基于新形勢(shì)下YL 水利樞紐工程水電站開(kāi)發(fā)方式的研究

熊 偉

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

作為T(mén)LM 河的重要支流，HT 河承擔(dān)著向TLM 河供水的任務(wù)，以維持和改善TLM河流域的生態(tài)環(huán)境。目前HT 河兩大支流中KLKS 河已建成具備一定調(diào)節(jié)能力的WLWT 水庫(kù)，因此YLKS 河上修建控制性水利樞紐工程時(shí)必須通過(guò)與WLWT水利樞紐聯(lián)合調(diào)度，在保證向TLM河下泄生態(tài)水量目標(biāo)的前提下，以調(diào)控生態(tài)輸水、城鄉(xiāng)供水與灌溉、防洪為主，同時(shí)結(jié)合下游工農(nóng)業(yè)用水，進(jìn)行水能資源開(kāi)發(fā)，為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)提供電力電量需求，緩解供電矛盾。該水利樞紐工程在水電規(guī)劃階段，以充分利用水頭落差最大程度的開(kāi)發(fā)利用水能資源為原則[1～3]，推薦水電站采用混合式長(zhǎng)引水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。隨著新形勢(shì)下國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)理念的不斷加強(qiáng)，混合式長(zhǎng)引水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)減水河段較長(zhǎng)，為滿(mǎn)足壩址以下河段生態(tài)基流流量的環(huán)保要求，仍然采用長(zhǎng)引水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)可設(shè)置生態(tài)電站，來(lái)保障減水河段生態(tài)基流要求，同時(shí)長(zhǎng)隧洞工程投資較大[4～6]。為滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策要求的同時(shí)追求工程經(jīng)濟(jì)效益最大化，對(duì)該水利樞紐工程水電站進(jìn)行開(kāi)發(fā)方式比選，通過(guò)對(duì)地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置、施工條件、環(huán)境影響、動(dòng)能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行綜合對(duì)比分析，選定最優(yōu)的水電站開(kāi)發(fā)方式[7～10]。

1 工程概況

YL 水利樞紐工程位于新疆HT 地區(qū)HT 縣的喀什塔什鄉(xiāng)境內(nèi)，工程壩址位于HT 河支流YLKS 河中游河段上，距位于布亞達(dá)里亞溝口上游約5.0 km，距HT 地區(qū)HT 市約95 km。該工程是YLKS 河山區(qū)河段的控制性工程。工程主要建筑物有攔河壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水洞、電站廠(chǎng)房等，壩址斷面多年平均流量64.90 m3/s，多年平均年徑流量20.47 億m3，水庫(kù)正常蓄水位2170 m，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位1983 m，校核洪水位1984.5 m，死水位2080 m?？値?kù)容5.36 億m3，電站裝機(jī)容量300 MW，多年平均年發(fā)電量7.05 億kW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)2350 h，工程為Ⅱ等大（2）型工程。該工程通過(guò)與WLWT 水利樞紐聯(lián)合調(diào)度，在保證向TLM 河下泄生態(tài)水量目標(biāo)的前提下，以調(diào)控生態(tài)輸水、城鄉(xiāng)供水與灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電等綜合利用效益，建成后，到2030 年經(jīng)水庫(kù)調(diào)蓄供水，可保證向TLM 河干流的生態(tài)供水，并將完成HT 河玉河灌區(qū)的灌溉供水任務(wù)，同時(shí)利用水能資源進(jìn)行發(fā)電，為HT 電網(wǎng)提供可靠的電量支持。

2 比選方案擬定

該工程水電規(guī)劃階段推薦水電站采用混合式長(zhǎng)引水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，電站利用落差390 m，電站裝機(jī)容量435 MW，多年平均年發(fā)電量10.995 億kW·h。考慮到引水發(fā)電系統(tǒng)及減水河段的長(zhǎng)度，結(jié)合環(huán)保政策的要求和工程總體布置，以發(fā)電引水系統(tǒng)長(zhǎng)度為自變量，擬定了混合式開(kāi)發(fā)方案和堤壩式開(kāi)發(fā)方案共兩組方案?，F(xiàn)對(duì)兩組方案分述如下：

（1）混合式開(kāi)發(fā)方案

混合式方案主電站廠(chǎng)房位于壩后約27 km 的河道左岸，電站利用落差390 m，發(fā)電引水洞長(zhǎng)14.1 km，壩后布置生態(tài)電站，總裝機(jī)435 MW，該方案減水河段長(zhǎng)約27 km。

（2）堤壩式開(kāi)發(fā)

堤壩式方案選擇壩后左岸古河槽階地上作為堤壩式開(kāi)發(fā)方案廠(chǎng)址位置，該方案電站廠(chǎng)房位于壩后，電站利用落差207 m，發(fā)電引水洞長(zhǎng)1.22 km，總裝機(jī)300 MW，不存在減水河段，生態(tài)基流發(fā)電后下泄河道。

3 各方案設(shè)計(jì)及動(dòng)能經(jīng)、濟(jì)指標(biāo)成果

兩個(gè)方案通過(guò)對(duì)地形地質(zhì)條件選擇、樞紐建筑物布置、施工組織設(shè)計(jì)、工程投資計(jì)算、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，各方案動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)成果見(jiàn)表1。

