彭兆軒，柳 瑩，李 江，楊玉生，2

(1.新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048)

1 概述

和田河深居亞歐大陸腹地，獨(dú)特的地理環(huán)境形成了當(dāng)?shù)馗珊瞪儆甑臍夂蛱攸c(diǎn)，作為和田地區(qū)徑流最大且最重要的一條河流，已有不少學(xué)者對其進(jìn)行了大量的研究。黃領(lǐng)梅等人分析研究了和田河徑流組成以及徑流年際變化，在氣候條件以及人類活動(dòng)的影響下，河道徑流逐漸減少[1]。王新等人分析了已建的烏魯瓦提水庫對下游的影響，研究發(fā)現(xiàn)控制性調(diào)蓄水庫建成后，致使兩支流徑流不同步，造成下游河道水量損失較大，建議加快玉龍喀什水庫的建設(shè)[2]。郭升軍和趙宏濤分別以烏魯瓦提水庫和玉龍喀什水庫為研究對象，探討了下游防洪設(shè)計(jì)思路以及防洪要點(diǎn)[3- 4]。劉海濤、徐宗學(xué)和黃領(lǐng)梅均采用Mann-Kendall檢測方法，研究了氣溫變化條件下對和田河流域內(nèi)降水以及河道徑流的影響規(guī)律[5- 7]。田家巾、施文紅和買合皮熱提·吾拉木對和田河及其支流的洪水成因進(jìn)行了分析，當(dāng)?shù)貧鉁貤l件是引發(fā)洪水的主要因素[8- 10]。從以上眾多學(xué)者的研究中不難發(fā)現(xiàn)，大都是對和田河流域的溫度、徑流以及洪水成因進(jìn)行了分析。雖然翟超、吐爾遜·買買提明和肉孜買買提·托合鐵木爾對和田河當(dāng)前防洪現(xiàn)狀、存在的問題以及防洪措施等方面進(jìn)行了研究，但均不能從根本上解決流域內(nèi)的防洪問題[11- 13]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了烏魯瓦提水庫與玉龍喀什水庫的聯(lián)合調(diào)度，采用“湊峰下泄”的控制方式，不僅可滿足向塔河的供水，維持沙漠綠色走廊的生機(jī)，也可減少下游洪水災(zāi)害，保障人民生產(chǎn)生活用水。

玉龍喀什河和喀拉喀什河是和田河的兩大支流并匯合于闊什拉什，和田河全長1127km，橫跨塔克拉瑪干大沙漠，在沙漠中形成了一條綠色走廊，最終匯入塔里木河。和田河流域地理環(huán)境極為惡劣，水資源分布不均，具有“春旱、夏洪、秋缺、冬枯”的特點(diǎn)[13- 14]。和田河流域規(guī)劃中規(guī)定和田河平均每年向塔里木河的供水量不少于9億m3[15]。流域內(nèi)共有地表水資源44.8億m3，其中玉河為22.8億m3，占水資源總量的50.9%；喀河為22.0億m3，占水資源總量的49.1%。和田河向塔里木河輸送的水量約占和田河徑流的1/4，這在很大程度上保障了塔河流域生態(tài)環(huán)境。和田河徑流的補(bǔ)給源以高山冰雪融水、低山區(qū)的降水和少量的山區(qū)地下水為主，和田河徑流組成如圖1所示。從1950年至今，和田河流域在全球溫室效應(yīng)的影響下，氣溫也在持續(xù)增高。20世紀(jì)60年代以前，氣溫升高速度相對緩慢；20世紀(jì)90年代以后，氣溫增幅較為明顯[5- 7，16]。和田河流域多年平均氣溫12.4℃，極端最高氣溫可達(dá)到42.1℃，極端最低氣溫可達(dá)到-23.2℃。氣溫上升對和田河洪水影響較大，加速了洪水的發(fā)生。

圖1 和田河徑流組成

2 和田河水利工程及防洪現(xiàn)狀

2.1 水利工程現(xiàn)狀

和田地區(qū)現(xiàn)有大中小型水庫58座，總庫容達(dá)到19.76億m3，其中已建的烏魯瓦提水利樞紐工程和擬建的玉龍喀什水利樞紐工程均為大(2)型，總庫容為8.83億m3，占總庫容的44.7%；中型水庫為15座，總庫容為9.54億m3，占總庫容的48.3%，如圖2—3所示。大中型渠首共46座，其中玉龍喀什河渠首、喀拉喀什河渠首引水流量均為150m3/s。從圖1中不難發(fā)現(xiàn)，和田地區(qū)以平原水庫為主，占水庫總數(shù)的74%，山區(qū)水庫只有15座，占水庫總數(shù)的26%，缺乏控制性水利樞紐工程。截止當(dāng)前，僅有2座大型水庫且其中1座為擬建，大多數(shù)為小型的平原水庫，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，水庫開發(fā)強(qiáng)度為6.0%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全疆平均水平。

