新疆库尔干水库枢纽布置方案比选分析

宋兴亮

（新疆水利水电勘测设计研究院 新疆乌鲁木齐830000）

0 引言

库尔干水库位于库山河流域，是一座山区控制性水利枢纽，水库总库容1.24 亿m3，坝高为82 m。电站装机容量2.4 万kW。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2017）[1]，工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型，地震基本烈度为Ⅷ度，设计烈度为8 度[2]。本文对库尔干水库枢纽布置方案进行了比选分析。

1 枢纽布置原则

1）本工程由大坝、溢洪道、泄洪冲沙兼导流洞、发电引水洞和电站厂房等组成。枢纽布置比选方案依据坝线和坝型比选结论，推荐中坝线沥青混凝土心墙坝。

2）枢纽布置遵循的原则是适应坝线的地形地质条件。根据本工程坝线区地形地貌特点、地质条件，左岸坝线上游山体凸入河心方向，左坝肩分布有大厚度的崩坡积物，且左岸坝前有一古河槽堆积物，呈山梁状，左岸布置表孔的条件很差，右岸为河道凸岸。枢纽建筑物的布置应尽量利用有利地形，因地制宜、扬长避短地确定布置方案。

3）为了保证发电引水洞进口“门前清”，减少泥沙进入发电洞，泄洪冲沙洞宜和发电洞布置在同侧，且泄洪冲沙洞进口和发电洞进口需联合布置。

4）枢纽建筑物应尽量集中布置，以便施工及运行管理便利。

5）由于泄洪冲沙兼导流洞出洞口距大坝下游坡脚约60 m，距发电站约250 m，此处河床砂砾石覆盖层大于15 m，如采用挑流消能，会对下游坝脚和电站厂房造成水流淘刷，因此本阶段消力池采用底流消能方案。

2 枢纽布置方案拟定

根据枢纽布置原则，结合坝址区的地形条件，在河道布置沥青混凝土心墙砂砾石坝，右岸布置溢洪道或在左岸布置溢洪洞方案，左、右岸布置发电引水洞，提出了3 个枢纽布置方案进行了比选。具体方案如下：

方案一：右岸发电引水洞+右岸泄洪冲沙兼导流洞+右岸溢洪道方案

利用右坝肩布置开敞式溢洪道，将泄洪冲沙洞与发电引水洞嵌入右岸山体布置，由于右岸为河道凸岸，布置泄洪冲沙洞为无压洞，发电洞平行布置于泄洪冲沙洞右侧，电站厂房靠近右岸阶地布置。

方案二：左岸发电引水洞+左岸泄洪冲沙洞+右岸溢洪道方案+右岸临时导流洞方案

结合地形地质条件，发电引水系统也可布置在左岸，考虑发电洞进口“门前清”，泄洪冲沙洞和发电洞进口联合布置，根据地形情况，泄洪冲沙洞只能布置成有压洞型式，需设两处拐点。考虑到库山河泥沙含量较大，有压泄洪冲沙洞和导流洞分开布置，导流洞布置在右岸，为无压洞，为临时建筑物。

方案三：左岸溢洪洞+右岸发电引水洞+右岸泄洪冲沙兼导流洞方案

结合地形地质条件，将表孔布置在左岸，表孔宜布置成溢洪洞方案。将泄洪冲沙洞与发电引水洞嵌入右岸山体布置，由于右岸为河道凸岸，布置泄洪冲沙洞为无压洞，发电洞平行布置于泄洪冲沙洞右侧，电站厂房靠近右岸阶地布置。

3 综合比选

对以上三种枢纽布置方案，从地形地质条件、工程布置、工程量、施工条件、投资、征占地、环境影响、运行管理条件等方面进行比较。

1）地形地质条件

左岸坡高150～200 m，岸坡均为大厚度的崩坡积物覆盖，岩性为含土块碎石层，下部为砂质泥岩夹薄层砂岩。左岸坝前分布一古河槽堆积物组成的土质山梁，距坝址100～150 m，水库蓄水后，在库水位附近会产生塌岸、库岸再造。坝址右岸基岩大多裸露，坝肩处为一向河道内前凸的单薄基岩山梁，岩性为砾岩，在正常蓄水位高程以下，基岩山梁垂直厚度15～30m，岩性为白垩系克孜勒苏群第五层灰白、灰黄、灰褐色砾岩，夹薄层泥岩。

