基于综合因素对哈拉军水电站的工程布置方案比选

王琛涛

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所　新疆　乌鲁木齐　830091）



基于综合因素对哈拉军水电站的工程布置方案比选

王琛涛

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所新疆乌鲁木齐830091）

摘要哈拉军水电站以发电为主，文章在分析其水文、径流、气象等自然条件和区域地质、引水线路、压力前池、隧洞、厂区等工程地质条件的基础上，重点论述了水电站厂房位置、局部渠线渠道与隧洞等不同工程布置方案及比选。

关键词库克苏流域；水电站；方案设计

1　工程概况

该工程由电站引水渠首、引水渠、暗渠、压力前池、引水隧洞、调压井、压力管道、厂房、尾水渠、输水渡槽、排洪涵洞、排洪渡槽、交通桥等建筑物组成。

根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》，水电站设计引水流量98.2m3/s，电站装机容量38MW，工程等别为Ⅳ等小（1）型，根据地质及地震安全报告，哈拉军水电站厂址对应的地震烈度为Ⅷ度。

2　自然条件

2.1水文

库克苏河位于特克斯河的南岸，也是该流域的最大一条支流，库克苏河发源于和静县境内的哈尔克他乌山东端与霍拉山脉西端交界处的木孜塔格峰（海拔4899m）西侧。河流先自东向西，行至康卡尔沟汇入口后折向北，由南向北流至特克斯河干流。库克苏河流域范围在东经81°45′～83° 08′，北纬42°22′～43°15′之间，南部以哈尔克他乌山山脊为界与阿克苏地区的拜城县接壤，流域东南部的河源地带位于巴音郭椤蒙古自治州和静县境内，东部与巩留县小吉尔格郎河相连，西南为昭苏县阿合牙孜河流域，流域北部为特克斯河河谷。库克苏河长约206km。哈拉军水电站所处流域集水面积为5666km2，平均宽度27km，河道平均坡降14.92%。流域林区星罗棋布，植被覆盖率高，山区垂直地带性分布规律明显。工程处于低山丘陵草原带，海拔900m～1500m，积雪深厚，草本植物多，断陷盆地较多。

2.2径流

根据数据分析，河流融雪水补给量为5.52×108m3，占多年平均年径流量的24.6%，是典型的冰川积雪补给为主、降雨补给为辅、地下水补给次之的河流，径流年际变化稳定。同时，哈拉军水电站引水渠接上一级水电站水库尾水，其径流调节将决定水电站引水量，水库具有季调节能力，在满足用水前提下，以月统计分析，其全年径流量为倒“U”型，1月份和12月份较低，7月份最高。

2.3气象

水电站所处位置属逆温带控制区，是温带大陆性气候，多年平均气温7.26℃，7月份最暖，平均19.77℃，1月最冷，平均- 8.24℃。流域年降水量垂直分带，平均降水量375.26mm，集中在4月～8月份，6月份降水最多，月平均降水量69.86mm。与新疆其它地区相比流域蒸发量小，多年平均蒸发量为1545.56mm。

3　工程区域地质条件

工程区位于天山褶皱构造带西段的伊犁谷地，伊犁谷地北以博罗霍罗山南坡断裂（F8）为界，南以哈尔克它乌山北坡断裂（F19）为界，南北宽约150km，谷地内褶皱和断裂构造发育，不同方向的边界断裂将伊犁谷地切割成大小不等的断褶隆起山区及断陷盆地。

根据《新疆中强震分布图》，地震主要分布在工程区东北和西北，南部地震较少。据历史地震资料和现场勘察，该区的中强地震主要与近东西向活动断裂密切相关,且震中多位于断裂交汇部位的应力集中区；根据新疆防御自然灾害研究所《地震安全性评价报告》资料：该断层具备发生6级地震构造的条件，对建筑物影响较大。

3.1引水渠道

工程区跨越Ⅱ～Ⅴ级阶地貌单元，河谷为U型，地势开阔。引水线路位于河流右岸，穿Ⅱ级阶地、山前倾斜平原等地貌单元，地形平缓，宽100m～900m；山前倾斜平原坡度较小，约10°～20°，冲沟均发育较小，规模不大，Ⅳ～Ⅴ级阶地形起伏较小，冲洪沟较发育，规模较小。

引水线路设4个桩号：0+000～1＋366，1+366～2＋018，2+018～4＋238和4+238～4＋814.0+000～1＋366段渠道位于第四系更新统Q3al砂卵砾石层，分为Q4PL洪积粉土层、Q4al冲积砂层、Q3al冲积砂卵砾石层。

3.2压力前池与隧洞

前池置于河右岸洪积扇中部，高程1199m～1221m，地形起伏大。洪积扇后缘为基岩山体，基岩大部分裸露，岩性为Q4pl碎石土层，厚10m～20m，结构中密。隧洞包含进口段、洞身段、弯管段及压力管道。进口段出露岩性为Q4pl碎石土层，厚3m～10m，结构中密，边坡40°。洞身段出露岩性为凝灰岩，发育两组节理，面平直，局部粗糙，充填钙膜，破碎带宽1m～3m，由碎裂岩、断层泥和糜棱岩组成。弯管段出露岩性为凝灰岩，岩体破碎，强风化厚1m～3m，弱风化厚15m～25m。压力管道为第四系全更新统洪积Q4pl碎石土层，厚8m～12m，下覆C1d凝灰岩，建基面高程以上未见地下水。