已建的烏魯瓦提水利樞紐是和田河流域喀河上唯一的控制性骨干工程，喀河發(fā)源區(qū)有較豐富的冰川群，其中冰川有1987條，面積達(dá)2163.2km2，冰川儲量156.09m3，融水徑流占該河年徑流量的46.6%[17- 18]。河流全長808km，流域面積為26600km2，徑流量21.9億m3，流經(jīng)和田、皮山、墨玉三縣(市)，灌區(qū)耕地面積達(dá)6.7萬hm2。大壩采用的是混凝土面板堆石壩，最大壩高133m，總庫容3.34億m3，年發(fā)電量1.97億kW·h，灌溉面積12.13 hm2。每年6—7月空庫運(yùn)行，8月水庫蓄水至汛限水位，8—9月蓄至正常蓄水位，從10月開始至次年的5月末，水庫進(jìn)入供水期[19]。

圖2 和田地區(qū)水庫按工程類別分類

圖3 和田地區(qū)水庫個(gè)數(shù)及庫容

2.2 和田河防洪現(xiàn)狀

2.2.1洪水成因分析

流域上游為高山區(qū)，超過6000m的山峰有40余座，共有冰川3318條，冰川總面積4840.39km2，冰儲量566.42km3。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1957年開始至2015年為止共59年中，洪水有90%的概率會(huì)發(fā)生在每年的7月和8月，而發(fā)生在6月和9月的洪水概率僅為10%。和田河主要由玉河和喀河兩大支流，其洪量及洪峰流量的大小通常取決于支流上洪水的匯流情況，若兩支流來洪時(shí)間相互錯(cuò)開，則下游和田河洪水基本可控；但如果兩河同時(shí)發(fā)生洪水，在匯合口疊加后將會(huì)對和田河下游人民、耕地、牲畜、村莊以及道路帶來毀滅性打擊，兩大支流年最大洪峰流量出現(xiàn)情況統(tǒng)計(jì)見表1。通過表1中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，兩河同時(shí)發(fā)生洪水的概率為33.9%，這是由于兩河均屬于冰雪消融補(bǔ)給為主的河流，到了盛夏時(shí)節(jié)，冰雪消融，極易造成同步洪水。如最大的特大災(zāi)害性洪水發(fā)生在2015年7月31日，兩河洪量疊加并出現(xiàn)暴漲暴落的現(xiàn)象，大量的泥沙隨之沖到中下游平原地區(qū)，致使流域內(nèi)的牧民、牛羊、耕地、草場以及水利工程設(shè)施遭受到了嚴(yán)重的損失。如何避免這種現(xiàn)象的再次發(fā)生成為了當(dāng)前全疆水利工作者研究的重中之重。

表1 玉河年最大洪峰流量比喀河提前或推后占比統(tǒng)計(jì)表

由于現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)燃燒過多的煤炭、石油和天然氣，這些燃料燃燒后釋放出大量的二氧化碳，造成全球溫室效應(yīng)進(jìn)一步加劇。和田地區(qū)年平均氣溫也在隨之逐年增高，這將導(dǎo)致大面積的冰雪融化，如無調(diào)蓄工程的控制，則會(huì)發(fā)生洪水災(zāi)害。另外，在高溫環(huán)境的影響下，地表蒸發(fā)量較大，也極易形成暴雨型洪水，玉河所含中低山的集水面積較喀河大，發(fā)生暴雨型洪水的頻率也大于喀河。

2.2.2當(dāng)前防洪能力分析

2002年在喀河上建設(shè)了烏魯瓦提水利樞紐工程并投入運(yùn)行，總引水樞紐位于烏魯瓦提水利樞紐工程以下約63km處?？傄畼屑~以下30km范圍內(nèi)屬于喀河防洪重點(diǎn)河段，目前河道兩岸防洪設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)較低，不滿足50年一遇的設(shè)防要求，根據(jù)現(xiàn)場踏勘調(diào)查研究，確定下游河道安全泄量890m3/s，將常遇洪峰流量削減至500m3/s以下，將50年一遇洪峰流量削減至890m3/s。烏魯瓦提水利樞紐工程可在很大程度上削減洪水，減小對下游的沖刷破壞，也可避免與玉河洪峰疊加的情況。擬建的玉龍喀什水利樞紐工程位于玉河上游出山口處，2020年底通過水規(guī)總院初設(shè)審查。據(jù)統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)已修建提防45.58km，可將城市防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至20～50年一遇，但由于當(dāng)?shù)刎?cái)政緊張、防洪設(shè)施投入不足等問題，導(dǎo)致該河道仍未徹底改善，對下游居民的生產(chǎn)生活造成一定的安全隱患。

