陳 波，陳 濤

（1.新疆華電和田水電有限責(zé)任公司，新疆和田848000；2.新疆康普投資（集團(tuán)）有限公司，新疆烏魯木齊，830002）

1 概 況

1.1 水電站基本情況

和田河是塔里木河三大源流之一，由上游玉龍喀什河、喀拉喀什河兩大支流組成。玉龍喀什河水能資源較豐富，河道長約124.43 km。玉龍喀什河下游的達(dá)克曲克水電站是該河“兩庫五級”開發(fā)方案中的第四個梯級工程，壩址位于玉龍喀什河與布亞河匯合口下游29 km、S216公路里程樁為63 km處，電站裝機(jī)75 MW，承擔(dān)發(fā)電和上游玉龍喀什水利樞紐調(diào)峰發(fā)電后的反調(diào)節(jié)任務(wù)。達(dá)克曲克主電站位于壩址下游10 km處，2＃機(jī)組（35 MW）于 2015年投產(chǎn)，1＃機(jī)組（35 MW）于 2016年投產(chǎn)，生態(tài)電站 3＃、4＃機(jī)組（2×2.5 MW）位于壩后，目前在建，計劃2019年底投產(chǎn)。

達(dá)克曲克水電站區(qū)域多年平均氣溫為11.0℃，多年平均降水量為55.1 mm，多年平均蒸發(fā)能力為3 485.8 mm。壩址斷面計算多年平均徑流量為21.67億m3，多年平均流量為68.67 m3/s，水庫設(shè)計庫容為1 024萬m3，有效庫容為260萬m3。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，設(shè)計洪峰流量為1 640 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn) 1 000 a一遇洪峰流量為2 501.36 m3/s。

受每年汛期氣溫升高、冰雪融水和大氣降水強(qiáng)烈沖刷侵蝕以及流域上游基本無植被等因素的影響，和田河流域表層風(fēng)化的巖石和疏松土壤被挾帶入河流，形成河流泥沙。和田河低山及山前丘陵區(qū)降水少，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，第四紀(jì)松散堆積物深厚，是主要沙源。隨著汛期到來，河流含沙量增大，6—8月輸沙量約占全年的85%。

1.2 沖刷漏斗排沙效果

沖刷漏斗參數(shù)的確定：卡拉貝利模型試驗中2＃泄洪排沙洞高程1 750 m方案與達(dá)克曲克水電站排沙運(yùn)行方式相似，見表1。達(dá)克曲克水電站沖刷漏斗參數(shù)直接采用卡拉貝利模型試驗結(jié)果，即沖刷漏斗的縱比降為1∶3，橫向坡比約為1∶3。卡拉貝利模型試驗與達(dá)克曲克水電站排沙工況比較見表1。

表1 卡拉貝利模型試驗與達(dá)克曲克水電站排沙工況比較

達(dá)克曲克水電站沖刷漏斗容積計算：開始沖刷時，泥沙淤積高程按與導(dǎo)流兼泄洪排沙洞進(jìn)口上沿基本持平的條件計算，即沖刷漏斗頂高程為1 739.0 m，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞前沖刷漏斗底高程為工作門底板高程1 733 m，底寬為工作門孔口寬6 m，考慮到右岸地形限制，頂寬為32 m，沖刷漏斗縱向長度為18 m，可計算出沖刷漏斗容積為1 152 m3。

2 水沙調(diào)度方式的探索與實踐

達(dá)克曲克水電站采用瀝青混凝土心墻壩擋水，水庫正常蓄水位為1 776 m，壩頂高程為1 778.6 m，最大壩高為62.6 m，防浪墻頂高程為1 779.8 m，壩頂長214 m。裝機(jī)容量為75 MW，聯(lián)合運(yùn)行保證出力為10.63 MW。根據(jù)自身特點（徑流式電站），達(dá)克曲克水電站在電力系統(tǒng)中主要是基荷運(yùn)行?？菟跒楫?dāng)年的1—5月和9—12月。

