新疆车尔臣河取水水源工程布置及方案比选分析

董江伟 李 江

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

为了满足不同地域的灌溉、发电以及城乡饮水等需求，我国修建了许多取水水源工程，尤其是引水枢纽[1]。引水枢纽(取水枢纽或渠首工程)，作为灌区引水的源头和保障灌区引水安全的最前置条件[2-3]，一直发挥着重要作用，为社会经济发展提供基本的水资源支撑。新疆地区经济生活方式主要以农牧业为主，其灌区水资源是影响经济活动的主要限制因素，而科学合理的引水枢纽布局是充分利用优良水资源、提高水资源利用率、体现“节水优先”的重要举措，可解决工程性缺水问题，提高水资源调控能力，以水资源可持续利用支撑流域经济社会高质量发展。

新疆地处我国西北部，是我国面积最大的行政区，区域内的水资源量却不足全国的4%，可利用水资源极度匮乏，同时还存在严重的水资源时空分布不均问题[4-5]，尤其是新疆南疆地区，农业用水占当地用水总量的 96%[6]，用水结构严重失衡，实际用水量超出水资源承载能力，供需矛盾突出，改善及优化调整水资源配置格局刻不容缓[7-8]。合理选择取水水源位置是确保取水可靠的前提[9-11]，如何通过对取水口的规模、数量与位置进行优化布置，来提高水资源利用率，保障农业灌溉供水安全，已经成为农田灌溉发展规划中亟待解决的重要问题。

车尔臣河流域位于新疆东南缘的巴音郭楞蒙古自治州且末县和若羌县境内，地理位置介于东经84°55′～88°20′、北纬36°10′～39°45′之间，总面积4.74万km2，流域南起昆仑山和阿尔金山山脉，北部深入塔克拉玛干大沙漠与尉犁县遥遥相望，西临喀拉米兰河流域，东至江尕萨依河流域，东北部在若羌县境内与塔里木河流域相连，归宿于台特马湖。车尔臣河流域主要河流为车尔臣河，河流全长813km，多年平均年径流量9.22亿m3，是一条典型的以冰雪消融补给为主的河流，年径流量的87%来自冰川和永久性积雪，河流水量年际变化相对平稳，年内分布不均匀，全年近半数径流量产自于夏季。新疆车尔臣河流域属于典型的暖温带极端大陆性干旱荒漠气候区。蒸发强烈，降水稀少，生态环境脆弱，呈现荒漠绿洲、灌溉农业的特点，水资源时空分布不均、使用效率效益较低、供需矛盾突出，是制约当地经济社会高质量发展和生态文明建设的首要问题和关键因素。

河道取水口处来水高含沙及其给灌区带来的问题仍无法改变，亟待寻求新的可靠的取水口位置，提出最佳引水水源布局方案，为多泥沙河流引水水源布置提供技术支撑。

1 引水水源工程现状

车尔臣河流经昆仑山北麓，是塔里木河下游绿洲的生命线之一，它与塔里木河一道共同维系着塔克拉玛干沙漠东部的绿色长廊，也是且末县的母亲河。车尔臣河是一条高含沙河流，因地处塔克拉玛干大沙漠东南部，由于流沙的堵塞，车尔臣河在历史上曾三次被迫改道，使闻名西域的且末古城两度被风沙吞噬，目前河东的沙漠仍以每年5～10m的速度自东向西推进，大量的砂砾带入河道，加之河道两岸沿线冲刷，进一步加大了河道的砂砾含量。

目前，车尔臣河上建有大石门水库。车尔臣河灌区通过6个取水口引入车尔臣河水，其中有坝取水口3个，分别为第一分水枢纽、革命大渠龙口及第二分水枢纽；无坝取水口3个，分别为阿热勒取水口、河东治沙取水口及塔提让取水口；按取水口所处车尔臣河的位置分右岸取水口2个，左岸取水口 4个。首尾2个取水口(第一分水枢纽和塔提让分水口)相距约110km。由于直接从河道取水，引水浇灌的同时，大量的泥沙带入渠道，带入耕地，灌区工程损毁和耕地沙化非常严重(见图1)。

图1 现状取水口位置示意图

图2 取水方案一工程布局

2 引水水源工程存在问题

新疆车尔臣河引水水源工程目前存在取水口多而散、供水保证率低、引水含沙量大、引水枢纽建筑物老化等问题，同时大石门水库成为车尔臣河灌区的主水源工程，由于车尔臣河灌区工程缺乏系统的规划设计，灌区工程供水保证率低，现有基础设施并不能充分利用大石门水库工程建后带来的益处。

