新龙口水电站工程引水渠首闸址方案设计比选

周 全

（新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院一分院 新疆 石河子 832000）

1 工程概况

奎屯河发源于依连哈比尔尕山的西段，流向由南向北，全长320km，多年平均年径流量6.12亿m3，新龙口水电站位于奎屯河干流中游山区河段。奎屯河属于一条多沙河流，泥沙来源于降雨融雪汇流对流域面的侵蚀和水流对河道的冲刷。以煤窑站的实测资料，新龙口水库的多年平均入库悬移质沙量258.1万t，水库多年平均入库推移质沙量36.1万t，占悬移质沙量258.1万t的14%。

水库上闸址位于峡谷出口位置，河道顺直，河谷呈“V”型谷，谷底宽30m左右，河谷宽高比为2，河床覆盖层厚5m左右。正常蓄水位时谷宽170m。坝基岩性主要为英安质凝灰岩夹凝灰质砾岩，厚层状～块状，断裂构造较发育，岩体风化深度较浅，岩体完整性较好，透水性较弱。下闸址亦为典型的“V”型河谷，河谷狭窄，坝顶以上坡高170m～230m，左岸地形不太规则，小冲沟发育，河床覆盖层厚度10m～12m，相对较厚。坝基岩性主要为英安质凝灰岩夹安山质凝灰岩，厚层状～块状，断裂构造发育，岩体风化深度相对较深，岩体完整性相对较差，透水性较强。

根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）的规定，枢纽属中型Ⅲ等工程。但其引水枢纽为奎屯河引水改建工程中的一部分，奎屯河引水改建工程控制灌溉面积122.1万亩，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）中规定，按灌溉面积确定工程规模属大（2）型，工程等别为Ⅱ等。因此，新龙口电站各建筑物级别按其从属的不同工程等别分开确定，引水枢纽定为2级。

2 方案设计及比选

新龙口电站为引水式电站，工程由引水枢纽、引水隧洞、前池、压力管道、泄水陡坡、主副厂房等组成。设计引水流量50.5m3/s，枢纽引水水位1324.5m，前池正常水位1313.1m，电站尾水水位983.7m，发电水头321.5m，装机容量140MW，年发电量3.80亿kW·h（单独）/3.93亿 kW·h（联合）。工程规模属中型三等。

根据地质勘察，将军庙水库下游2km至老龙口引水枢纽之间河道段，地质灾害频发，断层较发育，局部段河道两岸冲沟深切，不适宜作为枢纽闸址。本次在将军庙水库坝址下游2km范围内选择布置闸址，初步选择上、下两个闸址方案。

2.1 上、下闸址方案设计的基本原则

（1）闸址比较选择同一个引水线路、厂址及尾水位，根据工程布置，上下闸址引水线路在下闸址隧洞1+518.63处相交，交点至厂区工程布置基本相同，上、下闸址比较末端选为引水隧洞交点处。

（2）电站施工控制性工程为隧洞施工，故上、下闸址比较不考虑施工工期。

（3）奎屯河泥沙含量较大，闸址选择尽可能考虑闸后设置沉砂建筑物的地形条件。

（4）上闸址闸高9.9m，闸基应力满足基础承载力要求，基础不需进行特殊处理，闸型选择拦河闸作为闸址比选代表方案。下闸址枢纽高度较高，基础承载力不满足要求，需对闸基做处理，根据基础处理方式不同，初拟挖除与不挖除两种方案，经过比选挖除方案有其自身的优势，因此下闸址选定挖除方案为代表方案参与闸址比选。

2.2 上闸址方案

上闸址位于将军庙水文站下游2.7km处，引水枢纽采用正向泄洪排沙、斜向引水的布置形式，由排冰排漂闸、泄洪冲砂闸、引水闸、护岸、沉砂池组成，闸前正常引水位1324.5m。闸基坐落在覆盖层上，闸基设防渗墙，防渗墙伸入至基岩以下1m。泄洪冲砂闸布置在河道主槽上，起泄洪冲砂的作用，设计单孔泄洪量68.4m3/s，校核单孔泄洪量102.2m3/s。泄洪闸底板高于河床2.9m，单宽6m，共5孔，闸顶高程 1326.5m，闸高9.9m；排冰排漂闸底板高程为1321.0m，闸室长18.0m，闸高9.9m，控制闸门采用舌板闸。引水闸与泄洪冲砂闸轴线夹角35°，共6孔，单孔宽4m，闸高5.5m，引水闸由弧形闸门控制，闸后接条渠式沉砂池和引水暗渠，沉砂池全长200m。沉砂池末端接引水隧洞，引水隧洞至上、下闸址洞线交点处长2.706km。

2.3 下闸址方案

采用推荐方案拦河坝式引水枢纽与上闸址进行比较。

下闸址布置在上闸址下游1.1km处，由泄水建筑物、左右岸挡水建筑物、引水建筑物、沉砂池、暗渠组成，正常引水位1324.5m。引水枢纽基础坐落在强风化下限、弱风化上限，并对基底面进行固结灌浆。

