布达尔水电站工程引水枢纽布置探讨

布达尔水电站工程引水枢纽布置探讨

吴建良

(中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司，新疆 乌鲁木齐830002)

【摘要】在布达尔水电站设计过程中，针对新疆山区河流的特点，不限于某一种固定形式，不拘泥于固定经验，充分考虑到工程项目的具体情况，更新设计观念，拓展设计思路，依据工程设计实例，对拦河闸式引水枢纽和拦河堰式引水枢纽的优缺点作了具体的分析比较，并对该引水枢纽布置方式的必要性及合理性进行了相应的研究和探讨。

【关键词】水电站；引水枢纽布置；拦河闸；溢流堰

中图分类号：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工程概况

布达尔水电站工程位于新疆喀什地区塔什库尔干县塔什库尔干河上，是塔什库尔干河干流中游河段的第二级电站，电站工程规模为小(1)型，工程等别为Ⅳ等，电站属于典型的引水式电站，引水枢纽采用“正面挡水，侧面引水”的布置形式。上游接沙木拉水电站，下游接基里阿尔水电站，工程区距离塔什库尔干县城约55km，电站引水枢纽以上集水面积4444km2，多年平均流量19.2m3/s，引水枢纽正常水位3457.00m，设计洪水位3458.73m，设计洪峰流量358m3/s，校核洪水位3459.01m，校核洪峰流量544m3/s。电站发电引水流量40.0m3/s，额定水头88.9m,装机容量30MW，年利用小时数3139h,多年平均发电量0.953亿kW·h。

2引水枢纽总体布置方案的比选

2.1引水枢纽地形地质条件分析

工程区为昆仑山系西段，西部跨入帕米尔高原和喀喇昆仑山脉，属高原中高山区，总体地势西高东低，山脉走势呈北北西—北西向的弧状弯曲，海拔一般2000～6000m，平均4500m左右。布达尔水电站引水枢纽位于塔什库尔干河中游河段，河流坡降7%～10‰，河谷呈宽“U”形，谷底宽100～200m，现代河床宽20～50m，其左岸山势雄伟，右岸较为平坦。岸坡河床基岩多裸露，河床有少量冲积卵石及崩积岩石，引水枢纽位于塔里木—南疆地层大区西南隅，跨多个大地构造单元。主要位于羌北—昌都—思茅地区层区内，为喀喇昆仑地层分区。以古元古界为变质基底，下志留统以碎屑—碳酸盐岩为主，夹少量火山岩；上石炭统主体为碳酸盐岩；中二叠统为碎屑岩—碳酸盐岩夹火山岩；三叠—侏罗系为碳酸盐岩；下—中侏罗统为碳酸盐岩、硅质岩、火山岩组合；第四系发育河谷及阶地洪冲积相，山麓堆积相及高山冰碛相。工程区位于喀喇昆仑褶皱带内，属构造稳定性差地区。

2.2引水枢纽布置

引水枢纽作为水电站建设工程中的一个子系统，在水电站建设工程中起着关键的作用。随着水电站的建设，引水枢纽布置是否合理将成为水电站正常运行的主要因素之一，它将直接影响到水电站机组的性能，水电站运行的安全性、经济性及所承担的风险性等关键问题。因此在工程实践中，迫切需要对引水枢纽建筑物进行优化设计。

塔什库尔干河布达尔水电站引水枢纽布置采用正面挡水、冲沙，侧面引水的布置形式。结合实际地形条件，从区间径流、水能利用、地形地质、枢纽布置、施工导流、施工条件、建筑材料、施工工期、环境影响、建设征地及移民安置、工程投资、工程效益和运行条件等方面，进行技术经济综合比较论证，选定布达尔水电站的引水枢纽方案。为此对以下两种方案进行比较：

方案一：利用上下游防护堤对河道进行整治、缩窄，通过冲沙闸、泄洪闸进行拦河壅水与泄流的布置形式，即拦河闸式引水枢纽。主要建筑物由进水闸、冲沙闸、泄洪闸等组成，如图1所示。

图1　方案一布置图

方案一引水枢纽采用拦河闸形式，根据闸址地形条件，发电引水闸布置在左岸，冲沙、泄洪闸布置在靠近右岸进水闸的主河道中，拦河闸总宽为49m,共分为5孔，其中泄洪闸为3孔，每孔净宽8m，闸室长20m，闸室高7.5m。冲沙闸为2孔，每孔净宽5m，闸室长20m。为钢筋混凝土结构，其中底板厚2.5m，底板上下游设齿墙,齿墙深2.5m,底宽2m。泄洪、冲沙闸闸墩厚2m。引水闸与泄洪、冲沙闸轴线夹角为30°，进水闸净宽6m,共2孔，闸前挡沙坎采用钢筋混凝土结构，底板高程比河底高出2.5m。闸室设检修平板门和弧形工作门，在泄洪、冲沙闸闸墩上设置闸房，在闸室后半部设3.5m宽的交通桥。

闸后消能段全长55.0m，由坡度1∶5、长15m的护坦和长40m的消力池组成，消力池底板采用1.5m厚钢筋混凝土结构，左右岸边墙均采用混凝土重力式挡土墙，墙高8.6m，消力池宽14.5m，消力池末端设1∶3反坡，设顶宽1m、高3m的消力坎。