2.1 引水水源工程老化，供水保障体系薄弱

自20世纪60年代起，且末县先后在车尔臣河河道上建有引水渠首(引水口)6座，目前仅第一分水枢纽于2017年进行了除险加固，其余5座引水渠首(引水口)已运行了10～55年，均未进行过除险加固。2022年革命大渠龙口、第二分水枢纽经鉴定均为四类病险闸，其他引水渠首(引水口)也为三、四类病险闸。受建设时社会、经济及技术条件的限制，革命大渠龙口、第二分水枢纽防洪设计标准低，经过多年运行并多次遭遇超标准洪水，枢纽泄洪闸和冲沙闸部分底板及闸后护坦被冲毁，闸墩混凝土发生大面积磨损、剥落，个别闸墩出现贯通性裂缝，上下游护岸部分区段被洪水冲毁，泄洪闸、冲沙闸及引水闸钢闸门锈蚀、止水老化，闸门漏水现象严重，启闭设备老化失修，电气线路严重老化，导致枢纽闸门启闭不到位、工作环境恶劣，枢纽上游河道左岸淤积严重，已严重影响枢纽的正常运行和泄洪。

2.2 河水泥沙含量大，排沙设施不能满足使用要求

车尔臣河流域大部分地区植被较差，水土流失严重，河水泥沙含量较高，经大石门水库调蓄后第一分水枢纽断面多年平均含沙量 6.8kg/m3，其中6—8月平均含沙量11.5kg/m3，最大值平均 8.5kg/m3。目前在车尔臣河第一枢纽左岸建有厢式沉沙池 1座，第二枢纽下游东风干渠建有沉沙池1座，但有限的排沙设施远不能满足使用要求，导致输水渠道淤积、泥沙进入下游灌区田间等现象非常普遍，随着不断清挖渠道和泥沙进入田间，逐渐形成“地高水低”，渠道面临废弃，影响了工程效益的正常发挥。

2.3 管理技术力量薄弱，管护资金筹措困难

管理体系不健全，人员、经费尚未得到落实，存在管理人员专业技术水平参差不齐、培训不到位等诸多问题。例如第一分水枢纽水管站现状管理人员为4人，根据相关规定，本枢纽管理定员级别为4级，需管理人员8人，故车尔臣河第一分水枢纽需新增管理人员4名。

3 引水水源工程布置

3.1 引水水源工程布局原则

围绕灌区功能定位，考虑灌区的工程学、经济学、生态学、景观文化等灌区属性，科学布局工程设施体系，完善工程体系，提升灌区现代化水平，并充分体现布局“技术可行、经济合理”的原则。本着节水、节地、节能、节材的原则，针对车尔臣河流域地形情况，为充分发挥可供给水资源的调配和灌溉功能，对现有取水水源工程布局进行全面复核，因地制宜合理布设工程，提出取水水源工程改造的总体布局。构建以大石门水库为龙头、现代化工程保障体系为龙骨、车尔臣河水资源为血脉、有机绿洲现代化农业和水文化展示为载体、水智慧和水生态为亮点的山林田湖草沙生命共同体布局模式。

3.2 引水水源工程布置方案

经初步分析，大石门水库建成后，车尔臣河不同断面河水泥沙含量从上游至下游逐渐增加，其中大石门水库电站尾水渠处年平均含沙量为1.75kg/m3，现状6个取水口断面大河年均含沙量平均为12.1kg/m3，其中第一分水枢纽处大河年均含沙量为6.8kg/m3，年内高含沙期在汛期6—8月，其他时段含沙量变化不大(见表1)。

表1 车尔臣河水不同分析断面的含沙量情况 单位：kg/m3

由于车尔臣河上下游不同断面水源含沙量区别较为明显，拟定了3个取水工程改造布局调整方案进行比选：一是沿用现状取水口，并在每个取水口后设置一定规模的渠首沉沙池；二是改造整合现状所有取水口，统一从最上游的第一分水枢纽取水；三是改造整合所有取水口，在上游在建大石门水库的坝后电站尾水渠设置新的取水口。

3.2.1 取水方案一

本方案为现状取水口改造方案，水源仍为车尔臣河大河来水。工程改造思路是通过对现状6个取水口的更新改造提升和取水口后渠首沉沙池的设置，满足灌区用水含沙量要求；通过二次沉沙工程的设置实现城乡生活供水对水源含沙量的要求。本方案建设内容为取水口改造工程6处，其中重建5处，除险加固1处(车尔臣河第一分水枢纽)，建设渠首沉沙池6座(总容积7.78万m3)，建设生活供水二次沉沙池容积5.40万m3。本方案估算工程改造建设总投资约4.43亿元，其中沉沙池工程总投资约1.96亿元，工程建成后年运行费为0.21亿元，考虑沉沙池泥沙含量及冲沙清淤周期，按40年计入沉沙池等更新改造投资，则本方案的总费用现值11.8亿元(见图 2)。

