新疆克里雅河拉依喀梯级电站开发方案的布置与选定

张世雄

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司 新疆石河子832000）

1 规划情况

克里雅河位于新疆和田地区于田县境内，多年平均径流量7.362亿m3，在和田地区的河流中位列第三。多年平均含沙量4.2kg/m3。根据国家水能资源普查资料，克里雅河水能资源蕴藏量为511MW，目前已建成的水电站有平原区的渠首电站、托乎拉克电站和兰干电站，总装机约为6MW；山区的吉音水库电站装机24MW，目前正在建设当中；总体来看，该河的水能资源开发利用的潜力很大。

在该河原“流域规划修编报告（1997）”中推荐了梯级开发方案，从上游至下游共规划了“一库十级”，本次拉依喀电站可研的研究范围为平原灌区段的第二、三、四级水电站，其上游的一级水电站及五级水电站均已开发建成，原具体规划指标见表1；

表1 原“规划”梯级电站主要指标表

2 开发方案的提出

本次拟建电站可利用水头以不影响上、下游已建电站为原则确定。上下游线路总长约11km，水面落差约151m；沿线引水总干渠已于2004年至2009年间陆续修建，为浆砌卵石加塑膜双防渗结构，干渠设计流量为50.0 m3/s，渠道纵坡较大，沿线共有10座跌水。本次拟在上游电站投入引水干渠后，修建节制分水闸引水并集中落差发电后，再投入下级电站引水渠及供下游灌区之用。在拟建电站停机检修时，可利用原干渠向下游输水。

在《97规划》中，运用水文系列较短，受当时社会经济等影响，原梯级电站规划容量偏小，装机利用小时数达6500 h以上。本次电站可研工作将水文系列延续到2009年，按当前行业能源开发原则及要求，利用当前引水式电站工程的新技术，重新确定该段水能资源的开发方式及装机规模。依据规模论证结论，该电站在当地电网系统中不承担调峰作用，本次开发电站设计发电流量为30.8m3/s。

工程区位于山前冲洪积平原，地貌平坦略有起伏，以10‰～15‰的坡度由南向北倾斜，区内地表多分布低矮风积沙丘，高度1.5～3m，下层为巨厚冲洪积Qal4层，地下水埋深大，沿线地形无集中落差，宜依靠填方引水渠+长压力管道+深挖方尾水渠（或尾水隧洞）组合的型式来集中落差发电，梯级电站按相同水头的布置原则进行定位布置。由于本次为一次性开发，故考虑优化开发方案，设计中提出了分一级、两级和三级的开发方案，选择最优的方案。

3 开发方案的布置原则及各方案优缺点

3.1 开发方案的主要布设原则

①在尽量增大发电水头的前提下，选择适宜的渠道断面及纵坡。考虑经济、合理、输沙、冬季安全输水等要求，结合当地已建电站，依据《水电站引水渠道及前池设计规范》（DL/T5079-2007），选择该引水渠道冬季流量下流速不宜小于1.2m/s，且相应水深不宜小于1.4～1.5m，综合比较后确定引、尾水渠底宽取1.0 m，内边坡选1:1.5，渠堤纵坡取1/2000。

②以建筑物安全运行、减少工程总投资和降低施工难度为原则，合理控制引水渠、压力前池填方高度及厂房、尾水渠挖深。尽量减少对当地环境的破坏，渠道填高及挖深不宜过大，要与当地景观相协调。

③为使厂区布置条件较好，基坑挖深不宜过大，合理确定压力管的铺设长度及厂房基坑挖深。

④为使工程管理运行便利及总工期较短，布置梯级电站时采用相同水头的布置原则。

⑤尽量考虑工程总体的挖填方量平衡，节约工程投资并减少水土流失。

本工程地处沙漠边缘，地表植被稀少，生态环境恶劣，为尽量减少扰动面积，设计中考虑在投资最经济的前提下，尽量合理调运土方，并未严格按照挖填平衡来定位布置站点，设计总挖方量大于填方约36万m3，多余土方堆存于挖方渠道两侧作防风挡沙之用。如遇就近无可利用填筑料源且无合适弃渣厂址时，则须以全线工程土石方挖填平衡原则为主要站点定位依据，如：新疆阿克苏多浪渠延伸渠一、二级水电站工程，沿线占地全是农田，工程区亦为坡度平缓地形，上覆0.3～1.8m的淤泥质沙壤土层，为适宜耕种土层，下伏巨厚砂砾石层，渠线总长9.25km，可利用水头为33.50 m，经过详细研究后，确定该段水能资源最终分两级电站开发，装机容量均为2×3.4MW，工程施工后，厂区及尾水渠挖方量共为123万 m3，扣除28万m3根植土层后约剩余95万 m3砂砾石，全部利用于填方引水渠及前池等部位，没有对当地水土资源造成较大损失；在水机选型时采用了统一型号，机电运行及维护均便利。该梯级电站于2010年建成投产，目前运行状况良好。

