标准为50年一遇，一般保护对象防洪标准为20年一遇。

2.3 安全泄量

车尔臣河防洪工程总体布局采用库堤结合方案[4-6]，在水库建成前，对现有的堤防、护岸工程进行修缮，使其能够抵御3年一遇的洪水，且末站断面的安全泄量为213m3/s，坝址断面为400m3/s，剩余防洪任务由水库承担，使流域最终达到抵御20年一遇洪水的设计标准。因此坝址断面安全泄量为400m3/s。

2.4 流域防洪总体布局

车尔臣河防洪规划的总体布局为在上游山区段修建大石门水利枢纽，拦蓄调节洪水，削减洪峰，水力发电，变水害为水利。平原区河道中游段修建堤防、护岸工程，清除河道中的阻水建筑物；规划分洪工程，提高河道防洪能力，增加河道安全泄洪量，保护好沿岸耕地、居民点、公路、渠道、引水枢纽和交通桥，因地制宜，就地取材，建立永久性防洪工程体系；同时保护好流域内的林草植被，涵养水源，削峰滞洪，保证有一定的径流量注入塔里木河的尾闾——台特马湖。通过防洪工建设，将车尔臣河下游一般防洪保护对象防洪标准从不足3年一遇提高到20年一遇，以此逐步形成并完善蓄、防、泄相结合的防洪工程体系，解决车尔臣河防洪问题，造福车尔臣河流域各族人民。

2.5 水库防洪库容

水库工程任务以灌溉、防洪为主，兼有发电等综合利用[4]，下游且末县城防洪标准为20年一遇，其余沿岸乡镇及农田防洪标准为10年一遇。水库设计洪水标准100年一遇，相应洪峰流量1359m3/s；校核洪水标准2000年一遇，相应洪峰流量2235m3/s。结合车尔臣河流域防洪总体布局，通过大石门水利枢纽工程与河道防洪工程联合运行，根据《新疆车尔臣河大石门水利枢纽工程初步设计报告》批复，大石门水库正常蓄水位为2300.00m，死水位为2245.00m，汛期限制水位为2291.00m，防洪高水位为2300.00m，设计洪水位为2300.00m，校核洪水位为2303.36m；总库容为1.27亿m3，调节库容为0.99亿m3，防洪库容为0.19亿m3。

2.6 水库特征水位

2.6.1 汛限水位

大石门水利枢纽是车尔臣河上唯一的控制性工程，承担着车尔臣河下游的防洪任务。根据车尔臣河的河流特点和大石门水利枢纽工程初步设计成果及相关部门批复意见，大石门水利枢纽兴利和防洪完全结合对工程的运行较为有利。因此，经调洪演算确定大石门水利枢纽的汛限水位为2291.0m，在防洪调度时段内，未发生洪水时，水库水位不应超过防洪限制水位。

2.6.2 防洪高水位

根据大石门水利枢纽下游防洪保护对象的标准，以汛限水位2291.00m为起调水位，对20年一遇的洪水过程进行调洪演算，坝前最高水位为2300.00m。因此大石门水利枢纽的防洪高水位为2300.00m，50年淤积后的水库防洪库容为0.19亿m3。

2.6.3 设计洪水位

根据大石门水利枢纽的规模和坝型，其设计洪水标准为100年一遇。按照调洪原则，以2300.00m为起调水位，对100年一遇的洪水过程进行调洪演算，坝前最高水位为2300.00m。因此大石门水利枢纽的设计洪水位为2300.00m，50年淤积后的水库拦洪库容为0+0.19=0.19亿m3。

2.6.4 校核洪水位

根据大石门水利枢纽的规模和坝型，其校核洪水标准为2000年一遇。按照调洪原则，以2300.00m为起调水位，对2000年一遇洪水过程进行调洪演算，坝前最高水位为2303.36m。因此大石门水利枢纽的校核洪水位为2303.36m，50年淤积后的水库调洪库容为0.08+0.19=0.27亿m3。

3 水库防洪调度方案

3.1 防洪调度原则

在保证枢纽工程安全的前提下，减少下游河道防洪损失；水库防洪调度应按不同级别调度权限，服从各级防汛指挥部门调度；在一般洪水(20年一遇洪水标准以内)，按批准防洪安全泄量400m3/s(坝址断面)下泄调度，确保下游保护对象防洪安全；在遭遇超标准洪水(高于20年一遇洪水标准)，按照保大坝安全为主进行调度，确保工程安全度汛，下泄流量不超过前述入库洪峰流量；泄洪系统联合泄洪，各工程措施应协调配合，充分发挥各泄洪建筑物的泄洪能力。

3.2 防洪调度权限

大石门水利枢纽防洪调度时段为6—8月，即每年汛期的6月1日—8月31日。根据大石门水利枢纽初步设计成果及相关部门批复意见，大石门水利枢纽承担车尔臣河流域下游防洪任务，其汛限水位为2291.00m，在防洪调度时段内，未发生洪水时，水库水位不应超过汛限水位；在一场洪水发生后，应尽快回落至汛限水位。

3.2.1 一般洪水调度权限

水库水位小于防洪限制水位时，由巴州大石门水库管理处指挥调度。

水库水位超过防洪限制水位时，由巴州大石门水库管理处指挥调度，向巴州防汛抗旱指挥部和且末县防汛抗旱指挥部报告；配合防汛部门，根据入库流量尽快使水库水位消落至防洪限制水位。

3.2.2 超标准洪水调度权限

水库水位超过设计洪水位时，应上报新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部，由新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部办公室发出调度指令，巴州防汛抗旱指挥部指导大石门水库管理处具体调度，尽快使水库水位消落至防洪限制水位。