2.1 設(shè)計階段水沙調(diào)度方式

一般情況下，當(dāng)來水流量扣除生態(tài)基流后滿足主電站發(fā)電流量要求時，發(fā)電洞引水發(fā)電；當(dāng)來水流量扣除生態(tài)基流后不滿足主電站的發(fā)電流量要求時，發(fā)電洞閘門關(guān)閉。由于該工程生態(tài)基流通過導(dǎo)流兼泄洪排沙洞發(fā)電后下泄河道，因此導(dǎo)流兼泄洪排沙洞需全年開啟，但為控制水庫水位，需控制閘門開度。非汛期導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門開啟，按來流量扣除發(fā)電洞過流量控制開度；汛期需按泄洪要求控制閘門開度，當(dāng)遇洪水時，泄洪沖沙閘按其泄流能力泄洪、沖沙。在一般情況下，當(dāng)河道天然來水大于設(shè)計發(fā)電引水流量時，多余水量通過導(dǎo)流兼泄洪排沙洞下泄，表孔溢洪道全部關(guān)閉；當(dāng)遇洪水時，首先開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門，當(dāng)洪峰流量超出導(dǎo)流兼泄洪排沙洞泄流能力時，開啟表孔溢洪道，多余洪量通過表孔溢洪道下泄。達(dá)克曲克水電站所在的玉龍喀什河為多沙河流，河流含沙量在年內(nèi)變化明顯，枯水期小，洪水期大，泥沙多集中在6—8月。單獨運(yùn)行期間，為保證一定反調(diào)節(jié)庫容，根據(jù)河流水沙特性，6—8月維持死水位（1 771.0 m）沖沙運(yùn)行，非汛期（9月—次年5月）抬高水位至正常蓄水位運(yùn)行。

2015—2016年工程運(yùn)行實踐中出現(xiàn)的主要問題：①2016年汛后檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)流洞兼防洪通道底板、邊墻和弧形工作門等嚴(yán)重沖蝕，特別是弧形工作門后防磨底鋼板基本破壞，初步分析主要原因為泥沙沖磨和鋼板防磨不足，特別是弧形工作門處于小流量開度下泥沙沖磨加劇。②導(dǎo)流兼泄洪排沙洞洞前大量淤沙。③2016年，下游灌溉引水渠大量淤沙，影響了農(nóng)業(yè)灌溉。

2.2 水沙調(diào)度方式調(diào)整

通過調(diào)研、考察和分析研究，認(rèn)為在2015—2016年死水位的情況下，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞有38 m的壓力水頭，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞開度小于2.3 m時，泥沙會加劇對閘門及建筑物的磨蝕，需要對導(dǎo)流兼泄洪排沙洞現(xiàn)狀排沙運(yùn)行方式進(jìn)行如下調(diào)整。

（1）非汛期時，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門常規(guī)處于關(guān)閉狀態(tài)，生態(tài)基流由溢洪道下泄。結(jié)合泥沙顆粒分析資料及洞內(nèi)流速分析成果，根據(jù)洞口泥沙情況，需導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門開啟間歇性沖沙時，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門控制開度不得小于2.3 m，此時導(dǎo)流兼泄洪排沙洞下泄流量約為348 m3/s，相應(yīng)洞內(nèi)流速約為7.88 m/s，不排沙時閘門完全關(guān)閉。

（2）汛期時，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞仍需滿足閘門最小開度為2.3 m。根據(jù)水情測報資料，當(dāng)來流量小于導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門開度2.3 m時的泄流能力時，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門關(guān)閉，由表孔溢洪道閘門開度控制壩前水位；當(dāng)來流量大于導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門開度2.3 m時的泄流能力時，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門按開度2.3 m泄流，直至全部開啟泄洪。

2017—2018年工程運(yùn)行實踐中出現(xiàn)的主要問題及分析：①考慮到弧形工作門小流量開度磨蝕加劇導(dǎo)致導(dǎo)流洞泄水設(shè)施損壞以及非汛期排水沙造成灌渠泥沙淤積無法引水等實際情況，經(jīng)分析研討，確定了水沙調(diào)度方案：汛期流量大于300 m3/s且滿足導(dǎo)流泄洪排沙洞弧形工作門開度2.3 m，才允許開啟導(dǎo)流洞泄洪弧形工作門排沙，溢洪道弧形工作門開啟在前；非汛期導(dǎo)流泄洪設(shè)施關(guān)閉。但在實際汛期運(yùn)行中，出現(xiàn)連續(xù)多日達(dá)不到開啟導(dǎo)流泄洪排沙運(yùn)行條件的情況，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞泄洪排沙通道出現(xiàn)淤堵，且汛期定期工作試驗中，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞進(jìn)水口會隨機(jī)發(fā)生淤沙堵塞。2018年7月7日，開啟過導(dǎo)流兼泄洪排沙洞，間隔一周未開啟，于7月14日開啟時，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流兼泄洪排沙洞被淤堵，洞前淤積高度在導(dǎo)流兼泄洪排沙洞進(jìn)口頂以上14～20 m（檢修門前），無水流從洞口泄出，經(jīng)搶險后于7月16日通水。②實際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)電洞處的攔污柵泥沙淤積前后壓差超過5 m的情況，需要及時擾動，造成大量泥沙進(jìn)入發(fā)電過水部件和設(shè)施，加劇了過水部件磨蝕。隨著發(fā)電洞淤積高度隨機(jī)增大，加上發(fā)電洞底坎平臺的存積抬高作用，極易造成攔污柵超過設(shè)計承載力，增加重大安全隱患風(fēng)險。