3 和田河防洪主要問題

3.1 缺少控制性調(diào)蓄水庫工程

玉河和喀河均屬于典型的南疆干旱荒漠區(qū)的河流，流域內(nèi)植被稀少，水土流失嚴(yán)重，極易遭暴雨侵襲而發(fā)生較大的山洪泥石流等。為控制洪水，解決下游生態(tài)、生產(chǎn)及生活用水需求，2002年在喀河上修建了烏魯瓦提水利樞紐工程并投入運(yùn)行，大大降低了下游發(fā)生洪水災(zāi)害的頻數(shù)，但由于下游部分河段提防建設(shè)不達(dá)標(biāo)，并不能保證全河斷的防洪安全。相較于喀河而言，玉河上僅修建了一座達(dá)克曲克電站，并沒有控制性調(diào)蓄水利工程，下游防洪堤老化且建設(shè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，不能有效地控制洪水，擬建的玉龍喀什水利樞紐工程于2021年1月才通過水規(guī)總院的初設(shè)審查，當(dāng)前的工作任重而道遠(yuǎn)。

3.2 已建提防建設(shè)質(zhì)量差，防洪標(biāo)準(zhǔn)低

玉龍喀什河已建永久性防洪工程共 7段，共30.22km，其中絕大部分的防洪工程仍未實(shí)施，部分已修建的臨時(shí)性防洪工程多采用梢木、梢草料以及編織袋等材料，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，抗洪能力差。當(dāng)玉龍喀什水利樞紐建成后，雖然可以消減洪峰，但長時(shí)間的下泄洪水對下游河道岸邊進(jìn)行了不間斷的沖刷，因此下游河段仍需要修建護(hù)岸工程?？幽壳熬痛嬖谒畮煺{(diào)蓄后，下泄水變清而加劇對河岸淘刷的問題，防洪任務(wù)依然嚴(yán)峻。

3.3 防洪非工程措施不完善

防洪非工程措施易被忽略且組織架構(gòu)不合理，管理體制機(jī)制與當(dāng)前的防洪建設(shè)要求存在較大偏差，仍有部分區(qū)段未按要求建設(shè)防洪預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，通訊設(shè)施老化，汛情報(bào)告不及時(shí)，未能在第一時(shí)間將來洪情況報(bào)告防洪指揮部。

4 和田河防洪對策

根據(jù)對和田河流域內(nèi)水利工程現(xiàn)狀以及防洪現(xiàn)狀的研究分析，發(fā)現(xiàn)了目前流域內(nèi)防洪治理方面存在的問題，主要是因?yàn)橛窈由袩o修建控制性調(diào)蓄工程、防洪堤工程建設(shè)質(zhì)量差且防洪標(biāo)準(zhǔn)較低、防洪管理體制機(jī)制不健全、缺乏預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)。針對以上問題，提出了幾點(diǎn)對策與建議。

4.1 實(shí)現(xiàn)兩庫聯(lián)合調(diào)度，削減下游洪量

喀河上已建的烏魯瓦提水庫改變了徑流年內(nèi)分配，可避免與玉河洪峰的疊加，減少了下游的洪水災(zāi)害，但卻破壞了河道超滲產(chǎn)流的條件，加劇了滲流損失[20]。如何降低因下泄洪峰流量不同步增加河道損失以及減少下游洪水災(zāi)害，這就需要在玉河上修建玉龍喀什水利樞紐工程，實(shí)現(xiàn)兩庫聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行方式，通過“湊峰下泄”的形式降低損失減少災(zāi)害。

4.1.1湊泄流量的確定

通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下泄流量接近河道造床流量時(shí)，可提高輸水效率，減少河道損失。根據(jù)實(shí)測河道地形和分析計(jì)算，確定和田河干流闊什拉什斷面造床流量為470m3/s，按照河道損失率系數(shù)反推到兩河渠首斷面相應(yīng)的疊加流量為560m3/s，同古孜洛克水文站和烏魯瓦提水文站斷面相應(yīng)疊加流量為610m3/s，扣除兩支流控制性水庫壩址—水文站河段區(qū)間匯流后，兩河壩址斷面疊加流量為600m3/s。通過分析計(jì)算得出，當(dāng)玉龍喀什壩址和烏魯瓦提壩址斷面集中合計(jì)下泄流量600m3/s 時(shí)，下游河道綜合損失率最小，由此確定兩河樞紐壩址斷面湊泄流量為600m3/s，即 600m3/s為兩河樞紐壩址斷面各自扣除下游灌區(qū)需水流量后要達(dá)到的流量[21]。

