淺析水庫初期蓄水計劃的編制

劉 江

(新疆水利水電規劃設計管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

編制初期蓄水計劃的任務是在滿足下游城鄉生活、工業、環境、已建水利工程必需用水量和水位要求的前提下，研究水庫從開始蓄水至正常運用所需的時間、初期用水分配方案、水庫運行方式及可能獲得的水利、水能效益等，為有關部門擬定用水發展規劃提供依據。[1]本文以新疆克孜加爾水庫為例，結合所承擔的綜合利用任務、度汛方案和水庫形象面貌，選擇了下閘時間，分析對下游的影響，從考慮上游水庫是否參與補水兩種工況下，采用方案比選論證確定合理的下閘蓄水時間和蓄水周期，分析編制水庫初期蓄水計劃方案的方法。

1 克孜加爾水庫概況

克孜加爾水庫工程位于新疆阿勒泰市境內的克蘭河峽谷出山口上游處，河源至阿勒泰水文站河長65km，是克蘭河的主要產流區。克孜加爾水庫位于阿勒泰水文站下游直線距離40.5km，距烏魯木齊778km。工程開發任務是農牧業灌溉和生態用水，并兼顧發電。克孜加爾水庫工程主要建筑物由攔河壩、溢洪道、泄洪兼導流洞、發電洞、發電廠房組成。克孜加爾水庫工程為Ⅱ等工程，工程規模為大(2)型。[2]。水庫總庫容1.76億m3，壩型為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，死庫容1.18億m3，死庫容較大，克蘭河夏季灌溉任務重，冬季徑流量較小，下閘蓄水難度較大。

2 泄洪洞進口閘門下閘時間選擇

根據本工程預定目標水庫建成后次年4月1日開始供水，為此需要泄洪洞進口閘門提前下閘蓄水，但下閘時間的選擇對水庫的初期蓄水影響較大，因此需要對其進行深入的研究。

根據下閘前要求的形象面貌，下閘蓄水前施工任務相對較緊，下閘時間適當往后推，對于緩解下閘蓄水前的施工壓力是有好處的，但下閘時間較晚，克蘭河冬季水量較少又會影響樞紐的正常供水時間，因此要對樞紐的下閘時間進行比較。

從克蘭河徑流特點看，每年5—6月為該河汛期，由于汛期來水量較大，不適宜下閘蓄水，泄洪洞安全門安裝完成時間在9月底或10月底，下閘的時間應該為10月或11月初，若10月底安全門不能到位則下閘時間需要延長到次年3月1日。故根據施工進度要求，下閘時間可選擇供水期末下閘(10月、11月和次年3月)3種方案，而影響下閘方案選擇的主要因素是下閘蓄水前施工形象面貌要求。目前克蘭河流域已建成水庫2座——塘巴湖水庫和阿葦灘水庫，但僅有塘巴湖水庫位于本工程上游15.5km，為大型平原灌注式水庫，現狀正常蓄水位對應庫容為2.20億m3，興利庫容為1.18億m3，可在水庫初期蓄水時進行補水，3個工程下閘

表1 3個工程下閘蓄水時間方案及塘巴湖補水情況比較表(P=50%)

蓄水時間方案及塘巴湖補水情況對比見表1。

由表1可以看出，3個方案塘巴湖水庫若不參與補水，水庫初期蓄水均會到4—5月完成，影響明年一年的水庫效益。塘巴湖水庫補水后前3個下閘方案均能在4月1日前蓄滿，但考慮到塘巴湖歷年的運行情況分析，一般年份塘巴湖冬季的運行水位為662m，相應庫容為1.71億m3，調節庫容為0.69億m3，因此為保證次年4月供水任務，考慮有一些水量富裕，克孜加爾水庫須選擇在當年10月1日下閘。

3 初期蓄水的原則和方式

3.1 蓄水原則

根據以上分析，克孜加爾水庫選擇當年10月1日下閘蓄水，并計劃次年4月1日開始供水發揮效益，因此將當年10月1日—次年3月30日定為該工程的初期蓄水期。

克孜加爾水庫初期蓄水計劃的編制，應在確保大壩防洪、蓄水安全前提下，盡可能加速初期蓄水的進程，提前發揮工程效益，并盡可能減小對下游環境和已建工程的負影響。初期蓄水遵循的主要原則有：

(1)足樞紐下游河段灌溉、河道生態等用水要求。

(2)明年4月灌溉期，爭取把水庫水位蓄至死水位，以便明年秋灌的蓄水要求。

(3)在滿足主壩蓄水的同時，需要重點考慮蓄水擋水壩段的壩基揚壓力、壩體應力及壩體變形等監測項目應基本具備監測條件，并取得初始值的條件下，每蓄水10m觀測2d，在保證壩體安全的情況下，盡快完成初期蓄水，盡早發揮工程效益。

3.2 蓄水方式

克孜加爾水庫不改建導流兼泄洪洞，在蓄至底孔底板高程604.40m之前，下游不斷流，此時必須通過底孔提供下游灌溉和河道生態用水；當庫水位升至624.40m后，泄洪洞事故安全門正常運行前停止蓄水，為了冬季底孔的安全運行(保證底孔閘門在20m水頭以下運行)，泄洪洞事故安全門正常運行后繼續蓄水，上游塘巴湖逐月均勻泄水5個月，即冬季11月—次年3月塘巴湖水庫電站增加1臺機組發電，以利于本工程穩步蓄水至死水位。此后，2個水庫可正常運行。