表1 各方案動(dòng)能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)成果表

4 開(kāi)發(fā)方式比選

4.1 各方案地形地質(zhì)條件比較

方案一發(fā)電引水洞前半部巖體條件較好，后半部洞線(xiàn)洞身穿越規(guī)模相對(duì)較大的斷層有F21 和F22，斷層走向與洞線(xiàn)大角度相交，穿越?jīng)_溝及較大斷層段可能存在線(xiàn)狀流水，基巖裂隙水對(duì)普通水泥具中度～嚴(yán)重或強(qiáng)，對(duì)混凝土中鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。方案二發(fā)電洞主要巖性以二云母石英片巖為主，夾黑云母斜長(zhǎng)片麻巖和絹云母石英片巖，局部分布二云母斜長(zhǎng)變粒巖脈，均屬硬質(zhì)巖，地質(zhì)條件較好。通過(guò)對(duì)比分析，方案二地質(zhì)條件優(yōu)于方案一。

4.2 各方案樞紐建筑物布置、施工條件比較

從樞紐建筑物布置分析，兩個(gè)方案中攔河建筑物利用當(dāng)?shù)夭牧咸钪瑝误w采用砼面板防滲，設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)單；發(fā)電引水隧洞基本沿河傍山穿行，施工支洞布置方便，可采用常規(guī)鉆爆法施工成洞。方案一發(fā)電引水系統(tǒng)較方案二長(zhǎng)。

從施工條件分析，方案一及方案二壩址處施工條件基本相同，方案一發(fā)電洞長(zhǎng)14.1 km，場(chǎng)內(nèi)交通道路共43.3 km，交通洞及施工支洞13 條，總長(zhǎng)8.93 km，施工條件相對(duì)較差；方案二發(fā)電洞長(zhǎng)1.22 km，場(chǎng)內(nèi)交通道路共36.4 km，交通洞及施工支洞9 條，總長(zhǎng)5.96 km，工程施工簡(jiǎn)單，施工條件相對(duì)較優(yōu)。

通過(guò)對(duì)比分析，從樞紐建筑物布置來(lái)看，方案二引水線(xiàn)路布置難度較小，施工條件較優(yōu)，工程量也較小，相對(duì)較優(yōu)。

4.3 各方案環(huán)境影響性質(zhì)及程度比較

兩個(gè)方案中方案一減水河段長(zhǎng)度為27 km，電站開(kāi)發(fā)時(shí)設(shè)置生態(tài)電站，保障減水河段下泄生態(tài)基流要求，開(kāi)發(fā)方案符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策。方案二采用堤壩式開(kāi)發(fā)，無(wú)減水河段。兩個(gè)方案實(shí)施均不會(huì)產(chǎn)生新的污染源，不會(huì)對(duì)河水環(huán)境功能產(chǎn)生大的影響，能夠滿(mǎn)足流域水功能區(qū)劃對(duì)該河段的水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)要求，且均具有灌溉、防洪、發(fā)電等綜合效益。由于受大壩阻隔和發(fā)電引水的影響，河道水文情勢(shì)將有一定改變，但兩組方案電站廠(chǎng)房尾水以后河段水文情勢(shì)影響均相同。從陸生生態(tài)影響角度，方案一占地面積大于方案二占地面積，方案一造成的生物量損失略大。綜上所述，三組方案環(huán)境影響差異主要體現(xiàn)在減水河段及陸生生態(tài)影響，方案二無(wú)減水河段，且占地面積較小，相對(duì)較優(yōu)。

4.4 各方案動(dòng)能指標(biāo)比較

兩個(gè)方案總利用落差分別為390 m、207 m，隨著利用落差增大，電站動(dòng)能指標(biāo)增大。從動(dòng)能指標(biāo)比較可以看出，方案一裝機(jī)容量435 MW，多年平均年發(fā)電量10.995 億kW·h；方案二裝機(jī)容量300 MW，多年平均年發(fā)電量7.05 億kW·h。方案一利用落差最大，動(dòng)能指標(biāo)最優(yōu)。

4.5 各方案經(jīng)濟(jì)效益比較

從工程投資分析，各方案投資差異主要體現(xiàn)在發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠(chǎng)房投資，隨著發(fā)電引水系統(tǒng)長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，投資增大。兩個(gè)方案中方案一投資較方案二大。

從各方案的經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值和經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率來(lái)看，各方案經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率均大于社會(huì)折現(xiàn)率8%，說(shuō)明兩組方案均是經(jīng)濟(jì)的，其中方案二經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率較大，較方案一要優(yōu)。兩個(gè)方案經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值均大于零，說(shuō)明兩組方案均是經(jīng)濟(jì)合理的，其中方案二的經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值較方案一大，優(yōu)于方案一。因此，從經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)角度分析，方案二堤壩式開(kāi)發(fā)方式相對(duì)較優(yōu)。

5 結(jié)論

新形勢(shì)下水電站開(kāi)發(fā)方式，不能再僅僅以最大程度的開(kāi)發(fā)利用水能資源為原則，還應(yīng)緊密結(jié)合新法規(guī)、新政策，尤其應(yīng)符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策，根據(jù)地形地質(zhì)條件、結(jié)合工程總體布置和施工方法擬定出合理比選方案，并對(duì)各擬定方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較。通過(guò)定性和定量的優(yōu)劣分析，在權(quán)衡各種因素的基礎(chǔ)上，選擇最優(yōu)的開(kāi)發(fā)方式。本工程通過(guò)對(duì)各開(kāi)發(fā)方案在地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置、施工條件、環(huán)境影響、動(dòng)能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行綜合對(duì)比分析，方案二相對(duì)較優(yōu)，該方案無(wú)重大生態(tài)環(huán)境影響制約性因素，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較優(yōu)、綜合效益較好，并有利于開(kāi)發(fā)實(shí)施。綜上所述，選定方案二堤壩式方案作為該工程水電站的開(kāi)發(fā)方式既滿(mǎn)足環(huán)保政策的要求，又實(shí)現(xiàn)了工程經(jīng)濟(jì)效益最大化。