3.2 各开发方案的布置及优缺点

3.2.1 一级开发方案

方案布置：引水闸后接1550 m长引水明渠至电站前池，在前池进水室后部正向布置压力管道，接5.7km PCCP压力管及100 m斜坡段压力钢管,压力管末端接引水式地面厂房，厂房挖深约45m；厂房尾水接2.0 km长无压尾水隧洞，后接1180 m明挖尾水渠并退水至灌区引水干渠。布置见示意图1。

图1 一级开发方案工程纵断面布置示意图

优缺点：①发电净水头约126.5m，且该河为多泥沙河流，压力输水管道长约5.8km，水力机械设计难度较大，且运行安全性不高。②由于厂房挖深约45m，如果采用明挖尾水渠，挖方工程量较大，且弃土方量较大，不能采用，故厂房尾水接2.0 km的无压尾水隧洞，且砂砾石地层中修建隧洞，施工进度及质量均较难控制。③厂房挖深较大，厂区布置不宜。④工程总投资明显较大，经济效益较差。

方案结论：一级开发方案对本工程不适宜。

3.2.2 两级开发方案

方案布置：两级电站呈串联布置，设计净水头均为63.8m，装机容量均为3×5.5MW，总装机容量33MW；引水闸后接1550 m长引水明渠至一级电站前池，在前池进水室后部正向布置压力管道，接2.65km PCCP压力管及50 m斜坡段压力钢管,主管段采用单管供水，压力管末端接引水式地面厂房，厂区挖深约25m；厂房尾水接2.4km引水明渠至二级电站前池，正向布置2.55km PCCP压力管及50 m斜坡段压力钢管，接二级电站厂房机组，厂区挖深约25m；后接1180 m明挖尾水渠并退水至灌区引水干渠。布置见示意图2。

图2 两级开发方案工程纵断面布置示意图

优缺点：①压力管总长约5.3km，设计中为减小工程总投资，采用PCCP管（管径为3.2m）为长距离输水管材，如果管材供应商供货及时，工程施工速度即大大加快；由于3.2m管径的PCCP管已属大口径管，运输不便，如运途遥远，只能在当地建厂，根据可研阶段向国内多家管材供应商询价，报价在0.8～1.2万元/m之间，报价相差较大，故该方案PCCP管长度较长，对工程施工进度及造价控制具有较大的不确定性；②厂房挖深约25m，厂区布置比较合理。

方案结论：工程静态总投资为2.94亿元,多年平均发电量1.40亿kW·h。技术经济指标较好，运行管理便利，为该段水能适宜的开发方案。

3.2.3 三级开发方案

方案布置：三级电站呈串联布置，设计净水头均为44.7m，装机容量均为3×3.85MW，总装机容量34.7MW；引输水方案同两级开发，该方案共有明渠8.1km，PCCP压力管长2.1km。梯级电站厂区挖深均约为24m。布置见示意图3。

图3 三级开发方案工程纵断面布置示意图

优缺点：①该方案渠道最长，有条件全线开工，在施工机械化程度很高的今天，施工速度易于保证；②PCCP管长度最小，如果施工时不易采购，可用钢管替代，该方案工程造价及运输抗风险能力较两级方案强。

方案结论：工程静态总投资为3.00亿元,多年平均发电量1.44亿kW·h。技术经济指标较好，运行管理费用较两级为大，也为该段水能较适宜的开发方案。

3.2.4 方案比较结论

通过以上方案论述，可研阶段认为分两级开发方案经济效益最优，管理较便利，作为推荐开发方案，但该方案抗风险能力较三级为差，在下阶段可对各管材厂家进行详细询价后，最终确定开发方案。

本工程压力管道中水流惯性时间常数TW为15.1s、14.5s均大于《水电站调压室设计规范》（DL/T5058-1996）允许值，需设置调压设施，设计中采用“以阀代井”，在蜗壳上装设调压阀。调压阀的成果经验已较多，目前国内生产技术也日益成熟，该技术的可靠也是两级开发方案成立的主要条件。

4 结语

在国家提倡大力发展可再生能源建设的号召下，小型水电已经成为我国最大、发展最快的可再生能源利用领域，因此更加经济与合理的选择水电站开发方案，已成为待建项目规划与设计中尤为重视的内容。拟开发小水电项目多有水能专项规划或流域规划等依据，但一些工程由于受规划时的社会经济水平及其他相关因素，规划装机容量可能偏小，年利用小时数偏长，并考虑当时水力机械性能、施工能力等，使得电站设计水头较低，水能资源得不到充分利用；须在设计阶段重新研究布置方案及装机规模，并参考国内外已有的工程实例，了解并运用水力机械的发展成果，最终拟定最优方案。