新疆大石門水利樞紐防汛調度運用方案研究

董江偉 李 江

(1.石河子大學水利建筑工程學院，新疆 石河子 832003；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000；3.且末縣水利綜合服務中心，新疆 且末縣 841900)

1 工程概況

大石門水利樞紐是車爾臣河流域規劃中確定的近期開發的重點控制性樞紐工程，是一項承擔防洪、發電和灌溉任務的綜合利用水利樞紐工程[1]。水庫總庫容1.27億m3，水庫正常蓄水位2300.00m，調節庫容0.99億m3，死庫容0.18億m3，水庫承擔灌區34.14萬畝農田的灌溉供水任務，可將下游防護對象的防洪標準由現狀的不足3年一遇提高到20年一遇，電站裝機60MW，發電引水流量82.0m3/s，年發電量1.765億kW·h。大石門水利樞紐為Ⅱ等大(2)型工程，樞紐主要由攔河壩、表孔溢洪洞、底孔泄洪洞(導流洞改建，龍抬頭形式)、發電引水洞、地面廠房及電站尾水渠等組成。大石門水利樞紐攔河建筑物按100年一遇洪水設計(對應洪峰流量1359m3/s)，2000年一遇洪水校核(對應洪峰流量2235m3/s)；消能防沖建筑物防洪標準為50年一遇(對應洪峰流量1159m3/s)，電站廠房設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為200年一遇(對應洪峰流量1561m3/s)[2，3]。

2 水庫防洪功能定位

2.1 車爾臣河洪水特點

車爾臣河是流向塔里木盆地的一條內陸河，發源于昆侖山北坡，是以冰雪融水為主要補給來源的山溪性河流，流域南部延伸至昆侖山和阿爾金山山脈，與西藏自治區接壤；北部深入到塔克拉瑪干大沙漠與巴州尉犁縣相望；西部與且末縣喀拉米蘭河流域相連；河流東北部延伸至巴州若羌縣臺特馬湖與塔里木河相通。壩址區多年平均流量27.60m3/s，多年平均徑流量8.71億m3。徑流年內分布不均，春夏兩季占全年徑流總量的72.06%。車爾臣河枯水期集中在12月至次年2月，大石門壩址斷面多年平均最枯月流量為5.93m3/s，多年平均最枯月徑流量0.159億m3。

2.1.1 車爾臣河洪水成因

車爾臣河洪水就其成因和發生時間而言可分為春季末或夏季初的季節性積雪融水型洪水、夏季暴雨型洪水和降雨、融雪混合型洪水3種類型。融雪型洪水多發生在3月底至4月初，在車爾臣河幾乎年年發生，但洪峰流量值相對較小。暴雨型洪水多出現在5—8月，此類洪水峰高量大，易對下游構成危害。融雪、降雨混合型洪水，也多發生在5—8月，此類洪水偶有發生，但同樣具有峰高量大的特點。

2.1.2 車爾臣河洪水時空分布特性

根據且末站各年(1958—1989年、1999年、2001—2005年、2011—2019年)實測各月最大流量，繪制且末站歷年各月最大流量散布圖(見圖1)。由圖可見，年最大洪峰流量主要出現在4—8月，其中4—6月為前汛期，7—8月為主汛期，9月至次年3月為比較穩定的平、枯水期。在且末水文站49場年最大洪水中，7月發生年最大洪水的比例最高，為34.7%，其次為6月和8月，分別為26.5%和24.5%。

圖1 且末水文站歷年各月最大流量散布

2.2 防洪保護對象和防洪標準

車爾臣河灌區主要分布在車爾臣河第一分水樞紐至塔提讓大橋河段，河道長112.6km，是車爾臣河重點的防洪保護河段，沿線分布有巴州且末縣且末鎮、阿熱力鎮、瓊庫勒鄉、托格拉克勒克鄉、巴格艾日克鄉、阿克提坎墩鄉、塔提讓鎮、庫拉木勒克鄉、恰瓦勒墩開發區、河西開發區和兵團37團。該河段有車爾臣河第一分水樞紐，一、二級水電站，新長征公路橋，革命大渠引水龍口，阿熱勒大橋，車爾臣河第二分水樞紐，塔提讓引水渠首，塔提讓大橋等重要工程設施。從革命大渠引水龍口到塔提讓大橋段兩岸為農田及居民點，是且末縣政治、經濟、文化中心和主要的農、林、牧業生產地區。通過對車爾臣河防洪保護對象進行分析，重點防護保護對象防洪標準為50年一遇，一般保護對象防洪標準為20年一遇。