2）工程布置

方案一：溢洪道布置在右岸，采用开敞式，1 孔，泄槽全长188.953 m。泄洪冲沙兼导流洞布置在右岸，无压洞型式，水流条件较好，洞长236 m。发电引水系统布置在右岸，在导流洞右侧，系统总长473.026 m，泄洪冲沙兼导流洞及发电引水洞均布置在右岸，进水口联合布置满足“门前清”要求。

方案二：溢洪道布置在右岸，采用开敞式，1 孔，泄槽全长188.953 m。泄洪冲沙布置在左岸，有压洞型式，水流条件差，洞长790 m。发电引水系统布置在左岸，系统总长797.285 m，调压井直径10 m。泄洪冲沙洞和发电洞进口联合布置，满足“门前清”要求。在右岸增加临时导流洞，城门洞型，洞长240 m。

方案三：溢洪洞布置在左岸，无压洞型式，水流条件较好，洞长472.138 m。泄洪冲沙兼导流洞布置在右岸，无压洞型式，水流条件较好，洞长236 m。发电引水系统布置在右岸，在导流洞右侧，系统总长473.026 m。泄洪冲沙兼导流洞及发电引水洞均布置在右岸，进水口联合布置满足“门前清”要求。

3）征占地

各方案征占地面积基本相同。

4）水力条件

方案一：泄洪冲沙兼导流洞采用无压洞，具有较好的水力条件，冲沙效果较好，出口顺应河道走向。方案二：泄洪冲沙洞为有压洞，水流条件较差，冲沙效果较差。方案三：泄洪冲沙兼导流洞采用无压洞，具有较好的水力条件，冲沙效果较好。

5）运行管理安全性

方案一：泄洪冲沙兼导流洞为无压洞，事故闸门及工作门布设一体，操作方便，安全可靠性较高。方案二：泄洪冲沙洞为有压洞，控制闸门在隧洞出口，事故闸门在隧洞进口，闸门布置分散，运行管理不便，安全可靠性差。方案三：溢洪洞及泄洪冲沙洞闸门布置分散，运行管理不便，安全可靠性差。

6）冲沙运行效果

方案一：发电引水系统与泄洪冲沙洞同侧布置，可做到“门前清”，冲沙效果较好。方案二：虽然泄洪冲沙洞与发电引水系统同侧布置，但采用有压洞，冲沙效果较差。方案三：发电引水系统与泄洪冲沙洞同侧布置，可做到“门前清”，冲沙效果较好。

7）施工条件

枢纽布置方案施工条件、施工导截流方式及标准、料场规划、主体工程施工、施工交通、施工总布置及施工总进度等基本相同，方案一及方案三发电洞及泄洪冲沙兼导流洞布置在右岸，进口开挖深度较大，右岸岸坡陡峻，边坡处理难度大。方案二发电洞及泄洪冲沙洞进口布置在左岸，崩坡积物较厚，左岸崩坡积物处理量较大，不利于施工道路的布置，施工难度较大。

8）以上部分投资

方案一工程建筑工程投资12.46 亿元，方案二工程建筑工程投资13.40 亿元，方案三工程建筑工程投资13.63 亿元。

4 比选结论：

1）从布置上来看，三个方案均可行。

2）从水力条件而言，三种方案均不存在制约性因素，方案二泄洪冲沙洞为有压洞型式，水流条件较右岸无压洞型式差。

3）从运行管理及安全性而言，方案二泄洪冲沙洞为有压洞，检修闸门在隧洞进口，控制闸门在隧洞出口，洞内有泥沙淤积风险；方案二及方案三闸门布置较分散，运行管理不便，安全可靠性差。

4）从工程投资来看，方案一比方案二节约投资0.94 亿元，方案一比方案三节约投资1.17 亿元，固方案一最投资最优。

因此，本阶段推荐方案一（右岸发电引水洞+右岸泄洪冲沙兼导流洞+右岸溢洪道）作为本阶段推荐的枢纽布置方案，即：大坝采用混凝土沥青心墙砂砾石坝，右岸布置溢洪道、泄洪冲沙兼导流洞及发电引水系统。