玉龙喀什水利枢纽工程初期蓄水下游供水方案选择

魏香鸿

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆河流多以冰川积雪融水补给为主，降雨补给为辅，地下水补给次之。河流径流量小，年内分配不均，径流主要集中在夏季6—8月。在2012年以前，水库初期蓄水常采取下游断流的方式确保初期蓄水能够顺利完成，如新疆JLT水电站、QFQH水利枢纽、乌鲁瓦提水利枢纽等工程在初期蓄水时均采取了断流的方式。2012年以后在环保要求下，对下游供水作为初期蓄水的一项关键任务进行论证[1]。

目前，玉龙喀什水利枢纽正处于建设期间，挡水建筑为混凝土高面板堆石坝，最大坝高233.5m，为250m级超高混凝土面板堆石坝[2-3]。此类坝型的坝高全世界排名第三，作为世界级的水利工程，该枢纽建设总工期96月。由于本工程工期长导致导流洞运行周期较长，为了水库初期蓄水期间工程能够满足下游综合用水要求，本文根据工程导流建筑物布置特性，拟定2组方案进行比选，最终选定适合本工程下游的供水方案。

1 工程概况

玉龙喀什水利枢纽工程位于新疆和田河支流玉龙喀什河中游河段上，是玉龙喀什河山区河段的控制性水利枢纽工程。本工程正常蓄水位2170m，坝顶高程2175.5m，最大坝高233.5m，总库容5.36亿m3，调节库容4.27亿m3，死水位2080m，总装机200MW，为Ⅱ等大(2)型工程，主要由混凝土面坝堆石坝、引水发电系统、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空冲沙洞及导流洞等建筑物构成。混凝土面板堆石坝为1级建筑物；表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#深孔放空冲沙洞、2#深孔放空冲沙洞、发电洞进水口为2级建筑物；发电引水洞、发电厂房、尾水渠为3级建筑物。

玉龙喀什水利枢纽工程采用一次拦断河床、土石围堰全年挡水、隧洞导流的导流方式，初期导流围堰挡水标准采用全年20年一遇洪水标准，相应洪峰流量为1329m3/s，导流建筑物级别为4级。

2 下游供水需求

本工程导流洞为临时建筑物，底板高程1980.0m，与它进口底板高程最为接近的永久泄水建筑物为2#深孔，孔口底高程为2040.0m，最大高差60m，两建筑物中间无其它过流通道。初步设计阶段工程下闸蓄水选择在9月初，根据分析成果，在来水频率75%保证率的情况下，水库蓄水至2044.1m(2#深孔底板高程2040.0m)需要9d时间，蓄至死水位满足最低发电水位要求需307d，工程上游黑山水文站多年平均径流年内分配见表1[4-8]。

表1 工程上游黑山水文站多年平均径流年内分配表

根据上表径流分析成果，玉龙喀什河6—8月径流量占全年径流量的79.9%，2—6月来水占全年来水量的18.9%，而新疆作物灌溉用水高峰期为春秋两季，工程未建成之前，灌区现状为汛期产生大量弃水，而春秋两季灌溉水量严重不足，天然来水及下游供水之间存在矛盾，下游用水过程数据见表2[4-8]。

表2 下游用水过程线 单位:m3/s

3 泄水系统布置必要性

目前，在坝高较小的中小型水库中常用的方式为导流洞工程与永久泄水建筑物结合布置，利用永久泄水建筑物工作闸门局开控泄满足下游需用水量[9-12]。由于本工程坝体高度高，最低的永久泄水建筑物进口与临时导流建筑物进口高达60m，初期蓄水至永久泄水建筑物进口高程用时较长，且无法利用永临建筑物结合的方式满足下游供水，同时9月又为当地农业灌溉用水高峰期，下游用水为45.2m3/s，流量较大。

本工程导流洞洞径拟定为7.0m×9.5m(宽×高)，如采用工作闸门控泄方式，下泄下游供水流量的闸门开度仅20cm，过门流速高达32.3m/s。由于玉龙喀什河水含沙量较大(坝址处多年平均含沙量为5kg/m3)，高速水流对导流洞底板冲蚀严重，所以不考虑采用工作闸门局开控泄的方式。如采用控制流速的流量控制阀供应方式，需布置4孔直径1.8m阀门，闸井井身尺寸较大且阀门造价较高，目前应用此类阀门均在流量小、水头低的工程运用，高水头大泄量的项目尚无工程案例[9-12]，所以也不考虑采取设旁通阀的形式。经综合考虑，推荐采用单独设置1套泄水系统与导流洞结合布置的方式来满足初期蓄水期间下游供水。