泄洪建筑物由表孔泄洪坝段和底孔冲砂坝段组成，表孔泄洪溢流坝段布置在河道主槽上，堰顶高程1320.5m，单孔宽6m，净宽3×6m=18m，由弧形闸门控制。闸室高6.0m，坝段最大坝高45.25m。底孔冲砂坝段布置在泄洪溢流坝段右侧，紧靠引水建筑物布置，底板高程高于河床4.5m，共1孔，末端孔口尺寸3.0m×3.0m，在底孔出口端由弧形钢闸门控制。引水建筑物布置在底孔冲砂坝段右侧，引水闸与泄洪坝段轴线夹角45°，底板高程1321.0m，闸室高5.5m，共2×3=6孔，孔宽4.0m。引水闸末端接条渠式沉砂池，沉砂池长180m。沉砂池末端接引水暗渠，暗渠长60m，暗渠末端接引水隧洞。引水隧洞至上、下闸址洞线交点处长1.518km。

2.4 上、下闸址方案比较

2.4.1 地形、地质条件

上闸址位于将军庙水文站下游2.7km河道段。左岸发育Ⅲ级侵蚀堆积阶地，岸边基岩裸露，推测岸内存在古河槽，阶地表层0.2m～0.5m为土黄色砾质土，其下为第四系上更新统～全新统青灰色砂砾石层，厚15m～20m，承载力建议值为500kPa。下伏基岩为石炭系中统巴音沟组第三亚组凝灰岩，强风化层厚4m～6m，弱风化层厚15m～17m，强风化层承载力建议值2.0MPa，弱风化为3.0MPa。现代河床覆盖层岩性为第四系全新统冲积砂卵砾石，厚度15m～17m，青灰色，级配不良，磨圆度较好，骨架颗粒间多以中粗砂充填。渗透系数7.5×10-2cm/s，为强透水层，承载力建议值为300kPa。下伏基岩为石炭系中统巴音沟组第三亚组凝灰岩，块状构造，节理裂隙发育，强风化层厚2m～3m，弱风化层厚15m～17m。右岸为Ⅲ级阶地，岸坡陡立，基岩裸露,地层岩性为石炭系中统巴音沟组第三亚组凝灰岩，强风化层厚4m～6m，弱风化层厚15m～17m，承载力建议值强风化为2.0MPa，弱风化为3.0MPa。

下闸址位于上闸址下游1.1km处，河道左岸为Ⅲ级侵蚀堆积阶地，岸边基岩裸露，下伏基岩为石炭系上统沙大王组凝灰质砾岩、凝灰质砂岩，开挖边坡临时1∶0.3，永久1∶0.5。现代河床海拔高程1300m～1305m，河床纵坡1.3%，宽40m，覆盖层岩性为第四系全新统冲积砂卵砾石，厚度15m～17m，级配不良，磨圆度较好，分选性差，骨架颗粒间多以中粗砂充填。天然密度为1.89g/cm3，干密度1.85g/cm3，渗透系数7.5×10-2cm/s，为强透水层，承载力建议值为300kPa。下伏基岩为石炭系上统沙大王组玄武岩、凝灰质砂岩，岩强风化层厚2m～3m，强风化层承载力建议值为1.5MPa，开挖边坡临时1∶0.3，永久1∶0.5。右岸为Ⅲ级阶地，岸坡陡立，坡度60°～80°，基岩裸露,岩性为石炭系上统沙大王组凝灰质砾岩、凝灰质砂岩，强风化层厚4m～6m，承载力建议值为1.5MPa，边坡开挖临时1∶0.3，永久1∶0.5。右岸古河槽宽15m～20m，覆盖层厚度约20m，古河槽呈弧形在右岸展布，古河槽进口在进水闸处，出口在引水隧洞进口西侧河岸边，从地质条件看，上、下闸址基本相同。

2.4.2 工程布置

上闸址为拦河闸式渠首，闸高约9.9m，闸高较下闸址小，引水闸轴线长92.9m，轴线较下闸址短。引水闸与泄洪冲砂闸轴线夹角35°，夹角较下闸址小，出口河道较平顺，引水隧洞比下闸址加长1.21km。下闸址渠首所处河段平顺，河道宽窄适宜，河床以上建筑物高度为25m，闸前水深较大，引水枢纽轴线长175.46m，引水闸与泄洪建筑物夹角为45°，引水防沙条件相对较好。从工程布置看，下闸址较优。

2.4.3 施工

上闸址河谷宽阔，可采用分期导流施工，临时导流工程代价较小。附近有阶地可布置施工工区，施工交通不便，需新建2.5km进场道路及1km通往料场道路。

下闸址河谷较窄，需采用导流洞导流，临时导流工程施工费用较高，附近有阶地可布置施工工区。施工交通较为方便，现状有通往闸址与料场的临时道路，整治后可作为施工道路。

2.4.4 运行管理

上闸址河道引水、冲砂基本顺直，沉砂容积小，冲砂频繁，冲砂耗水大。下闸址河道引水、冲砂基本顺直，闸前沉沙库容大，相对冲砂耗水量少。

2.4.5 移民占地

上闸址方案枢纽区共占地83.63亩，下闸址方案枢纽区共占地231.82亩。上闸址占地较少。

2.4.6 投资及效益

下闸址方案静态总投资较上闸址省575万元。

3 结语

综上所述，上闸址、下闸址区的工程地质条件基本相同。在河流引水比大的情况下，拦河坝式渠首引水口闸底板高于河床18m，有利沉砂，沉砂库容大，可以以集中冲砂方式为主；小流量时，也可辅助以引水渠集中冲砂，而上闸址应以连续冲砂为主，并且其上游右岸存在坡积物也会造成闸上游淤积，同时冲砂次数多、冲砂水损耗比下闸址大。在投资效益方面，下闸址较上闸址省575万元。综合分析，选定下闸址作为推荐闸址。陕西水利

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