基于新形勢下溫泉水利樞紐工程水電站開發(fā)方式的研究

廖騰耀

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

新疆南疆卡普斯浪河流域灌區(qū)因季節(jié)性缺水，給灌區(qū)農(nóng)作物的生長及產(chǎn)量帶來不利影響，給流域灌區(qū)的人民生活水平的提高帶來制約。溫泉水利樞紐工程是卡普斯浪河山區(qū)流域控制性工程，通過溫泉水利樞紐工程的修建，調(diào)蓄天然徑流，改變年內(nèi)徑流分配過程，蓄豐補枯，增加流域灌區(qū)供水量，有效控制和合理分配水資源，改善流域灌區(qū)灌溉供水條件，蓄存冬閑水至第二年春季天然來水不足時供給下游灌區(qū)用水，解決流域灌區(qū)的季節(jié)性缺水問題，促進流域灌區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展。因此，修建溫泉水利樞紐工程是解決卡普斯浪河流域灌區(qū)春旱缺水的需要，為工業(yè)發(fā)展提供可靠的水源保證，同時結合下游工農(nóng)業(yè)用水，進行水能資源開發(fā)，為當?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發(fā)利用水能資源為原則[1-3]，推薦水電站采用混合式長引水系統(tǒng)開發(fā)。隨著新形勢下國家對環(huán)境保護意識理念的不斷加強，混合式長引水系統(tǒng)開發(fā)減水河段較長，為滿足壩址以下河段生態(tài)基流流量的環(huán)保要求，仍然采用長引水系統(tǒng)開發(fā)可設置生態(tài)電站，來保障減水河段生態(tài)基流要求，同時長隧洞工程投資較大[4-6]。在滿足國家環(huán)境保護政策要求的同時追求工程經(jīng)濟效益最大化，對該水利樞紐工程水電站進行開發(fā)方式比選，通過對地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置、施工條件、環(huán)境影響、動能指標、經(jīng)濟效益等方面進行綜合對比分析，選定最優(yōu)的水電站開發(fā)方式[7-10]。

1 工程概況

溫泉水利樞紐工程位于新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)，工程壩址位于卡普斯浪河上，距出山口上游27 km，距木扎提河匯合口約65.6 km，距拜城縣縣城約48 km。該工程是卡普斯浪河上的控制性工程。工程主要建筑物有攔河壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞、灌溉供水發(fā)電洞、電站廠房，壩址斷面多年平均流量18.20 m3/s，多年平均年徑流量5.74×108m3，水庫正常蓄水位1 900 m，水庫設計洪水位1 900 m，校核洪水位1 901.40 m，死水位1 855 m?？値烊? 082×104m3，電站裝機容量24 MW，多年平均年發(fā)電量0.74×108kW·h，裝機年利用小時數(shù)3 083 h，工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。該工程具有灌溉、工業(yè)供水及發(fā)電等綜合利用效益，建成后，到2025年經(jīng)水庫調(diào)蓄供水，解決卡普斯浪河流域灌區(qū)季節(jié)性缺水問題，并承擔向下游拜城縣產(chǎn)業(yè)園區(qū)工業(yè)供水，同時利用水能資源進行發(fā)電，為阿克蘇電網(wǎng)提供可靠的電量支持[11-12]。

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引水系統(tǒng)開發(fā)，電站利用落差162 m，電站裝機容量37 MW，多年平均年發(fā)電量1.23×108kW·h?？紤]到引水發(fā)電系統(tǒng)及減水河段的長度，結合環(huán)保政策的要求和工程總體布置，以發(fā)電引水系統(tǒng)長度為自變量，擬定混合式長洞開發(fā)方案、混合式短洞開發(fā)方案和堤壩式開發(fā)方案共3組方案。現(xiàn)對3組方案分述如下：

2.1 混合式長洞開發(fā)方案

混合式長洞方案主電站廠房位于壩后6.4 km，電站利用落差162 m，發(fā)電引水洞長5.53 km，壩后布置生態(tài)電站，總裝機37 MW，該方案減水河段長約6.4 km。

2.2 混合式短洞開發(fā)方案

在混合式長洞方案基礎上，選擇上游3.5 km河道右岸作為混合式短洞開發(fā)方案廠址位置?；旌鲜蕉潭捶桨钢麟娬緩S房位于壩后2.9 km，電站利用落差120 m，發(fā)電引水洞長2.6 km，壩后布置生態(tài)電站，總裝機27 MW，該方案減水河段長約2.9 km。

2.3 堤壩式開發(fā)

堤壩式方案選擇壩后0.25 km河道右岸作為堤壩式開發(fā)方案廠址位置，該方案電站廠房位于壩后，電站利用落差95 m，發(fā)電引水洞長0.53 km，總裝機24 MW，不存在減水河段，生態(tài)基流發(fā)電后下泄河道。