4　工程布置方案设计

4.1厂房位置设计

据地质情况分析，沿阶地后缘基岩山体处为阿仁不拉克活动断层，对厂房影响较大，应避开断层影响带。故厂房位置有两种选择方案：方案一，避开断面层，并尽量靠近山边；方案二，布置在河边。

（1）方案一：厂房靠山

厂房位于距离山边150m处，避开断层，建筑物依次为钢岔管、支管、厂房、尾水渠。岔管接压力隧洞出洞埋管，采用对称Y形，结构型式为内加强月牙肋岔管。主厂房包含主机间和安装间，垂直水流从左至右为安装间及主机间1～3机组段。副厂房、GIS室及变压器均平行布置主厂房上游侧，GIS开关站布置副厂房内。

（2）方案二：厂房设于河边

由山至河的建筑物依次为钢岔管、PCCP管、厂房、尾水。钢岔管设计与方案一相同，厂房整体高程降低4m。岔管后采用PCCP管与主厂房相接，PCCP管末点与厂房相接，该段管道铺设后，回填土为管顶以上2m，便于管道稳定、防冻和检修。尾水反坡段末点直接接入河道。

表1　各方案综合比较表

（3）方案比选

根据地质情况，沿阶地后缘为基岩山体处为阿仁不拉克活动断层，断层宽度约为100m，该断层对厂房影响很大，厂址比选论证报告的咨询意见也提出按避开断层影响带布置厂房，故厂房位置有两种选择方案：方案一，避开断面层，并尽量靠近山边布置；方案二，布置在河边。方案一、方案二各有优缺点，从工程投资、发电量、施工、运行管理等多方面进行综合比较，见下表1。

由上表可以看出，虽然方案二具有运行管理较为方便、但工程投资较大，投资预算比方案一多了1209万，发电量也较方案一少了近0.1亿kw·h，故将方案一做为推荐方案。

4.2局部渠线渠道与隧洞设计

据工程地质分析，电站引水渠道地形狭窄，存在与原有道路、林场交叉重合现象，故拟考虑在其右侧山体内采用隧洞方式，上游接某沟引水暗渠，后接引水明渠。根据隧洞衬砌形式，局部渠线渠道与隧洞设计存在三种方案，一为引水渠方案；二为全断面衬砌；三为Ⅲ类围岩不衬砌，Ⅳ围岩衬砌。

（1）方案一：渠道方案

引水渠沿线分布有山洪沟，故在洪水量较大处共设置排洪涵洞1座与渡槽5座，将洪水导向下游。引水渠设计流量98.2m3/s，起点为跨某沟暗渠，比选渠道长2.468m，纵坡1/4000。渠道采用梯级断面，内边坡1∶1.75，外边坡1∶1.5，渠深5.7m。

排洪建筑型式和位置根据引水渠沿线山洪沟分布、下游洪水通道等确定。排洪涵为钢筋混凝土箱涵结构，钢筋砼箱涵单孔洞径2.5m乘以2.5m，糙率0.016，纵坡1/80。排洪渡槽为钢筋混凝土矩形槽结构，侧壁厚0.15m渐变到0.25 m，底板厚0.2m，槽身段纵坡1/200。局部渠道与道路冲突，需将道路与渠堤结合，将渠道堤岸加宽处理。

（2）方案二：全断面衬砌

隧洞采用圆拱直墙式断面，洞身围岩类型为Ⅲ、Ⅳ类，Ⅳ类占长29%，设计采用系统锚杆、回填灌浆、钢筋拱架等工程措施，混凝土衬砌厚0.4m。隧洞尺寸5.10m×7.65m，净空率17.1%，纵坡1/1000，糙率0.014。进出口引渠的结构断面均与方案一相同。

（3）方案三：Ⅲ类不衬砌，Ⅳ类衬砌

隧洞采用圆拱直墙式断面，洞身围岩为Ⅲ、Ⅳ类围岩，Ⅳ类为一般衬砌，混凝土衬砌厚0.4m，主要分布在进出口段，进口段衬砌长576m，出口段衬砌长33m，衬砌段隧洞断面5.10m乘以7.65m；Ⅲ类不衬砌，喷砼厚0.1m，隧洞断面5.75×8.63m，净空率为15.4%，纵坡1/1000，糙率0.02。进出口引渠的结构断面均与方案一相同。

（4）方案比选

结合工程地质参数与投资预估，方案二、三虽在工程布置上避开了现有道路、林场及交叉建筑物，但其工程造价远高于方案一，且在工程施工、运行管理、发电量上较差，故方案一为推荐方案。

5　结语

哈拉军水电站工程设计充分考虑了新疆某地区的自然条件和工程地质特征，尤其是厂房位置设计、局部渠线渠道与隧洞建设，在系统分析区域环境的基础上，考虑多种方案，并就其施工、管理、工程造价等进行方案比选，以确定最佳方案，其设计理念与方法值得新疆地区水电站工程建设学习与借鉴，同时，水电站的建设与使用，具有广泛的经济效益和社会、生态作用，必将给当地的社会生活带来新的改变。陕西水利

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（责任编辑：唐红云）

中图分类号：TV221

文献标识码：A