4.1.2湊泄方案

通過降低河道損失保證向塔里木河供水，并綜合考慮當(dāng)年河流來水、玉龍喀什水庫調(diào)蓄能力，擬定玉龍喀什水庫在6—9月?lián)駲C(jī)湊泄，即當(dāng)烏魯瓦提水庫出庫流量在120～480m3/s 之間時(shí)，玉龍喀什水庫根據(jù)出庫過程擇機(jī)湊泄，使得集中下泄流量達(dá)到600m3/s，否則玉龍喀什水庫不湊泄。這是因?yàn)闉豸斖咛岢鰩炝髁啃∮?20m3/s時(shí)，其河口收不到水；和田河兩大支流汛期基本同步，烏魯瓦提水庫下泄480m3/s時(shí)玉龍喀什水庫一旦補(bǔ)湊，下游河道水量就會(huì)大于600m3/s，輸水損失又會(huì)增大，且有可能對下游河道安全產(chǎn)生影響。以烏魯瓦提長系列出庫過程為基礎(chǔ)，研究并制定了玉龍喀什水庫6—9月的出庫過程。該水量過程包括利用玉龍喀什水庫生態(tài)庫容補(bǔ)泄流量和因水庫調(diào)度運(yùn)行的各時(shí)段其它出庫水量(如泄洪、沖沙運(yùn)行，或水庫水位變動(dòng)需要泄水等)兩部分，經(jīng)沿程蒸發(fā)、滲漏損耗后進(jìn)入和田河。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，玉龍喀什水庫建成后，與烏魯瓦提水庫聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行， 60 年長系列中動(dòng)用生態(tài)庫容總補(bǔ)湊次數(shù)85次。因水庫調(diào)度運(yùn)行(如泄洪、沖沙運(yùn)行或水庫水位變動(dòng)需要泄水等)，各月還有部分出庫水量，由此補(bǔ)泄生態(tài)水量加上其它出庫水量，與烏魯瓦提水庫出庫水量相疊加后，兩河壩址斷面達(dá)到并等于600m3/s 的次數(shù)為24次，大于400m3/s(肖塔站初期見水時(shí)兩河水文站斷面臨界流量)小于600m3/s 的次數(shù)69次，大于600m3/s 的次數(shù)有52次。通過兩庫聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，使得兩河渠首斷面多年平均下泄17.4 億m3水量時(shí)肖塔斷面收到的水量達(dá)到9.0億m3，以確?！端锬竞咏诰C合治理規(guī)劃報(bào)告》要求的和田河向塔里木河生態(tài)供水目標(biāo)[22]。

4.1.3綜合利用任務(wù)對水庫運(yùn)行方式的要求

生態(tài)供水對水庫運(yùn)行方式的要求：通過水庫聯(lián)合調(diào)度，使喀拉喀什河和玉龍喀什河兩河兩水庫壩址斷面6—9月聯(lián)合下泄流量達(dá)到600m3/s，減少河道損失，提高向塔里木河輸水效率，在確保向塔里木河生態(tài)供水9億 m3的前提下，滿足下游綜合用水需求。

灌溉對水庫運(yùn)行方式的要求：根據(jù)流域灌區(qū)供需分析成果，設(shè)計(jì)水平年2030年，需水庫在玉龍喀什渠首斷面滿足地方灌區(qū)灌溉設(shè)計(jì)供水水量7.85億m3、向兵團(tuán)昆玉市預(yù)留農(nóng)業(yè)灌溉水量1.10億m3，共計(jì) 8.95 億m3。工程供水過程線如圖4所示。

圖4 玉龍喀什灌區(qū)供水過程線(玉河渠首斷面)

