新疆庫爾干水庫樞紐布置方案比選分析

宋興亮

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆烏魯木齊830000）

0 引言

庫爾干水庫位于庫山河流域，是一座山區(qū)控制性水利樞紐，水庫總庫容1.24 億m3，壩高為82 m。電站裝機容量2.4 萬kW。根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2017）[1]，工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型，地震基本烈度為Ⅷ度，設(shè)計烈度為8 度[2]。本文對庫爾干水庫樞紐布置方案進行了比選分析。

1 樞紐布置原則

1）本工程由大壩、溢洪道、泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞、發(fā)電引水洞和電站廠房等組成。樞紐布置比選方案依據(jù)壩線和壩型比選結(jié)論，推薦中壩線瀝青混凝土心墻壩。

2）樞紐布置遵循的原則是適應(yīng)壩線的地形地質(zhì)條件。根據(jù)本工程壩線區(qū)地形地貌特點、地質(zhì)條件，左岸壩線上游山體凸入河心方向，左壩肩分布有大厚度的崩坡積物，且左岸壩前有一古河槽堆積物，呈山梁狀，左岸布置表孔的條件很差，右岸為河道凸岸。樞紐建筑物的布置應(yīng)盡量利用有利地形，因地制宜、揚長避短地確定布置方案。

3）為了保證發(fā)電引水洞進口“門前清”，減少泥沙進入發(fā)電洞，泄洪沖沙洞宜和發(fā)電洞布置在同側(cè)，且泄洪沖沙洞進口和發(fā)電洞進口需聯(lián)合布置。

4）樞紐建筑物應(yīng)盡量集中布置，以便施工及運行管理便利。

5）由于泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞出洞口距大壩下游坡腳約60 m，距發(fā)電站約250 m，此處河床砂礫石覆蓋層大于15 m，如采用挑流消能，會對下游壩腳和電站廠房造成水流淘刷，因此本階段消力池采用底流消能方案。

2 樞紐布置方案擬定

根據(jù)樞紐布置原則，結(jié)合壩址區(qū)的地形條件，在河道布置瀝青混凝土心墻砂礫石壩，右岸布置溢洪道或在左岸布置溢洪洞方案，左、右岸布置發(fā)電引水洞，提出了3 個樞紐布置方案進行了比選。具體方案如下：

方案一：右岸發(fā)電引水洞+右岸泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞+右岸溢洪道方案

利用右壩肩布置開敞式溢洪道，將泄洪沖沙洞與發(fā)電引水洞嵌入右岸山體布置，由于右岸為河道凸岸，布置泄洪沖沙洞為無壓洞，發(fā)電洞平行布置于泄洪沖沙洞右側(cè)，電站廠房靠近右岸階地布置。

方案二：左岸發(fā)電引水洞+左岸泄洪沖沙洞+右岸溢洪道方案+右岸臨時導(dǎo)流洞方案

結(jié)合地形地質(zhì)條件，發(fā)電引水系統(tǒng)也可布置在左岸，考慮發(fā)電洞進口“門前清”，泄洪沖沙洞和發(fā)電洞進口聯(lián)合布置，根據(jù)地形情況，泄洪沖沙洞只能布置成有壓洞型式，需設(shè)兩處拐點。考慮到庫山河泥沙含量較大，有壓泄洪沖沙洞和導(dǎo)流洞分開布置，導(dǎo)流洞布置在右岸，為無壓洞，為臨時建筑物。

方案三：左岸溢洪洞+右岸發(fā)電引水洞+右岸泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞方案

結(jié)合地形地質(zhì)條件，將表孔布置在左岸，表孔宜布置成溢洪洞方案。將泄洪沖沙洞與發(fā)電引水洞嵌入右岸山體布置，由于右岸為河道凸岸，布置泄洪沖沙洞為無壓洞，發(fā)電洞平行布置于泄洪沖沙洞右側(cè)，電站廠房靠近右岸階地布置。

3 綜合比選

對以上三種樞紐布置方案，從地形地質(zhì)條件、工程布置、工程量、施工條件、投資、征占地、環(huán)境影響、運行管理條件等方面進行比較。

1）地形地質(zhì)條件

左岸坡高150～200 m，岸坡均為大厚度的崩坡積物覆蓋，巖性為含土塊碎石層，下部為砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖。左岸壩前分布一古河槽堆積物組成的土質(zhì)山梁，距壩址100～150 m，水庫蓄水后，在庫水位附近會產(chǎn)生塌岸、庫岸再造。壩址右岸基巖大多裸露，壩肩處為一向河道內(nèi)前凸的單薄基巖山梁，巖性為礫巖，在正常蓄水位高程以下，基巖山梁垂直厚度15～30m，巖性為白堊系克孜勒蘇群第五層灰白、灰黃、灰褐色礫巖，夾薄層泥巖。