当水库水位超过水库校核洪水位或是遭遇地震等不可抗拒自然灾害危及水库大坝安全时，由新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部办公室启用水库大坝安全管理应急预案调度。

3.3 防洪调度运行方案

3.3.1 防洪调度方式

3.3.1.1 一般洪水的防洪调度方式(确保防洪安全)

汛限水位2291.00m至防洪高水位2300.00m区间为确保下游防洪安全的防洪调度区。在车尔臣河汛期6—8月，防洪调度方式如下：

当入库洪水不大于大石门水库坝址安全泄量400m3/s时，根据入库洪水下泄，库水位维持在汛限水位(2291.00m)以下。

当入库洪水大于大石门水库坝址安全泄量400m3/s时，按照安全限泄流量(400m3/s)下泄，利用防洪库容削减洪峰，确保车尔臣河流域下游保护对象防洪安全，水位逐渐上涨。

3.3.1.2 超标准洪水防洪调度方式

当入库洪水继续增加，库水位达到或超过防洪高水位2300.00m时，防洪调度方式转入确保大石门水库大坝安全的调度阶段。水库防洪高水位2300.00m至校核洪水位2303.36m区间为确保水库大坝安全的防洪调度区。在车尔臣河汛期6—8月，防洪调度方式如下：

当入库洪水继续增加，库水位超过防洪高水位2300.00m时，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)以泄流能力下泄洪水，尽量确保库水位不超过校核洪水位。

当入库洪水继续增加或无减小趋势，且库水位已达到或超过校核洪水位时，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)同时泄洪，以泄洪建筑物泄流能力下泄水量，同时水库调度运行转入水库大坝安全管理应急预案实施阶段，按照已批复的水库大坝安全管理应急预案进行调度。

当入库洪水减少，且库水位高于防洪高水位时，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)同时泄洪，使库水位在允许的降速范围内尽快回落。

3.3.2 防洪调度的判别条件

采用入库流量和库水位作为洪水调度方式的判别条件(见图2、表1)。库水位采用大石门坝上水位站监测值。

图2 大石门水利枢纽泄流能力曲线

a.入库洪水流量小于400m3/s(大石门坝址断面的安全泄量)时，首先启动底孔泄洪洞泄洪，来多少泄多少，维持汛限水位2291.00m不变。

b.随着入库洪水增大，洪峰流量大于400m3/s，而小于897m3/s(20年一遇洪峰值)时，至库水位上升到超过汛限水位2291.00m，而不大于防洪高水位2300.00m时，通过底孔泄洪洞使出库流量按坝址限泄流量400m3/s下泄；随着入库洪水的继续增大，洪峰流量大于897m3/s，而小于1359m3/s(100年一遇洪峰值)时，当库水位不大于防洪高水位2300.00m(与设计洪水位一致)时，将底孔泄洪洞全开与表孔溢洪洞共同泄洪，来多少泄多少，维持在库水位2300.00m以下运行。

c.当水库洪水继续增加，库水位上升到超过防洪高水位2300.00m(或设计洪水位)时，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪洞)按最大泄流能力同时泄洪，确保库水位不超过校核洪水位2303.36m。

d.当水库洪水继续增加或无减少趋势，且库水位达到或超过校核洪水位2303.36m时，水库调度运用转入按水库大坝安全管理应急预案处理。

e.当库水位回落至防洪限制水位2291.00m时，逐步关闭表孔溢洪洞，由底孔泄洪洞控制下泄流量，维持防洪限制水位不变。

3.4 水库汛期调度对上下游移民的影响

水库上游的库区至回水末端，都是荒无人烟之地，不存在居民淹没影响；根据批复的设计报告成果，大石门水利枢纽承担着车尔臣河流域中下游灌区的防洪任务，通过水库调蓄，削减洪峰，确保车尔臣河干流流经的第一分水枢纽、革命大渠分水枢纽、第二分水枢纽、塔提让分水枢纽和阿热勒分水枢纽以及且末县城遭遇20年一遇以内的洪水时不受灾。当大石门水库下泄流量达400m3/s(对应且末水文站河段控制断面流量213m3/s)及以上时，对可能受淹区域，及早动员和组织群众做好人员撤离和财产转移的准备。同时对沿河堤防遇损害部位应及时进行加固抢修；如库水位仍有继续上涨趋势，且末县应急管理局、水利局和所属乡镇立即通知沿河单位结合下游防洪安全泄量进行人员撤离和财产转移。

综上，大石门水库防洪调度应根据车尔臣河上游布置的水文站实测流量推算入库流量，结合历史洪水形成规律分析，为水库预警、提前预泄和启动应急预案提供判定依据，实现水库精准调度管理。同时塔里木河流域车尔臣河管理局对车尔臣河济域防洪度汛进行统一指挥，应建立与气象、水利和应急等部门的数据共享、应急会商和协调联动机制，及时分析预报汛情及变化情况，作出正确决策，提高防洪调度的有效性和可靠性。

4 结 语

车尔臣河洪水灾害频发，是新疆巴州重点防洪河流之一。为保障车尔臣河防洪安全，流域防洪规划提出“新疆大石门水利枢纽+河道防洪工程”的库堤结合防洪工程总体布局。本文在大石门水库承担流域防洪功能定位研究的基础上，结合水库特征水位，制定了基于“入库流量+水库水位”双重判别的防洪调度方案，为水库实际防洪调度提供参考，为保障流域防洪安全提供理论支撑。