3 各方案設計及動能經(jīng)濟指標成果

3個方案通過對地形地質(zhì)條件選擇、樞紐建筑物布置、施工組織設計、工程投資計算、經(jīng)濟評價，各方案動能經(jīng)濟指標成果見表1。

表1 各方案動能和經(jīng)濟指標成果表

4 開發(fā)方式比選

4.1 各方案地形地質(zhì)條件比較

4.2 各方案樞紐建筑物布置及施工條件比較

從樞紐建筑物布置分析，3個方案中攔河建筑物利用當?shù)夭牧咸钪?，壩體采用砼面板防滲，設計、施工簡單；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)最長，方案二次之，方案三最短。方案三引水系統(tǒng)布置難度最小，工程量最小。

從施工條件分析，方案一由于發(fā)電洞局部穿越煤層，可能有害氣體產(chǎn)生，同時發(fā)電洞長5.53 km需要設置3條施工支洞，施工條件相對較差；方案二發(fā)電洞長2.6 km僅需設置一個支洞；方案三發(fā)電洞長僅0.53 km，工程施工簡單，施工條件相對最優(yōu)。

通過對比分析，從樞紐建筑物布置來看，方案三引水線路布置難度最小，施工條件較優(yōu)，工程量也最小，相對較優(yōu)。

4.3 各方案環(huán)境影響性質(zhì)及程度比較

3個方案中方案一和方案二減水河段長度分別為6.4和2.9 km，電站開發(fā)時設置生態(tài)電站，保障減水河段下泄生態(tài)基流要求，開發(fā)方案符合國家環(huán)境保護政策。方案三采用堤壩式開發(fā)，無減水河段。3個方案實施均不會產(chǎn)生新的污染源，不會對河水環(huán)境功能產(chǎn)生大的影響，能夠達到流域水功能區(qū)劃對該河段的水質(zhì)保護目標要求。由于受大壩阻隔和發(fā)電引水的影響，河道水文情勢將有一定改變，但3組方案電站廠房尾水以后河段水文情勢影響均相同。綜上所述，3組方案環(huán)境影響差異主要體現(xiàn)在減水河段，方案三無減水河段，相對較優(yōu)。

4.4 各方案動能指標比較

3個方案總利用落差分別為162，120，95 m，隨著利用落差增大，電站動能指標增大。從動能指標比較可以看出，方案一裝機容量37 MW，多年平均年發(fā)電量1.23×108kW·h；方案二裝機容量27 MW，多年平均年發(fā)電量0.90×108kW·h；方案三裝機容量24 MW，多年平均年發(fā)電量0.74×108kW·h。方案一利用落差最大，動能指標最優(yōu)。

4.5 各方案經(jīng)濟效益比較

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)及電站廠房投資，隨著發(fā)電引水系統(tǒng)長度的增長，投資增大。3個方案中方案一投資最大，方案二次之，方案三投資最小。

從各方案的經(jīng)濟凈現(xiàn)值和經(jīng)濟內(nèi)部收益率來看，各方案經(jīng)濟內(nèi)部收益率均大于社會折現(xiàn)率8%，說明3組方案均是經(jīng)濟的，其中方案三經(jīng)濟內(nèi)部收益率最大，較其它兩組方案要優(yōu)。3個方案經(jīng)濟凈現(xiàn)值均大于零，說明3組方案均是經(jīng)濟合理的，其中方案三的經(jīng)濟凈現(xiàn)值最大，優(yōu)于其它兩組方案。因此，從經(jīng)濟評價角度分析，方案三堤壩式開發(fā)方式相對較優(yōu)。

5 結 論

新形勢下水電站開發(fā)方式，不能再僅僅以最大程度的開發(fā)利用水能資源為原則，還應緊密結合新法規(guī)、新政策，尤其應符合國家環(huán)境保護政策，根據(jù)地形地質(zhì)條件、結合工程總體布置和施工方法擬定出合理比選方案，并對各擬定方案進行技術、經(jīng)濟綜合比較。通過定性和定量的優(yōu)劣分析，在權衡各種因素的基礎上，選擇最優(yōu)的開發(fā)方式。本工程通過對各開發(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、動能指標、經(jīng)濟效益等方面進行綜合對比分析，方案三相對較優(yōu)，該方案無重大生態(tài)環(huán)境影響制約性因素，其技術經(jīng)濟指標較優(yōu)、綜合效益較好，并有利于開發(fā)實施。綜上所述，選定方案三堤壩式方案作為該工程水電站的開發(fā)方式既滿足環(huán)保政策的要求，又實現(xiàn)了工程經(jīng)濟效益最大化。