2）工程布置

方案一：溢洪道布置在右岸，采用開敞式，1 孔，泄槽全長188.953 m。泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞布置在右岸，無壓洞型式，水流條件較好，洞長236 m。發(fā)電引水系統(tǒng)布置在右岸，在導(dǎo)流洞右側(cè)，系統(tǒng)總長473.026 m，泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞及發(fā)電引水洞均布置在右岸，進水口聯(lián)合布置滿足“門前清”要求。

方案二：溢洪道布置在右岸，采用開敞式，1 孔，泄槽全長188.953 m。泄洪沖沙布置在左岸，有壓洞型式，水流條件差，洞長790 m。發(fā)電引水系統(tǒng)布置在左岸，系統(tǒng)總長797.285 m，調(diào)壓井直徑10 m。泄洪沖沙洞和發(fā)電洞進口聯(lián)合布置，滿足“門前清”要求。在右岸增加臨時導(dǎo)流洞，城門洞型，洞長240 m。

方案三：溢洪洞布置在左岸，無壓洞型式，水流條件較好，洞長472.138 m。泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞布置在右岸，無壓洞型式，水流條件較好，洞長236 m。發(fā)電引水系統(tǒng)布置在右岸，在導(dǎo)流洞右側(cè)，系統(tǒng)總長473.026 m。泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞及發(fā)電引水洞均布置在右岸，進水口聯(lián)合布置滿足“門前清”要求。

3）征占地

各方案征占地面積基本相同。

4）水力條件

方案一：泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞采用無壓洞，具有較好的水力條件，沖沙效果較好，出口順應(yīng)河道走向。方案二：泄洪沖沙洞為有壓洞，水流條件較差，沖沙效果較差。方案三：泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞采用無壓洞，具有較好的水力條件，沖沙效果較好。

5）運行管理安全性

方案一：泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞為無壓洞，事故閘門及工作門布設(shè)一體，操作方便，安全可靠性較高。方案二：泄洪沖沙洞為有壓洞，控制閘門在隧洞出口，事故閘門在隧洞進口，閘門布置分散，運行管理不便，安全可靠性差。方案三：溢洪洞及泄洪沖沙洞閘門布置分散，運行管理不便，安全可靠性差。

6）沖沙運行效果

方案一：發(fā)電引水系統(tǒng)與泄洪沖沙洞同側(cè)布置，可做到“門前清”，沖沙效果較好。方案二：雖然泄洪沖沙洞與發(fā)電引水系統(tǒng)同側(cè)布置，但采用有壓洞，沖沙效果較差。方案三：發(fā)電引水系統(tǒng)與泄洪沖沙洞同側(cè)布置，可做到“門前清”，沖沙效果較好。

7）施工條件

樞紐布置方案施工條件、施工導(dǎo)截流方式及標(biāo)準(zhǔn)、料場規(guī)劃、主體工程施工、施工交通、施工總布置及施工總進度等基本相同，方案一及方案三發(fā)電洞及泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞布置在右岸，進口開挖深度較大，右岸岸坡陡峻，邊坡處理難度大。方案二發(fā)電洞及泄洪沖沙洞進口布置在左岸，崩坡積物較厚，左岸崩坡積物處理量較大，不利于施工道路的布置，施工難度較大。

8）以上部分投資

方案一工程建筑工程投資12.46 億元，方案二工程建筑工程投資13.40 億元，方案三工程建筑工程投資13.63 億元。

4 比選結(jié)論：

1）從布置上來看，三個方案均可行。

2）從水力條件而言，三種方案均不存在制約性因素，方案二泄洪沖沙洞為有壓洞型式，水流條件較右岸無壓洞型式差。

3）從運行管理及安全性而言，方案二泄洪沖沙洞為有壓洞，檢修閘門在隧洞進口，控制閘門在隧洞出口，洞內(nèi)有泥沙淤積風(fēng)險；方案二及方案三閘門布置較分散，運行管理不便，安全可靠性差。

4）從工程投資來看，方案一比方案二節(jié)約投資0.94 億元，方案一比方案三節(jié)約投資1.17 億元，固方案一最投資最優(yōu)。

因此，本階段推薦方案一（右岸發(fā)電引水洞+右岸泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞+右岸溢洪道）作為本階段推薦的樞紐布置方案，即：大壩采用混凝土瀝青心墻砂礫石壩，右岸布置溢洪道、泄洪沖沙兼導(dǎo)流洞及發(fā)電引水系統(tǒng)。