2.3 安全泄量

車爾臣河防洪工程總體布局采用庫堤結合方案[4-6]，在水庫建成前，對現有的堤防、護岸工程進行修繕，使其能夠抵御3年一遇的洪水，且末站斷面的安全泄量為213m3/s，壩址斷面為400m3/s，剩余防洪任務由水庫承擔，使流域最終達到抵御20年一遇洪水的設計標準。因此壩址斷面安全泄量為400m3/s。

2.4 流域防洪總體布局

車爾臣河防洪規劃的總體布局為在上游山區段修建大石門水利樞紐，攔蓄調節洪水，削減洪峰，水力發電，變水害為水利。平原區河道中游段修建堤防、護岸工程，清除河道中的阻水建筑物；規劃分洪工程，提高河道防洪能力，增加河道安全泄洪量，保護好沿岸耕地、居民點、公路、渠道、引水樞紐和交通橋，因地制宜，就地取材，建立永久性防洪工程體系；同時保護好流域內的林草植被，涵養水源，削峰滯洪，保證有一定的徑流量注入塔里木河的尾閭——臺特馬湖。通過防洪工建設，將車爾臣河下游一般防洪保護對象防洪標準從不足3年一遇提高到20年一遇，以此逐步形成并完善蓄、防、泄相結合的防洪工程體系，解決車爾臣河防洪問題，造福車爾臣河流域各族人民。

2.5 水庫防洪庫容

水庫工程任務以灌溉、防洪為主，兼有發電等綜合利用[4]，下游且末縣城防洪標準為20年一遇，其余沿岸鄉鎮及農田防洪標準為10年一遇。水庫設計洪水標準100年一遇，相應洪峰流量1359m3/s；校核洪水標準2000年一遇，相應洪峰流量2235m3/s。結合車爾臣河流域防洪總體布局，通過大石門水利樞紐工程與河道防洪工程聯合運行，根據《新疆車爾臣河大石門水利樞紐工程初步設計報告》批復，大石門水庫正常蓄水位為2300.00m，死水位為2245.00m，汛期限制水位為2291.00m，防洪高水位為2300.00m，設計洪水位為2300.00m，校核洪水位為2303.36m；總庫容為1.27億m3，調節庫容為0.99億m3，防洪庫容為0.19億m3。

2.6 水庫特征水位

2.6.1 汛限水位

大石門水利樞紐是車爾臣河上唯一的控制性工程，承擔著車爾臣河下游的防洪任務。根據車爾臣河的河流特點和大石門水利樞紐工程初步設計成果及相關部門批復意見，大石門水利樞紐興利和防洪完全結合對工程的運行較為有利。因此，經調洪演算確定大石門水利樞紐的汛限水位為2291.0m，在防洪調度時段內，未發生洪水時，水庫水位不應超過防洪限制水位。

2.6.2 防洪高水位

根據大石門水利樞紐下游防洪保護對象的標準，以汛限水位2291.00m為起調水位，對20年一遇的洪水過程進行調洪演算，壩前最高水位為2300.00m。因此大石門水利樞紐的防洪高水位為2300.00m，50年淤積后的水庫防洪庫容為0.19億m3。

2.6.3 設計洪水位

根據大石門水利樞紐的規模和壩型，其設計洪水標準為100年一遇。按照調洪原則，以2300.00m為起調水位，對100年一遇的洪水過程進行調洪演算，壩前最高水位為2300.00m。因此大石門水利樞紐的設計洪水位為2300.00m，50年淤積后的水庫攔洪庫容為0+0.19=0.19億m3。