4 初期蓄水計算

目前動能專業常用的蓄水計算方法有時歷法和概率法，考慮到目前計算機的普及和運算能力的提高，為保證精度，本次采用時歷法對克孜加爾水庫工程計算分析。

4.1 初期蓄水徑流代表年選擇

根據施工組織設計規范要求和概率普遍性，選擇年來水為P=25%(豐水年)、P=50%(平水年)、P=75%(枯水年)的3個典型年進行初期蓄水計算。克孜加爾水庫壩址斷面還原后多年平均徑流量為6.983億m3，而設計枯水年(P=75%)的年徑流量僅有5.308億m3，徑流的年際變化較大。克蘭河的豐水期為4—10月，水量約占全年水量的92%以上，其中5—7月3個月來水特別集中，水量約占多年平均水量的71.5%。根據克蘭河的徑流特點和克孜加爾水庫蓄水時間，選擇了P=25%(豐水年)、P=50%(平水年)、P=75%(枯水年)3個典型年，各方案3個典型年的月均流量詳見表2。

4.2 初期蓄水期間的下游需水

克孜加爾水庫壩址下游需水主要由下游灌區用水和壩址斷面生態基流組成。

4.2.1下游灌區需水

克蘭河流域水量主要用于當地農牧業灌溉，位于克孜加爾水庫以下引水的工程見表3。

表2 典型年月均流量統計表 單位：m3/s

表3 克蘭河下游主要引水干渠現狀統計表

克孜加爾水庫下游現有從克蘭河干流上引水灌區灌溉面積27.9萬畝，年總用水量1.98億m3，冬季從10月—次年3月幾乎不用水，下游灌區綜合用水過程見表4。

4.2.2壩址斷面的河道生態需水

為維護下游河道的魚類資源等水生物的生存及河道的不斷流要求，在流域規劃中確定了河道基流和和河谷林用水，壩址斷面生態基流按枯水期泄放2.3m3/s，汛期泄放6.6m3/s。河谷林用水與基流可重復，基流可滿足河谷林用水要求。河道河谷林及基流用水過程見表5。

4.3 初期蓄水計算成果

考慮泄洪洞當年10月30日下閘，分別對豐、平、枯3個典型年進行初期蓄水計算，計算成果見表6。

表4 水庫下游灌區綜合用水過程線 單位：億m3

表5 河道河谷林用水及生態基流過程 單位：m3/s

表6 克孜加爾水庫初期蓄水計算成果統計表

4.4 初期蓄水方案的分析

通過對各方案初期蓄水計算過程和成果的分析，可以得出以下幾點結論：

(1)克孜加爾水庫導流兼泄洪洞不進行“龍抬頭”改建，孔口改建后作為底孔使用，下閘后，圍堰和壩體結合擋水，水庫水位下閘后底孔底板高程604.40m，下游河道不斷流。

(2)克孜加爾水庫泄洪洞事故安全門須在9月30日前安裝完成，在其正常運行前，水庫運行水位為624.40m，此水位是泄洪洞工作門所能承受的水頭決定(通過計算，工作閘門自由開啟所能承受的最大水頭為20m)，各典型年蓄至624.50m水位需9～43d，各典型年之間需要的時間相差較大，通過對各典型年初期蓄水計算過程分析，水庫在冬季結冰之前蓄至此水位是沒有問題的。

(3)克孜加爾水庫引水發電系統還未建設，因此初期蓄水期間滿足需盡快蓄至溢洪道底板高程不超過642.50m，在塘巴湖冬季補充水量0.6億m3的情況下，各典型年工程蓄至此水位是沒有問題的，且工程是安全的。

(4)克孜加爾水庫灌溉放水底孔進口底板高程644.00m，在此水位以下無法放水，通過對各典型年初期蓄水計算過程分析，各典型年水庫蓄至644.00m水位需78～160d，10月份蓄水豐枯水年蓄水時間變化較大，但蓄水時期河道不斷流，可以滿足初期蓄水期間下游的河道生態用水要求。

(5)克孜加爾水庫的死庫容較大，克蘭河冬季徑流量較小，為使工程趕在次年4月1日供水，塘巴湖水庫需在冬季11月—次年3月增加1臺機組發電，逐月增加下泄5m3/s，但由于塘巴湖水電站目前已由個體承包，下泄水量對其發電水頭有所影響，應由本項目業主阿勒泰市政府對該方案進行協調，可采取補償措施。

(6)當年10月1日下閘蓄水方案雖然增加了施工進度的壓力，但是可提前一年供水，盡早發揮工程效益，因而，此下閘蓄水方案是可行的。

5 結語

本文針對一座水庫初期蓄水方案編制的分析，研究了初期蓄水計劃的編制方法，分析了蓄水時間和效益的匹配度，采用對合理的下閘蓄水時間、蓄水方案和導流洞封堵方案的比較，可使初期蓄水風險控制在合理的范圍內，通過本文的分析可為死庫容大、余水少、上游有水庫幫助蓄水工程下閘蓄水和導流洞封堵提供借鑒經驗，但針對梯級龍頭電站水庫，在初期蓄水計算中，還可以控制下泄流量的擬定、用徑流順序滑動法作初期蓄水計算，研究系統保證出力和多年平均發電量。本文采用時歷法典型年計算，存在概率不全、精度不高的問題，以后可通過采用長系列分析計算來彌補，并建立蓄水周期與來水之間的關系曲線，便于適時調整蓄水方案。