新疆孔雀河流域鐵門關(guān)水庫水沙變化特征分析

新疆孔雀河流域鐵門關(guān)水庫水沙變化特征分析

1博斯騰湖流域概況鐵門關(guān)水庫日調(diào)節(jié)水庫位于孔雀河上游，蒙古自治省首府庫爾勒市以北。這是博斯騰湖擴(kuò)展大海的唯一途徑。它特殊的地理位置，在促進(jìn)、防洪、供水、旅游等方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢?？兹负訉匍_都河流域，發(fā)源于博斯騰湖，也是開都河的繼續(xù)。開都河發(fā)源于天山南麓中部海拔4000m的依連哈比孕山，河道長525km，流經(jīng)和靜、焉耆、博湖三縣，注入博斯騰湖。全流域面積132833km2。博斯騰湖水面面積980km2，湖水自博斯騰湖流出后為孔雀河。自湖口至塔什店長65km，坡降平緩，約為1/20000；塔什店以下為鐵門關(guān)峽谷，流經(jīng)峽谷河道長14km，平均比降1/147。本地區(qū)遠(yuǎn)離海洋，屬大陸性干旱氣候。庫區(qū)降水稀少，蒸發(fā)量大。據(jù)塔什店水文站氣象資料統(tǒng)計，多年平均降水量88.9mm,最大一日降水量29.2mm。據(jù)哈曼溝雨量站降水資料統(tǒng)計，多年平均降水量100mm，最大一日降水量60.5mm。年內(nèi)降水主要集中在6、7、8三個月，占全年的69%，降水多以暴雨形式出現(xiàn)。2入庫洪水特性通過對孔雀河現(xiàn)有洪水系列分析，統(tǒng)計該河洪水的發(fā)生頻次可以看出，洪水多發(fā)生于夏季7、8兩個月，占總數(shù)的72.2%。1982年以前，孔雀河基流為博斯騰湖自然流量；自1982年博斯騰湖揚(yáng)水站建成以后，孔雀河進(jìn)入鐵門關(guān)峽谷前的水量大部分由博斯騰湖揚(yáng)水站出流，出湖水量受人為控制。由于從博斯騰湖湖口至鐵門關(guān)峽谷前，沿途屬于平原區(qū)，降雨匯入河道的水量有限，所以洪水期孔雀河基流流量變幅較小，水量較穩(wěn)定；鐵門關(guān)水庫的入庫洪水主要來自庫區(qū)內(nèi)的哈曼溝暴雨洪水。哈曼溝位于水庫大壩以上2.3km處，該溝源自深山，流域面積125km2，是一干溝，平日無水，但逢夏季常有一、二次暴雨山洪發(fā)生，歷時一般為4～8h。因此，鐵門關(guān)水庫的入庫洪水呈現(xiàn)如下特性：洪峰高，洪量小，洪峰歷時短，洪水過程陡漲陡落，一般呈單峰型。開都河的泥沙在博斯騰湖湖口就逐漸淤積，對孔雀河沒有影響?？兹负雍铀骶徦澹沉亢艿?。鐵門關(guān)水庫的泥沙淤積主要來自哈曼溝。哈曼溝植被極差，溝道縱橫，滿布風(fēng)化的變質(zhì)巖、泥巖以及第四系的洪積、沖積層，每逢暴雨，水土流失非常嚴(yán)重，洪水?dāng)y帶大量的泥沙和礫石進(jìn)入鐵門關(guān)水庫。因此，鐵門關(guān)水庫的泥沙淤積與洪水息息相關(guān)。3水庫正常蓄水位3.0m海鐵門關(guān)水庫地形狹窄，為一山谷型小水庫，庫容系數(shù)為0.1%。由于歷年洪水挾帶大量泥沙進(jìn)入水庫，水庫淤積嚴(yán)重。從水庫運(yùn)行至今，庫盤普遍淤高3～4m,水庫上游一帶，1045.00m高程時的水面線已退縮到原孔雀河北岸。據(jù)1993年庫容資料顯示，水庫正常蓄水位1045.00m高程以下現(xiàn)存庫容僅為195萬m3，僅占原設(shè)計庫容的35.4%。表1是1978年、1993年兩次復(fù)核水庫庫容時的庫水位～庫容曲線特征值對比情況,從表1可以看出:鐵門關(guān)水庫的死庫容已經(jīng)損失殆盡,調(diào)節(jié)庫容比蓄水初期減少了67.7萬m3，防洪庫容也比蓄水初期減少了25.5萬m3，調(diào)節(jié)、防洪能力大大下降。4沒有設(shè)置攔沙設(shè)施，造成水庫泥沙沉積嚴(yán)重設(shè)計過程中，由于對入庫泥沙認(rèn)識不足，沒有考慮排沙問題，因而也就沒有設(shè)置攔沙、排沙設(shè)施，造成水庫淤積嚴(yán)重。實踐證明，鐵門關(guān)水庫的泥沙淤積存在明顯的洪水特性，只要采取合理洪水調(diào)度，就可以減緩甚至防止水庫泥沙淤積。因此，下面著重闡述洪水調(diào)度。