2.6.4 校核洪水位

根據大石門水利樞紐的規模和壩型，其校核洪水標準為2000年一遇。按照調洪原則，以2300.00m為起調水位，對2000年一遇洪水過程進行調洪演算，壩前最高水位為2303.36m。因此大石門水利樞紐的校核洪水位為2303.36m，50年淤積后的水庫調洪庫容為0.08+0.19=0.27億m3。

3 水庫防洪調度方案

3.1 防洪調度原則

在保證樞紐工程安全的前提下，減少下游河道防洪損失；水庫防洪調度應按不同級別調度權限，服從各級防汛指揮部門調度；在一般洪水(20年一遇洪水標準以內)，按批準防洪安全泄量400m3/s(壩址斷面)下泄調度，確保下游保護對象防洪安全；在遭遇超標準洪水(高于20年一遇洪水標準)，按照保大壩安全為主進行調度，確保工程安全度汛，下泄流量不超過前述入庫洪峰流量；泄洪系統聯合泄洪，各工程措施應協調配合，充分發揮各泄洪建筑物的泄洪能力。

3.2 防洪調度權限

大石門水利樞紐防洪調度時段為6—8月，即每年汛期的6月1日—8月31日。根據大石門水利樞紐初步設計成果及相關部門批復意見，大石門水利樞紐承擔車爾臣河流域下游防洪任務，其汛限水位為2291.00m，在防洪調度時段內，未發生洪水時，水庫水位不應超過汛限水位；在一場洪水發生后，應盡快回落至汛限水位。

3.2.1 一般洪水調度權限

水庫水位小于防洪限制水位時，由巴州大石門水庫管理處指揮調度。

水庫水位超過防洪限制水位時，由巴州大石門水庫管理處指揮調度，向巴州防汛抗旱指揮部和且末縣防汛抗旱指揮部報告；配合防汛部門，根據入庫流量盡快使水庫水位消落至防洪限制水位。

3.2.2 超標準洪水調度權限

水庫水位超過設計洪水位時，應上報新疆維吾爾自治區防汛抗旱總指揮部，由新疆維吾爾自治區防汛抗旱總指揮部辦公室發出調度指令，巴州防汛抗旱指揮部指導大石門水庫管理處具體調度，盡快使水庫水位消落至防洪限制水位。

當水庫水位超過水庫校核洪水位或是遭遇地震等不可抗拒自然災害危及水庫大壩安全時，由新疆維吾爾自治區防汛抗旱總指揮部辦公室啟用水庫大壩安全管理應急預案調度。

3.3 防洪調度運行方案

3.3.1 防洪調度方式

3.3.1.1 一般洪水的防洪調度方式(確保防洪安全)

汛限水位2291.00m至防洪高水位2300.00m區間為確保下游防洪安全的防洪調度區。在車爾臣河汛期6—8月，防洪調度方式如下：

當入庫洪水不大于大石門水庫壩址安全泄量400m3/s時，根據入庫洪水下泄，庫水位維持在汛限水位(2291.00m)以下。

當入庫洪水大于大石門水庫壩址安全泄量400m3/s時，按照安全限泄流量(400m3/s)下泄，利用防洪庫容削減洪峰，確保車爾臣河流域下游保護對象防洪安全，水位逐漸上漲。

3.3.1.2 超標準洪水防洪調度方式

當入庫洪水繼續增加，庫水位達到或超過防洪高水位2300.00m時，防洪調度方式轉入確保大石門水庫大壩安全的調度階段。水庫防洪高水位2300.00m至校核洪水位2303.36m區間為確保水庫大壩安全的防洪調度區。在車爾臣河汛期6—8月，防洪調度方式如下：

當入庫洪水繼續增加，庫水位超過防洪高水位2300.00m時，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)以泄流能力下泄洪水，盡量確保庫水位不超過校核洪水位。

當入庫洪水繼續增加或無減小趨勢，且庫水位已達到或超過校核洪水位時，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)同時泄洪，以泄洪建筑物泄流能力下泄水量，同時水庫調度運行轉入水庫大壩安全管理應急預案實施階段，按照已批復的水庫大壩安全管理應急預案進行調度。

