布達(dá)爾水電站工程引水樞紐布置探討

布達(dá)爾水電站工程引水樞紐布置探討

吳建良

(中國能源建設(shè)集團新疆電力設(shè)計院有限公司，新疆 烏魯木齊830002)

【摘要】在布達(dá)爾水電站設(shè)計過程中，針對新疆山區(qū)河流的特點，不限于某一種固定形式，不拘泥于固定經(jīng)驗，充分考慮到工程項目的具體情況，更新設(shè)計觀念，拓展設(shè)計思路，依據(jù)工程設(shè)計實例，對攔河閘式引水樞紐和攔河堰式引水樞紐的優(yōu)缺點作了具體的分析比較，并對該引水樞紐布置方式的必要性及合理性進(jìn)行了相應(yīng)的研究和探討。

【關(guān)鍵詞】水電站；引水樞紐布置；攔河閘；溢流堰

中圖分類號：TV732

Discussion on water diversion hub layout in Budaer Hydropower Station

WU Jianliang

(EnergyChinaXinjiangPowerDesignInstituteCo.,Ltd.,Urumqi830002,China)

Abstract:Design process of Budaer Hydropower Station is not limited to a fixed form or fixed experience aiming at characteristics of rivers in Xinjiang mountainous area. Concrete conditions of projects are fully considered, design concepts are updated, and design ideas are expanded. Advantages and disadvantages of river sluice water diversion hub and river weir water diversion hub are concretely analyzed and compared according to project design examples. Necessity and rationality of the water diversion hub layout mode are correspondingly studied and discussed.

Key words: hydropower station; water diversion hub layout; river sluice; overflow dam

1工程概況

布達(dá)爾水電站工程位于新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干縣塔什庫爾干河上，是塔什庫爾干河干流中游河段的第二級電站，電站工程規(guī)模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等，電站屬于典型的引水式電站，引水樞紐采用“正面擋水，側(cè)面引水”的布置形式。上游接沙木拉水電站，下游接基里阿爾水電站，工程區(qū)距離塔什庫爾干縣城約55km，電站引水樞紐以上集水面積4444km2，多年平均流量19.2m3/s，引水樞紐正常水位3457.00m，設(shè)計洪水位3458.73m，設(shè)計洪峰流量358m3/s，校核洪水位3459.01m，校核洪峰流量544m3/s。電站發(fā)電引水流量40.0m3/s，額定水頭88.9m,裝機容量30MW，年利用小時數(shù)3139h,多年平均發(fā)電量0.953億kW·h。

2引水樞紐總體布置方案的比選

2.1引水樞紐地形地質(zhì)條件分析

工程區(qū)為昆侖山系西段，西部跨入帕米爾高原和喀喇昆侖山脈，屬高原中高山區(qū)，總體地勢西高東低，山脈走勢呈北北西—北西向的弧狀彎曲，海拔一般2000～6000m，平均4500m左右。布達(dá)爾水電站引水樞紐位于塔什庫爾干河中游河段，河流坡降7%～10‰，河谷呈寬“U”形，谷底寬100～200m，現(xiàn)代河床寬20～50m，其左岸山勢雄偉，右岸較為平坦。岸坡河床基巖多裸露，河床有少量沖積卵石及崩積巖石，引水樞紐位于塔里木—南疆地層大區(qū)西南隅，跨多個大地構(gòu)造單元。主要位于羌北—昌都—思茅地區(qū)層區(qū)內(nèi)，為喀喇昆侖地層分區(qū)。以古元古界為變質(zhì)基底，下志留統(tǒng)以碎屑—碳酸鹽巖為主，夾少量火山巖；上石炭統(tǒng)主體為碳酸鹽巖；中二疊統(tǒng)為碎屑巖—碳酸鹽巖夾火山巖；三疊—侏羅系為碳酸鹽巖；下—中侏羅統(tǒng)為碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖、火山巖組合；第四系發(fā)育河谷及階地洪沖積相，山麓堆積相及高山冰磧相。工程區(qū)位于喀喇昆侖褶皺帶內(nèi)，屬構(gòu)造穩(wěn)定性差地區(qū)。