4.1洪水分析：作為洪水蓄存(1)以正常蓄水位1045.0m為起調(diào)水位。(2)整個泄洪過程中,保持發(fā)電流量86m3/s不變。(3)100a一遇洪水的安全泄量為236m3/s(發(fā)電86m3/s，泄洪洞150m3/s),1000a一遇洪水的安全泄量為336m3/s（發(fā)電86m3/s，泄洪洞250m3/s)。(4)洪水到來即開啟泄洪閘泄洪，并逐漸加大閘門開度，使庫水位維持1045.0m不變，直至泄洪流量達(dá)到236m3/s為止。若洪水繼續(xù)上漲，則多余洪量蓄存于水庫內(nèi)。當(dāng)庫水位達(dá)到1047.0m以后，如果洪水繼續(xù)上漲，則再次加大泄洪閘門開度，泄量由236m3/s逐漸增至336m3/s，且水庫最高洪水位控制為1047.3m。4.21應(yīng)用情況(1）起調(diào)水位為正常蓄水位1045.0m。(2)100a一遇洪水和1000a一遇洪水的最大泄量都控制在150m3/s以內(nèi)。4.32．天然洪水不超過設(shè)計高度(1）起調(diào)水位為正常蓄水位1045.0m。(2）當(dāng)入庫洪水流量小于100a一遇設(shè)計洪水流量309m3/s，且?guī)焖徊怀^原設(shè)計洪水位1047.0m時，由泄洪洞進(jìn)行泄洪，再加上發(fā)電流量86m3/s，控制最大泄量為150m3/s。(3）當(dāng)入庫洪水流量大于100a一遇設(shè)計洪水流量309m3/s，且?guī)焖怀^原設(shè)計洪水位1047.0m時，由泄洪洞進(jìn)行泄洪，再加上發(fā)電流量86m3/s，控制最大泄量為250m3/s。4.4調(diào)洪方案原設(shè)計和歷次復(fù)核都是以水庫正常蓄水位1045.0m為起調(diào)水位，就水庫本身的泄洪能力而言不存在任何問題。即使1000a一遇洪水也完全可以安全下泄，不會發(fā)生洪水漫頂潰壩事故，但是沒有更好地發(fā)揮水庫的防洪效益，大壩下游8km處的庫爾勒市是巴州的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，其防洪能力較低。為了減輕庫爾勒市的防洪壓力，1982年，電廠技術(shù)人員對水庫調(diào)洪方式進(jìn)行了多種方案比較后，確定采用“相機(jī)調(diào)洪”方式，即將汛限水位下調(diào)為1044.0～1044.5m，而且還規(guī)定接到洪水預(yù)報后，再將庫水位下降到1043.0～1043.5m。這樣，在100a一遇洪水情況下，最大泄量即使控制在100m3/s，也能保證大壩安全，滿足大壩防洪要求。2000年，庫爾勒市政府對孔雀河城區(qū)段進(jìn)行了大規(guī)模的疏浚、改造，孔雀河的行洪能力大為改觀，而且通過2000年洪水復(fù)核發(fā)現(xiàn)，目前鐵門關(guān)水庫采取的泄洪流量偏小，經(jīng)過重新計算，并報地方政府批準(zhǔn)，決定鐵門關(guān)水庫100a一遇洪水的泄量控制在150m3/s以內(nèi)，1000a一遇洪水的泄洪流量控制在250m3/s以內(nèi)，初始泄洪流量比1982年方案普遍增大25m3/s。為了減少水庫淤積，縮短多泥沙洪水在水庫內(nèi)的滯留時間，并利用洪水沖淤，實現(xiàn)排渾蓄清，根據(jù)“相機(jī)調(diào)洪”方式確定的調(diào)洪方案，在每次泄洪開始時，在允許的范圍內(nèi)有意識地選擇略微偏大的泄洪流量，使庫水位在泄洪初期保持不升或略有下降。當(dāng)洪水過后，并不立即減小泄洪流量，仍用本次泄洪過程中的最大泄量繼續(xù)一段時間，使庫水位盡快下降到1043.0m，使庫內(nèi)蓄存的多泥沙洪水盡可能快地排出庫外，以減少水庫調(diào)節(jié)水深范圍內(nèi)的淤積。待庫內(nèi)蓄水變清后，再逐步使庫水位回升到1044.0～1044.5m之間運(yùn)行。5庫容消散，調(diào)節(jié)能力下降28a以來，鐵門關(guān)水庫超常發(fā)揮了其防洪作用，確保了其下游巴州首府庫爾勒市不受洪災(zāi)侵害。但是，由于當(dāng)初設(shè)計時對水庫泥沙淤積認(rèn)識不足，這種一味考慮下游防洪安全的防洪調(diào)度，致使鐵門關(guān)水庫庫容銳減，調(diào)節(jié)能力