當入庫洪水減少，且庫水位高于防洪高水位時，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪道)同時泄洪，使庫水位在允許的降速范圍內盡快回落。

3.3.2 防洪調度的判別條件

采用入庫流量和庫水位作為洪水調度方式的判別條件(見圖2、表1)。庫水位采用大石門壩上水位站監測值。

圖2 大石門水利樞紐泄流能力曲線

a.入庫洪水流量小于400m3/s(大石門壩址斷面的安全泄量)時，首先啟動底孔泄洪洞泄洪，來多少泄多少，維持汛限水位2291.00m不變。

b.隨著入庫洪水增大，洪峰流量大于400m3/s，而小于897m3/s(20年一遇洪峰值)時，至庫水位上升到超過汛限水位2291.00m，而不大于防洪高水位2300.00m時，通過底孔泄洪洞使出庫流量按壩址限泄流量400m3/s下泄；隨著入庫洪水的繼續增大，洪峰流量大于897m3/s，而小于1359m3/s(100年一遇洪峰值)時，當庫水位不大于防洪高水位2300.00m(與設計洪水位一致)時，將底孔泄洪洞全開與表孔溢洪洞共同泄洪，來多少泄多少，維持在庫水位2300.00m以下運行。

c.當水庫洪水繼續增加，庫水位上升到超過防洪高水位2300.00m(或設計洪水位)時，泄洪建筑物(底孔泄洪洞、表孔溢洪洞)按最大泄流能力同時泄洪，確保庫水位不超過校核洪水位2303.36m。

d.當水庫洪水繼續增加或無減少趨勢，且庫水位達到或超過校核洪水位2303.36m時，水庫調度運用轉入按水庫大壩安全管理應急預案處理。

e.當庫水位回落至防洪限制水位2291.00m時，逐步關閉表孔溢洪洞，由底孔泄洪洞控制下泄流量，維持防洪限制水位不變。

3.4 水庫汛期調度對上下游移民的影響

水庫上游的庫區至回水末端，都是荒無人煙之地，不存在居民淹沒影響；根據批復的設計報告成果，大石門水利樞紐承擔著車爾臣河流域中下游灌區的防洪任務，通過水庫調蓄，削減洪峰，確保車爾臣河干流流經的第一分水樞紐、革命大渠分水樞紐、第二分水樞紐、塔提讓分水樞紐和阿熱勒分水樞紐以及且末縣城遭遇20年一遇以內的洪水時不受災。當大石門水庫下泄流量達400m3/s(對應且末水文站河段控制斷面流量213m3/s)及以上時，對可能受淹區域，及早動員和組織群眾做好人員撤離和財產轉移的準備。同時對沿河堤防遇損害部位應及時進行加固搶修；如庫水位仍有繼續上漲趨勢，且末縣應急管理局、水利局和所屬鄉鎮立即通知沿河單位結合下游防洪安全泄量進行人員撤離和財產轉移。

綜上，大石門水庫防洪調度應根據車爾臣河上游布置的水文站實測流量推算入庫流量，結合歷史洪水形成規律分析，為水庫預警、提前預泄和啟動應急預案提供判定依據，實現水庫精準調度管理。同時塔里木河流域車爾臣河管理局對車爾臣河濟域防洪度汛進行統一指揮，應建立與氣象、水利和應急等部門的數據共享、應急會商和協調聯動機制，及時分析預報汛情及變化情況，作出正確決策，提高防洪調度的有效性和可靠性。

4 結 語

車爾臣河洪水災害頻發，是新疆巴州重點防洪河流之一。為保障車爾臣河防洪安全，流域防洪規劃提出“新疆大石門水利樞紐+河道防洪工程”的庫堤結合防洪工程總體布局。本文在大石門水庫承擔流域防洪功能定位研究的基礎上，結合水庫特征水位，制定了基于“入庫流量+水庫水位”雙重判別的防洪調度方案，為水庫實際防洪調度提供參考，為保障流域防洪安全提供理論支撐。