2.2引水樞紐布置

引水樞紐作為水電站建設(shè)工程中的一個子系統(tǒng)，在水電站建設(shè)工程中起著關(guān)鍵的作用。隨著水電站的建設(shè)，引水樞紐布置是否合理將成為水電站正常運行的主要因素之一，它將直接影響到水電站機組的性能，水電站運行的安全性、經(jīng)濟性及所承擔(dān)的風(fēng)險性等關(guān)鍵問題。因此在工程實踐中，迫切需要對引水樞紐建筑物進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

塔什庫爾干河布達(dá)爾水電站引水樞紐布置采用正面擋水、沖沙，側(cè)面引水的布置形式。結(jié)合實際地形條件，從區(qū)間徑流、水能利用、地形地質(zhì)、樞紐布置、施工導(dǎo)流、施工條件、建筑材料、施工工期、環(huán)境影響、建設(shè)征地及移民安置、工程投資、工程效益和運行條件等方面，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟綜合比較論證，選定布達(dá)爾水電站的引水樞紐方案。為此對以下兩種方案進(jìn)行比較：

方案一：利用上下游防護堤對河道進(jìn)行整治、縮窄，通過沖沙閘、泄洪閘進(jìn)行攔河壅水與泄流的布置形式，即攔河閘式引水樞紐。主要建筑物由進(jìn)水閘、沖沙閘、泄洪閘等組成，如圖1所示。

圖1　方案一布置圖

方案一引水樞紐采用攔河閘形式，根據(jù)閘址地形條件，發(fā)電引水閘布置在左岸，沖沙、泄洪閘布置在靠近右岸進(jìn)水閘的主河道中，攔河閘總寬為49m,共分為5孔，其中泄洪閘為3孔，每孔凈寬8m，閘室長20m，閘室高7.5m。沖沙閘為2孔，每孔凈寬5m，閘室長20m。為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中底板厚2.5m，底板上下游設(shè)齒墻,齒墻深2.5m,底寬2m。泄洪、沖沙閘閘墩厚2m。引水閘與泄洪、沖沙閘軸線夾角為30°，進(jìn)水閘凈寬6m,共2孔，閘前擋沙坎采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板高程比河底高出2.5m。閘室設(shè)檢修平板門和弧形工作門，在泄洪、沖沙閘閘墩上設(shè)置閘房，在閘室后半部設(shè)3.5m寬的交通橋。

閘后消能段全長55.0m，由坡度1∶5、長15m的護坦和長40m的消力池組成，消力池底板采用1.5m厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，左右岸邊墻均采用混凝土重力式擋土墻，墻高8.6m，消力池寬14.5m，消力池末端設(shè)1∶3反坡，設(shè)頂寬1m、高3m的消力坎。

方案二：利用溢流堰和沖沙閘進(jìn)行攔河壅水與泄流的布置形式，即攔河堰式引水樞紐。主要建筑物由進(jìn)水閘、沖沙閘、溢流堰、擋水導(dǎo)流防護堤等組成。如圖2所示。

圖2　方案二布置

方案二引水樞紐采用攔河堰式樞紐，根據(jù)閘址地形條件，發(fā)電引水閘布置在左岸，沖沙、泄洪閘布置在靠近右岸進(jìn)水閘的主河道中，右岸剩余河床采用河床段采用溢流堰形式泄水。攔河堰式樞紐由進(jìn)水閘、沖沙閘、溢流堰、消力池等組成。

進(jìn)水閘與泄洪、沖沙閘軸線夾角為30°，進(jìn)水閘凈寬6m,共2孔，閘前擋沙坎采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板高程比河底高出2.5m。

沖沙閘每孔凈寬5m，共2孔，總寬16m，沖沙閘與進(jìn)水閘相鄰，布置在溢流堰的左側(cè)，沖沙閘閘室全長20m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中底板厚2.5m，沖沙閘中墩、邊墩厚均為2.0m。設(shè)檢修平板門和弧形工作門，在沖沙閘閘墩上設(shè)置閘房，在閘室后半部設(shè)3.5m寬的交通橋。