方案二：利用溢流堰和冲沙闸进行拦河壅水与泄流的布置形式，即拦河堰式引水枢纽。主要建筑物由进水闸、冲沙闸、溢流堰、挡水导流防护堤等组成。如图2所示。

图2　方案二布置

方案二引水枢纽采用拦河堰式枢纽，根据闸址地形条件，发电引水闸布置在左岸，冲沙、泄洪闸布置在靠近右岸进水闸的主河道中，右岸剩余河床采用河床段采用溢流堰形式泄水。拦河堰式枢纽由进水闸、冲沙闸、溢流堰、消力池等组成。

进水闸与泄洪、冲沙闸轴线夹角为30°，进水闸净宽6m,共2孔，闸前挡沙坎采用钢筋混凝土结构，底板高程比河底高出2.5m。

冲沙闸每孔净宽5m，共2孔，总宽16m，冲沙闸与进水闸相邻，布置在溢流堰的左侧，冲沙闸闸室全长20m，为钢筋混凝土结构，其中底板厚2.5m，冲沙闸中墩、边墩厚均为2.0m。设检修平板门和弧形工作门，在冲沙闸闸墩上设置闸房，在闸室后半部设3.5m宽的交通桥。

溢流堰段位于塔什库尔干河道主河槽上，最大堰高11.3m，堰长117m。溢流堰采用三圆弧WES实用堰型曲线，溢流堰段共分11孔，单孔堰宽10m，共计110m，溢流堰堰顶架设11跨交通桥，桥面宽3.5m, 交通桥为板梁式结构。溢流堰顶三圆弧数值R1=0.724，C1=0.253；R2=0.29，C2=0.400；R3=0.058，C3=0.408；堰面曲线y=0.365x1.85，堰面曲线原点坐标距堰轴线2.808m。堰后通过1∶0.7的斜线段与半径为4m的反弧段连接，圆心角为55°0′28.7″，再由反弧段与下游消力池底板相接。

由于拦河引水枢纽壅水建筑物为溢流堰和冲沙闸联合结构，其下游所有消力池均分为溢流堰消力池和冲沙闸消力池两个独立消力池。溢流堰消力池和冲沙闸消力池均采用底流消能方式，为C25钢筋混凝土结构。溢流堰消力池净宽117m，长41m，池深2m，底板厚1.2m。冲沙闸消力池净宽14m，长44.5m，池深2.7m，底板厚1.50m。

综合以上论证，对两种引水形式综合比较的结论如下：

a.地形地质条件。两种形式均不存在制约因素，均能适应闸址处的地形地质条件。

b.枢纽布置。两种形式泄洪系统均布置在河床主河道上，引水系统均布置在左岸，拦河闸式引水枢纽拦河闸布置河道中间，泄洪条件较好，布置较为顺畅；拦河堰式引水枢纽采用溢流堰壅高水位，布置形式简单，枢纽整体布置较为紧凑。

c.运行管理。拦河闸式引水枢纽既可壅水沉沙又可开闸泄水冲沙，与拦河溢流堰式相比，除能排除上游壅水段淤积的泥沙外，还能灵活地调整水位和流量，使进水口始终保持良好的引水条件。拦河堰式具有较强的泄流能力，相对于拦河闸式安全可靠性较好，运行管理方便，自动化程度较高。

d.施工方面。两种形式均可以采用分期导流方式施工，拦河闸式结构较为复杂，金属结构较多，在主河道段的施工时间较长。拦河堰式结构形式简单，使用便利，冲沙闸规模较小，主河道段施工期较短。

e.投资方面。拦河堰式引水枢纽工程总投资较少。

经过两种枢纽布置形式综合比选，拦河闸式引水枢纽、拦河堰式引水枢纽均能较好地适应地形条件，均能满足发电引水、泄洪冲沙等引水枢纽基本功能要求。但从引水枢纽布置形式、运用维护、管理以及投资的角度比较分析，推荐方案二：拦河堰式引水枢纽方案作为枢纽布置方案。

3结语

一般情况下，通常根据引水枢纽所处地形地质条件，结合施工导流、施工条件、环境影响及工程投资等方面，进行技术经济综合比较论证，最终确定引水枢纽方案。布达尔水电站引水枢纽河道较窄，洪水期洪峰流量较大，主要以融雪型洪水为主，属典型的山区性河流，造成了枢纽布置极为困难。尤其每年春秋两季，早晚气温变幅较大，河流水量日分配极不均匀，难以控制。根据布达尔水电站实际情况的特殊性和复杂性，采用拦河堰式引水枢纽布置形式，不仅能够满足引水枢纽对季节性泄洪的要求，而且运行方便，便于日常管理，投资也较少。该引水枢纽布置设计思路及方法在高海拔地区得到了很好的印证，该引水枢纽建成后，达到了较为理想的目的，具有很好的借鉴意义。

参考文献

[1]王世泽.水电站建筑物[M].北京：水利电力出版社，1992.

[2]杨欣先，李彦硕.水电站进水口设计[M].大连：大连理工大学出版社，1990.

[3]SL/T 191—2008 水工混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国水利水电出版社，2008.