3.2.2 取水方案二

本方案为现状取水口整合改造利用方案，即通过整合连通灌区现状取水干渠，改造后灌区集中从第一分水枢纽处取用车尔臣河干流水。建设内容为：取水口改造工程1处、沉沙池1座(容积6.02万m3)、灌区内连通渠3.72km、生活供水二次沉沙池容积5.40万m3。本方案估算工程改造建设总投资约3.02亿元，其中沉沙池工程投资约1.70亿元，工程建后年运行费为0.11亿元，考虑沉沙池泥沙含量及冲沙清淤周期，按40年计入沉沙池等更新改造投资，则本方案的总费用现值为8.3亿元(见图3)。

图3 取水方案二工程布局

3.2.3 取水方案三

本方案为新建取水口方案，即取水口整合至大石门水库坝后电站尾水渠，引用大石门水库水。大石门水库坝后电站尾水渠正常水位2183.10m，尾水平台高程2185.60m，宽10m，发电引用流量为82m3/s，本工程设计取水流量25m3/s，规模上满足要求，且不挤占生态用水，可实现整合取水口至大石门水库坝后电站尾水渠取水。鉴于地形限制，取水需通过在大石门水库电站尾水渠下游山体中开挖隧洞将水引出后接明渠(管道)。因水库电站尾水渠高程较高，有尾水平台场地可以利用，岸塔式进水口施工不需全年围堰挡水，利用进口作为隧洞开挖的工作面，施工交通便利，利于缩短施工工期、降低施工难度，具备较好的施工条件。同时考虑到大石门水库在汛期6—8月相机泄洪排沙，对本工程取水水质的潜在影响，在第一分水枢纽西岸大渠渠首适宜位置设备用沉沙池(见图4)。本方案建设内容为新建取水口1处、输水渠32km、灌区内连通渠3.72km、备用渠首沉沙池1座(容积3.76万m3)。本方案估算工程改造建设总投资约10.46亿元，其中沉沙池工程总投资约0.56亿元，工程建后年运行费为0.22亿元，考虑沉沙池泥沙含量及冲沙清淤周期，按40年计入沉沙池等更新改造投资，则本方案的总费用现值为12.7亿元(见表2)。

表2 取水口工程改造布局方案特性对比

图4 取水方案三工程布局

3.3 方案比选分析

取水工程布局改造方案一，具有建设投资较低，与大石门水库原设计供水方式一致的优点；但由于现状取水口含沙量较高、沉沙池清淤周期短、使用年限短，运行期沉沙池更新改造费高，致使工程分析计算期内总费用现值不低；并且因有3个无坝取水口，对于下游主流摆荡的车尔臣河来水，常年来看，存在取不上水的潜在可能，致使取水口取水保证率较低；该方案对后期运维管理水平要求较高，管理不到位可直接造成高含沙入灌区；此外由于大河两岸淘刷及沙漠侵蚀较为严重，也会造成拦河取水建筑物更新改造费用较高。

取水工程布局改造方案二，具备工程投资较小的优点，虽然相对于方案一可在一定程度上减小灌区高含沙水引入的风险，但方案一存在的问题，方案二仍无法完全改观。

取水工程布局改造方案三，具有供水保证率高、水质清澈、能兼顾移民村生活供水、可作为且末县城第二水源工程、后期现代化统一管理方便等优点。因需建设32km 输水管道，工程建设投资在三个方案中最高；但由于易损工程的更新改造费用大大减少，全计算分析期的总费用现值与方案一接近。

综合考虑各比选方案的优缺点，方案三可从根本上解决灌区现状引水必引沙而造成的耕地沙化、农民减产减收、水利工程损毁、生态环境恶化等突出问题，因此，引水水源工程改造布局方案选择方案三，即新建取水口从大石门水库尾水取水，并优化灌区灌排渠系工程布局的方案(见表3)。

表3 引水水源工程改造布局方案对比

4 结 语

新疆车尔臣河引水水源工程的实施，对改善新疆车尔臣河流域水资源时间、空间分布不均和应对且末县和农二师37团发生旱情具有重要意义。本文分析了新疆车尔臣河引水水源工程布局的可能性方案，经综合比较后，确定了新建取水口从大石门水库尾水取水的布置方案，以充分发挥大石门水库工程的灌溉效益，提高车尔臣河水资源利用效率。本文研究结果可供类似地区取水水源工程的方案比选参考和借鉴。