張世雄

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司 新疆石河子832000）

1 規(guī)劃情況

克里雅河位于新疆和田地區(qū)于田縣境內，多年平均徑流量7.362億m3，在和田地區(qū)的河流中位列第三。多年平均含沙量4.2kg/m3。根據(jù)國家水能資源普查資料，克里雅河水能資源蘊藏量為511MW，目前已建成的水電站有平原區(qū)的渠首電站、托乎拉克電站和蘭干電站，總裝機約為6MW；山區(qū)的吉音水庫電站裝機24MW，目前正在建設當中；總體來看，該河的水能資源開發(fā)利用的潛力很大。

在該河原“流域規(guī)劃修編報告（1997）”中推薦了梯級開發(fā)方案，從上游至下游共規(guī)劃了“一庫十級”，本次拉依喀電站可研的研究范圍為平原灌區(qū)段的第二、三、四級水電站，其上游的一級水電站及五級水電站均已開發(fā)建成，原具體規(guī)劃指標見表1；

表1 原“規(guī)劃”梯級電站主要指標表

2 開發(fā)方案的提出

本次擬建電站可利用水頭以不影響上、下游已建電站為原則確定。上下游線路總長約11km，水面落差約151m；沿線引水總干渠已于2004年至2009年間陸續(xù)修建，為漿砌卵石加塑膜雙防滲結構，干渠設計流量為50.0 m3/s，渠道縱坡較大，沿線共有10座跌水。本次擬在上游電站投入引水干渠后，修建節(jié)制分水閘引水并集中落差發(fā)電后，再投入下級電站引水渠及供下游灌區(qū)之用。在擬建電站停機檢修時，可利用原干渠向下游輸水。

在《97規(guī)劃》中，運用水文系列較短，受當時社會經(jīng)濟等影響，原梯級電站規(guī)劃容量偏小，裝機利用小時數(shù)達6500 h以上。本次電站可研工作將水文系列延續(xù)到2009年，按當前行業(yè)能源開發(fā)原則及要求，利用當前引水式電站工程的新技術，重新確定該段水能資源的開發(fā)方式及裝機規(guī)模。依據(jù)規(guī)模論證結論，該電站在當?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)中不承擔調峰作用，本次開發(fā)電站設計發(fā)電流量為30.8m3/s。

工程區(qū)位于山前沖洪積平原，地貌平坦略有起伏，以10‰～15‰的坡度由南向北傾斜，區(qū)內地表多分布低矮風積沙丘，高度1.5～3m，下層為巨厚沖洪積Qal4層，地下水埋深大，沿線地形無集中落差，宜依靠填方引水渠+長壓力管道+深挖方尾水渠（或尾水隧洞）組合的型式來集中落差發(fā)電，梯級電站按相同水頭的布置原則進行定位布置。由于本次為一次性開發(fā)，故考慮優(yōu)化開發(fā)方案，設計中提出了分一級、兩級和三級的開發(fā)方案，選擇最優(yōu)的方案。

3 開發(fā)方案的布置原則及各方案優(yōu)缺點

3.1 開發(fā)方案的主要布設原則

①在盡量增大發(fā)電水頭的前提下，選擇適宜的渠道斷面及縱坡。考慮經(jīng)濟、合理、輸沙、冬季安全輸水等要求，結合當?shù)匾呀娬荆罁?jù)《水電站引水渠道及前池設計規(guī)范》（DL/T5079-2007），選擇該引水渠道冬季流量下流速不宜小于1.2m/s，且相應水深不宜小于1.4～1.5m，綜合比較后確定引、尾水渠底寬取1.0 m，內邊坡選1:1.5，渠堤縱坡取1/2000。

②以建筑物安全運行、減少工程總投資和降低施工難度為原則，合理控制引水渠、壓力前池填方高度及廠房、尾水渠挖深。盡量減少對當?shù)丨h(huán)境的破壞，渠道填高及挖深不宜過大，要與當?shù)鼐坝^相協(xié)調。

③為使廠區(qū)布置條件較好，基坑挖深不宜過大，合理確定壓力管的鋪設長度及廠房基坑挖深。

④為使工程管理運行便利及總工期較短，布置梯級電站時采用相同水頭的布置原則。

⑤盡量考慮工程總體的挖填方量平衡，節(jié)約工程投資并減少水土流失。

本工程地處沙漠邊緣，地表植被稀少，生態(tài)環(huán)境惡劣，為盡量減少擾動面積，設計中考慮在投資最經(jīng)濟的前提下，盡量合理調運土方，并未嚴格按照挖填平衡來定位布置站點，設計總挖方量大于填方約36萬m3，多余土方堆存于挖方渠道兩側作防風擋沙之用。如遇就近無可利用填筑料源且無合適棄渣廠址時，則須以全線工程土石方挖填平衡原則為主要站點定位依據(jù)，如：新疆阿克蘇多浪渠延伸渠一、二級水電站工程，沿線占地全是農(nóng)田，工程區(qū)亦為坡度平緩地形，上覆0.3～1.8m的淤泥質沙壤土層，為適宜耕種土層，下伏巨厚砂礫石層，渠線總長9.25km，可利用水頭為33.50 m，經(jīng)過詳細研究后，確定該段水能資源最終分兩級電站開發(fā)，裝機容量均為2×3.4MW，工程施工后，廠區(qū)及尾水渠挖方量共為123萬 m3，扣除28萬m3根植土層后約剩余95萬 m3砂礫石，全部利用于填方引水渠及前池等部位，沒有對當?shù)厮临Y源造成較大損失；在水機選型時采用了統(tǒng)一型號，機電運行及維護均便利。該梯級電站于2010年建成投產(chǎn)，目前運行狀況良好。