由實測資料可知玉龍喀什河輸沙量較大，多年平均懸移質(zhì)輸沙率為341 kg/s，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為1 075萬t，多年平均含沙量為4.9 kg/m3。實測最大年輸沙量為3 922萬t（1978年），月平均最大輸沙率為9 818 kg/s。平均推懸比本次設(shè)計采用15%，推移質(zhì)輸沙量為161萬t，則玉龍喀什河多年平均輸沙量為1 236萬t，達(dá)克曲克水電站壩址多年平均為1 075萬t，高峰實測河流含沙量為200 kg/m3（2016年）。

根據(jù)水庫泥沙淤積計算結(jié)果，水庫運(yùn)行5 a時，剩余死庫容為140萬m3，其中溢洪道堰頂高程1 763.5 m至導(dǎo)流兼泄洪排沙洞頂高程庫容為49萬m3，計算條件是建立在開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞前提下的，當(dāng)較長時間關(guān)閉導(dǎo)流兼泄洪排沙洞的情況下，由于沒有泄洪排沙通道，因此汛期泥沙很容易淤積在導(dǎo)流兼泄洪排沙洞頂高程以上。根據(jù)多年平均入庫沙量分析，在僅溢洪道泄洪的情況下，6月平均10 d即可淤積至泄洪排沙洞頂高程，（7月平均僅需4 d、8月平均需5 d），造成導(dǎo)流排沙洞淤堵，影響導(dǎo)流泄洪排沙通道暢通，危及水庫安全。前述沖刷漏斗容積很小，可忽略不計。達(dá)克曲克水電站壩址月輸沙量見表2。

表2 壩址斷面月輸沙量 萬t

根據(jù)達(dá)克曲克水電站多年平均流量分析，6月多年平均流量為100.01 m3/s，連續(xù)多日最大流量超過348 m3/s的概率非常小，達(dá)不到開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞的概率非常大，7—8月也存在連續(xù)多日達(dá)不到開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞的情況。達(dá)克曲克水電站壩址斷面月均流量見表3。

表3 壩址斷面月均流量 m3/s

2.3 汛期泄洪排沙調(diào)度運(yùn)行方式的調(diào)整

2.3.1 調(diào)整方案擬定

（1）方案一。在現(xiàn)狀泄洪排沙運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，針對汛期導(dǎo)流兼泄洪排沙洞發(fā)生淤堵的情況，增加了一個開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞的條件，即當(dāng)洞前淤積高程達(dá)到1 739 m時開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞。該方案屬于被動式泥沙調(diào)度方案，是在導(dǎo)流兼泄洪排沙洞將要淤堵的情況下采取的措施，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞沒有充分發(fā)揮應(yīng)有的排沙功能。具體運(yùn)行方式：首先關(guān)閉溢洪道，使庫水位由死水位蓄至正常蓄水位，其間當(dāng)流量大于348 m3/s時，及時開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞；其次按最小開度2.3 m開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞，使庫水位由正常蓄水位降至死水位。

根據(jù)水庫泥沙淤積計算結(jié)果，水庫運(yùn)行5 a時，剩余調(diào)節(jié)庫容為97萬m3，電站最大引水流量為92.7 m3/s，根據(jù)多年平均情況計算，6月大約需15 h可蓄至1 773 m水位，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞下泄流量為348 m3/s，排沙約18 min可降至死水位。7—8月流量較大，以月均流量274 m3/s計算，大約需36 min可蓄至1 773 m水位，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞以流量348 m3/s下泄，排沙約1.4 h可降至死水位。

（2）方案二。在初期蓄水排沙運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，針對汛期導(dǎo)流兼泄洪排沙洞開度小于2.3 m閘門運(yùn)行不安全的情況，利用部分調(diào)蓄庫容短期開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞排沙，以達(dá)到安全開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞泄洪排沙的目的。非汛期平均入庫懸移質(zhì)泥沙為60.9萬t，推移質(zhì)為9.1萬 t，折合體積為51.9萬 m3。根據(jù)泥沙由庫尾向壩前淤積的特性，在非汛期正常蓄水位運(yùn)行的情況下，泥沙淤積推移不到壩前，非汛期可不開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞進(jìn)行排沙。