防洪對水庫運(yùn)行方式的要求：玉龍喀什水庫與下游堤防結(jié)合共同承擔(dān)下游防洪任務(wù)，水庫與下游堤防聯(lián)合運(yùn)行，使防洪控制斷面玉龍喀什河渠首斷面按河道安全泄量1248m3/s(10 年一遇)進(jìn)行下泄。水庫所需防洪庫容為 0.05億m3，采用防洪庫容與興利庫容完全結(jié)合的方式，汛期6—8月水庫限制水位2169.0m。當(dāng)入庫洪水小于等于10年一遇、水庫安全控泄流量1125m3/s時(shí)，利用泄洪建筑物控制泄量；當(dāng)入庫洪水大于10年一遇、庫水位達(dá)到汛限水位但低于防洪高水位 2170m 時(shí)，水庫按安全控泄流量1125m3/s下泄，水庫滯洪，庫水位升高；當(dāng)入庫洪水大于30年一遇、庫水位達(dá)到或超過防洪高水位2170m時(shí)，水庫自由下泄，隨著時(shí)間發(fā)展，入庫洪水逐漸減小，最終將水庫水位保持在汛限水位，以防二次洪水的發(fā)生。

4.2 提高已建提防防洪標(biāo)準(zhǔn)，加快新建、改建提防建設(shè)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，和田地區(qū)超過半數(shù)以上的防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)不足5年一遇，都是早期當(dāng)?shù)剞r(nóng)民修建的，往往質(zhì)量得不到保障，經(jīng)不起洪水連續(xù)沖刷。少數(shù)河段有漿砌石提防，但因其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低且年久失修，已經(jīng)不能起到很好的防洪要求。目前，應(yīng)將防洪標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀不足5年一遇提高至一般河段 10～20年一遇，重點(diǎn)河段 20～50 年一遇。

根據(jù)玉龍喀什河防洪形勢，應(yīng)在玉河上新建、改建堤防工程共41段，總長度為198.52km，防洪工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)工程提高至30年一遇或50年一遇。其中，洛浦縣8段，總長度13.92km；和田市8段，總長度61.3km；和田縣25段，總長度123.3km。喀拉喀什河上新建、改建堤防工程共52段，總長度為85.687km，防洪工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，重點(diǎn)區(qū)域?yàn)?0年一遇。其中，墨玉縣19段，總長度41.38km；和田市14段，總長度22.517km；和田縣19段，總長度21.79km。根據(jù)洪水災(zāi)害的危害程度以及防洪任務(wù)的輕重緩急，應(yīng)有針對性、有重點(diǎn)的分期分步實(shí)施。

和田河作為塔里木河的三大源流之一，需完成向塔河的輸水任務(wù)，改善塔河流域生態(tài)環(huán)境，但是為了降低輸水過程的水量損失，不僅要實(shí)現(xiàn)兩庫聯(lián)調(diào)，還需要疏通下游河道，使水流得以通暢下泄。在和田河干流左岸布置3.1km輸水堤，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，設(shè)計(jì)洪峰流量939m3/s。

4.3 完善體制機(jī)制，建立水情測報(bào)系統(tǒng)

建立以行政首長為核心的防汛責(zé)任制以及防汛責(zé)任監(jiān)督制，崗位分工明確，層層抓落實(shí)，將“負(fù)責(zé)、獻(xiàn)身、求實(shí)”的水利精神貫穿到工作及生活中。在和田地區(qū)水利局建立洪水災(zāi)害預(yù)警平臺，各個(gè)監(jiān)測站將采集到的水情信息通過公網(wǎng)通信或衛(wèi)星通信的方式發(fā)送至洪水災(zāi)害預(yù)警平臺，該平臺可接受并查看下屬行政單位(市、縣、鄉(xiāng)、村)的洪水災(zāi)害相關(guān)信息[23]。通過預(yù)警平臺，地區(qū)水利局可第一時(shí)間了解所屬某區(qū)域的洪水災(zāi)害信息，并向所在地水利系統(tǒng)工作人員下達(dá)解決方案及注意事項(xiàng)等。

5 結(jié)語

和田河徑流的主要補(bǔ)給來源為高山冰雪融水，在高溫天氣下，極易引發(fā)冰雪融水型洪水和暴雨型洪水，如2015年史無前例的特大洪水。上游無控制性調(diào)蓄工程，下游防洪設(shè)施不完善，突如其來的特大洪水對當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅。本文以流域內(nèi)水利工程現(xiàn)狀及存在的主要問題為抓手，在提出傳統(tǒng)防洪措施的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了防洪對策，通過修建控制性調(diào)蓄工程，實(shí)現(xiàn)兩庫聯(lián)調(diào)，可從根本上解決流域內(nèi)多年的洪水災(zāi)害問題，保障當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與生態(tài)朝著綠色、健康的模式可持續(xù)發(fā)展，對實(shí)現(xiàn)社會(huì)穩(wěn)定與長治久安起著舉足輕重的作用。