3.2 各開發(fā)方案的布置及優(yōu)缺點

3.2.1 一級開發(fā)方案

方案布置：引水閘后接1550 m長引水明渠至電站前池，在前池進水室后部正向布置壓力管道，接5.7km PCCP壓力管及100 m斜坡段壓力鋼管,壓力管末端接引水式地面廠房，廠房挖深約45m；廠房尾水接2.0 km長無壓尾水隧洞，后接1180 m明挖尾水渠并退水至灌區(qū)引水干渠。布置見示意圖1。

圖1 一級開發(fā)方案工程縱斷面布置示意圖

優(yōu)缺點：①發(fā)電凈水頭約126.5m，且該河為多泥沙河流，壓力輸水管道長約5.8km，水力機械設計難度較大，且運行安全性不高。②由于廠房挖深約45m，如果采用明挖尾水渠，挖方工程量較大，且棄土方量較大，不能采用，故廠房尾水接2.0 km的無壓尾水隧洞，且砂礫石地層中修建隧洞，施工進度及質量均較難控制。③廠房挖深較大，廠區(qū)布置不宜。④工程總投資明顯較大，經(jīng)濟效益較差。

方案結論：一級開發(fā)方案對本工程不適宜。

3.2.2 兩級開發(fā)方案

方案布置：兩級電站呈串聯(lián)布置，設計凈水頭均為63.8m，裝機容量均為3×5.5MW，總裝機容量33MW；引水閘后接1550 m長引水明渠至一級電站前池，在前池進水室后部正向布置壓力管道，接2.65km PCCP壓力管及50 m斜坡段壓力鋼管,主管段采用單管供水，壓力管末端接引水式地面廠房，廠區(qū)挖深約25m；廠房尾水接2.4km引水明渠至二級電站前池，正向布置2.55km PCCP壓力管及50 m斜坡段壓力鋼管，接二級電站廠房機組，廠區(qū)挖深約25m；后接1180 m明挖尾水渠并退水至灌區(qū)引水干渠。布置見示意圖2。

圖2 兩級開發(fā)方案工程縱斷面布置示意圖

優(yōu)缺點：①壓力管總長約5.3km，設計中為減小工程總投資，采用PCCP管（管徑為3.2m）為長距離輸水管材，如果管材供應商供貨及時，工程施工速度即大大加快；由于3.2m管徑的PCCP管已屬大口徑管，運輸不便，如運途遙遠，只能在當?shù)亟◤S，根據(jù)可研階段向國內多家管材供應商詢價，報價在0.8～1.2萬元/m之間，報價相差較大，故該方案PCCP管長度較長，對工程施工進度及造價控制具有較大的不確定性；②廠房挖深約25m，廠區(qū)布置比較合理。

方案結論：工程靜態(tài)總投資為2.94億元,多年平均發(fā)電量1.40億kW·h。技術經(jīng)濟指標較好，運行管理便利，為該段水能適宜的開發(fā)方案。

3.2.3 三級開發(fā)方案

方案布置：三級電站呈串聯(lián)布置，設計凈水頭均為44.7m，裝機容量均為3×3.85MW，總裝機容量34.7MW；引輸水方案同兩級開發(fā)，該方案共有明渠8.1km，PCCP壓力管長2.1km。梯級電站廠區(qū)挖深均約為24m。布置見示意圖3。

圖3 三級開發(fā)方案工程縱斷面布置示意圖

優(yōu)缺點：①該方案渠道最長，有條件全線開工，在施工機械化程度很高的今天，施工速度易于保證；②PCCP管長度最小，如果施工時不易采購，可用鋼管替代，該方案工程造價及運輸抗風險能力較兩級方案強。

方案結論：工程靜態(tài)總投資為3.00億元,多年平均發(fā)電量1.44億kW·h。技術經(jīng)濟指標較好，運行管理費用較兩級為大，也為該段水能較適宜的開發(fā)方案。

3.2.4 方案比較結論

通過以上方案論述，可研階段認為分兩級開發(fā)方案經(jīng)濟效益最優(yōu)，管理較便利，作為推薦開發(fā)方案，但該方案抗風險能力較三級為差，在下階段可對各管材廠家進行詳細詢價后，最終確定開發(fā)方案。

本工程壓力管道中水流慣性時間常數(shù)TW為15.1s、14.5s均大于《水電站調壓室設計規(guī)范》（DL/T5058-1996）允許值，需設置調壓設施，設計中采用“以閥代井”，在蝸殼上裝設調壓閥。調壓閥的成果經(jīng)驗已較多，目前國內生產(chǎn)技術也日益成熟，該技術的可靠也是兩級開發(fā)方案成立的主要條件。

4 結語

在國家提倡大力發(fā)展可再生能源建設的號召下，小型水電已經(jīng)成為我國最大、發(fā)展最快的可再生能源利用領域，因此更加經(jīng)濟與合理的選擇水電站開發(fā)方案，已成為待建項目規(guī)劃與設計中尤為重視的內容。擬開發(fā)小水電項目多有水能專項規(guī)劃或流域規(guī)劃等依據(jù)，但一些工程由于受規(guī)劃時的社會經(jīng)濟水平及其他相關因素，規(guī)劃裝機容量可能偏小，年利用小時數(shù)偏長，并考慮當時水力機械性能、施工能力等，使得電站設計水頭較低，水能資源得不到充分利用；須在設計階段重新研究布置方案及裝機規(guī)模，并參考國內外已有的工程實例，了解并運用水力機械的發(fā)展成果，最終擬定最優(yōu)方案。