汛期導(dǎo)流兼泄洪排沙洞第一次開啟選擇在6月1日，此時水庫進(jìn)入排沙運(yùn)行方式，排沙水位為死水位，可利用調(diào)節(jié)庫容的97萬m3水量進(jìn)行排沙，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞下泄流量約為348 m3/s，開啟約47 min時水位可降至死水位。降至死水位后開始蓄水，生態(tài)基流為6.87 m3/s，由溢洪道下泄，蓄至1 773 m水位后開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞；按最小開度2.3 m開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞，使庫水位由正常水位降至死水位。7—8月流量較大，以月均流量274 m3/s計算，生態(tài)基流由溢洪道下泄，大約需45 min可蓄至1 773 m水位，導(dǎo)流泄洪排沙洞以348 m3/s流量下泄，歷時約1.4 h可降至死水位，一次蓄泄循環(huán)約需2 h，一天內(nèi)泄洪排沙洞開啟約12次。

兩個方案都是利用調(diào)節(jié)庫容作為調(diào)沙庫容進(jìn)行中小洪水泥沙調(diào)度，調(diào)節(jié)庫容屬于動態(tài)庫容，即先允許部分泥沙暫時淤積，通過降低水位排沙將先期淤積泥沙排出庫外。通過兩種方案的比較，推薦采用方案二進(jìn)行汛期泄洪排沙。

2.3.2 調(diào)整后水沙調(diào)度運(yùn)行方式

目前生態(tài)基流電站尚未建成，導(dǎo)流兼泄洪排沙洞下泄生態(tài)基流存在著不安全因素，為保證生態(tài)基流下泄，現(xiàn)狀采用通過溢洪道下泄生態(tài)基流及汛期小洪水的方式，但存在導(dǎo)流兼泄洪排沙洞淤堵的可能性。為了水庫安全運(yùn)行，利用暫時不用的反調(diào)節(jié)庫容作為調(diào)沙庫容，對水庫洪水泥沙調(diào)度進(jìn)行調(diào)整：①非汛期及汛期導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門關(guān)閉期間，由溢洪道下泄生態(tài)基流；②6月庫水位為死水位時，滿足機(jī)組發(fā)電條件后，多余流量用于蓄水，水位蓄至1 773 m時，按最小開度開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞泄洪排沙；③7—8月水位為死水位時，滿足發(fā)電條件后，多余流量用于蓄水，當(dāng)水位蓄至1 773 m時，按最小開度開啟導(dǎo)流兼泄洪排沙洞泄洪排沙，發(fā)生較大洪水時首先由導(dǎo)流兼泄洪排沙洞泄洪排沙，其次由溢洪道泄洪。主要問題：汛期水沙調(diào)度操作頻繁，隨著有效庫容減小，調(diào)度工作量還會增大。

3 結(jié) 語

（1）我國許多河流特別是北方河流多為含沙量很大的河流，為了減少水庫淤積，保持水庫有效庫容，充分發(fā)揮水庫的綜合效益，水利工作者進(jìn)行了長期的探索和實踐。針對三門峽水庫泥沙嚴(yán)重淤積的問題，通過水庫改建和運(yùn)行方式調(diào)整，提出了“蓄清排渾”的運(yùn)行方式，為小浪底水庫和三峽水庫的規(guī)劃設(shè)計和施工運(yùn)行提供了寶貴經(jīng)驗［1-3］。結(jié)合達(dá)克曲克水電站泥沙嚴(yán)重淤積的特性，如何借鑒“蓄清排渾”運(yùn)行方式的成功經(jīng)驗，徹底解決水庫泥沙嚴(yán)重淤積問題并形成高效的操作運(yùn)行方式，是下階段水沙調(diào)度方式探索和努力的方向。

（2）應(yīng)盡快開展泥沙觀測，隨時掌握泥沙動態(tài)和有效庫容實際狀態(tài)，為下一步水沙調(diào)度方式的優(yōu)化、細(xì)化提供依據(jù)。同時，深入開展排沙比與壩前水位、入/出庫流量、沙量等關(guān)系的研究。

（3）關(guān)注上游水庫開發(fā)情況，積極開展多庫聯(lián)合調(diào)度方式的研究。

（4）汛期水沙調(diào)度操作頻繁，隨著有效庫容縮小，水沙調(diào)度的可行性將出現(xiàn)問題，加上生態(tài)機(jī)組將要投產(chǎn)等因素，汛期將難以滿足導(dǎo)流兼泄洪排沙洞閘門排沙的條件，不僅將面臨水沙調(diào)度方式重新調(diào)整的問題，而且要重新評估導(dǎo)流兼泄洪排沙洞的抗磨性能。