溢流堰段位于塔什庫爾干河道主河槽上，最大堰高11.3m，堰長117m。溢流堰采用三圓弧WES實用堰型曲線，溢流堰段共分11孔，單孔堰寬10m，共計110m，溢流堰堰頂架設(shè)11跨交通橋，橋面寬3.5m, 交通橋為板梁式結(jié)構(gòu)。溢流堰頂三圓弧數(shù)值R1=0.724，C1=0.253；R2=0.29，C2=0.400；R3=0.058，C3=0.408；堰面曲線y=0.365x1.85，堰面曲線原點坐標(biāo)距堰軸線2.808m。堰后通過1∶0.7的斜線段與半徑為4m的反弧段連接，圓心角為55°0′28.7″，再由反弧段與下游消力池底板相接。

由于攔河引水樞紐壅水建筑物為溢流堰和沖沙閘聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其下游所有消力池均分為溢流堰消力池和沖沙閘消力池兩個獨立消力池。溢流堰消力池和沖沙閘消力池均采用底流消能方式，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。溢流堰消力池凈寬117m，長41m，池深2m，底板厚1.2m。沖沙閘消力池凈寬14m，長44.5m，池深2.7m，底板厚1.50m。

綜合以上論證，對兩種引水形式綜合比較的結(jié)論如下：

a.地形地質(zhì)條件。兩種形式均不存在制約因素，均能適應(yīng)閘址處的地形地質(zhì)條件。

b.樞紐布置。兩種形式泄洪系統(tǒng)均布置在河床主河道上，引水系統(tǒng)均布置在左岸，攔河閘式引水樞紐攔河閘布置河道中間，泄洪條件較好，布置較為順暢；攔河堰式引水樞紐采用溢流堰壅高水位，布置形式簡單，樞紐整體布置較為緊湊。

c.運行管理。攔河閘式引水樞紐既可壅水沉沙又可開閘泄水沖沙，與攔河溢流堰式相比，除能排除上游壅水段淤積的泥沙外，還能靈活地調(diào)整水位和流量，使進(jìn)水口始終保持良好的引水條件。攔河堰式具有較強的泄流能力，相對于攔河閘式安全可靠性較好，運行管理方便，自動化程度較高。

d.施工方面。兩種形式均可以采用分期導(dǎo)流方式施工，攔河閘式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，金屬結(jié)構(gòu)較多，在主河道段的施工時間較長。攔河堰式結(jié)構(gòu)形式簡單，使用便利，沖沙閘規(guī)模較小，主河道段施工期較短。

e.投資方面。攔河堰式引水樞紐工程總投資較少。

經(jīng)過兩種樞紐布置形式綜合比選，攔河閘式引水樞紐、攔河堰式引水樞紐均能較好地適應(yīng)地形條件，均能滿足發(fā)電引水、泄洪沖沙等引水樞紐基本功能要求。但從引水樞紐布置形式、運用維護、管理以及投資的角度比較分析，推薦方案二：攔河堰式引水樞紐方案作為樞紐布置方案。

3結(jié)語

一般情況下，通常根據(jù)引水樞紐所處地形地質(zhì)條件，結(jié)合施工導(dǎo)流、施工條件、環(huán)境影響及工程投資等方面，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟綜合比較論證，最終確定引水樞紐方案。布達(dá)爾水電站引水樞紐河道較窄，洪水期洪峰流量較大，主要以融雪型洪水為主，屬典型的山區(qū)性河流，造成了樞紐布置極為困難。尤其每年春秋兩季，早晚氣溫變幅較大，河流水量日分配極不均勻，難以控制。根據(jù)布達(dá)爾水電站實際情況的特殊性和復(fù)雜性，采用攔河堰式引水樞紐布置形式，不僅能夠滿足引水樞紐對季節(jié)性泄洪的要求，而且運行方便，便于日常管理，投資也較少。該引水樞紐布置設(shè)計思路及方法在高海拔地區(qū)得到了很好的印證，該引水樞紐建成后，達(dá)到了較為理想的目的，具有很好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]SL/T 191—2008 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國水利水電出版社，2008.