4 生态放水系统布置比较

设置旁通洞作为生态放水系统已在新疆阿尔塔什水利枢纽工程成功运行，并于2019年下闸蓄水，生态放水洞在下闸蓄水期间运行良好，未对导流洞结构安全产生较大的影响，验证了设置旁通洞方案的可行性。目前该种方式已在新疆其他项目前期规划中广泛采用。本工程借鉴已建工程成功案例，解决下游供水所面临的问题，在确定泄水系统存在的必要性后，结合导流洞拟定2组方案，分别论述在导流洞进、出口布置生态放水系统，以便能够到达下游需水要求。具体方案如下：

(1)方案一：下游供水系统布置在导流洞出口

在导流洞布置进口封堵闸井和出口工作闸井，在导流洞出口工作门前设生态放水支洞如图1所示，并设置生态放水闸井。下闸蓄水过程：关闭出口工作闸门→打开生态放水闸门→库水位升至2044.1m，关闭生态放水闸门→关闭进口封堵闸门→封堵体施工。

图1 方案一：生态放水系统布置示意图

生态放水洞布置在导流洞出口右侧(导流洞桩号1+036.5m处)，全长222.5m；有压洞身段为城门洞形，断面尺寸2.5m×3.2m，纵坡0.01；闸井段长11.5m、宽6.5m，底高程1966.4m，顶高程2012.0m，布置1道弧形门，孔口尺寸2.5m×2.5m；无压洞身段为城门洞形，断面尺寸2.5m×4.2m，纵坡1%。根据下游综合需水的要求，生态放水洞最大下泄流量为45.2m3/s。

(2)方案二：下游供水系统布置在导流洞进口

导流洞内布置有进口闸井，导流洞桩号0+081.2m处设生态放水支洞如图2所示，并设置生态放水闸井。下闸蓄水过程：关闭进口闸井闸门→打开生态放水闸门→库水位升至2044.1m，关闭生态放水闸门→封堵体施工。

图2 方案二：生态放水系统布置示意图

生态放水洞布置在导流洞进口左侧(导流洞桩号0+035.5m处)，全长147.5m；城门洞形，断面尺寸2.5m×3.2m，闸井前盲洞段纵坡0%；闸井后洞段纵坡1%，洞身断面由2.5m×3.5m的城门洞型断面渐变至2.5m×3.5m的矩形断面。闸井段长18.1m、宽10.1m，设置1道事故门及1道弧形门。出口与导流洞轴线交角为45°，生态放水洞最大下泄流量同方案一。

(3)方案比较

方案一：优点是出口闸井及生态放水洞闸井的设备均可拆除利用，水流可直接投入河床，对导流洞影响较小；缺点是导流洞需分别在进出口布置2座闸井，工程投资较大。

方案二：优点是导流洞系统布置较为简单，只需进口设置1处封堵闸井，工程投资较小；进口闸门下闸水头较小，下闸风险低；缺点是临时供水由生态放水洞直接投入至导流洞，对导流洞洞身会产生冲刷影响。

经综合比较，方案二具有工程投资较小，导流洞系统布置简单，进口闸井下闸水头小等优点，作为推荐方案。

(4)推荐方案

生态放水洞全长146.7m，其中盲洞段长92.5m，闸井段长18.1m，无压洞身段长36.1m。盲洞段进口底板高程为1983.0m，纵坡i=0，桩号0-110.6—0-018.1m为城门洞型段，0-028.1—0-018.1m为渐变段，洞身断面由2.5m×3.5m的城门洞型断面渐变至2.5m×3.5m的矩形断面。

生态放水闸井位于生态洞中部，为竖井式闸井。闸井长18.1m、底宽10.1m、高69m，底板高程1983.0m，闸顶高程2052.0m。事故门孔口尺寸(宽×高)为2.5m×3.5m，采用前止水。工作闸门采用弧形门，液压启闭机启闭，门高2.5m，弧门半径5m；0+000m—0+010m为渐变段，洞身断面由2.5m×3.6m的城门洞型断面渐变至3m×3.6m的城门洞型断面，纵坡i=1/100。

桩号0+010.000～0+036.085m为无压洞身段，洞身断面为3m×3.6m的城门洞。生态洞与导流洞相交点桩号为导0+039.0m，生态洞底板较导流洞高出约3.0m，与导流洞轴线交角为45°。

5 结语

(1)工程初期蓄水过程在10～15d，借此工程论述了下游在这期间需水的迫切性，强调了增加泄水系统布置的必要性，最终提出在导流洞进口加旁通洞的最优方案，以此解决导流洞小开度所面临的高速水流引起的冲蚀问题。

(2)玉龙喀什水利枢纽工程已完成截流，生态放水洞已实施完成，该系统能够最大限度地解决初期蓄水时段天然来水与下游供水的矛盾，实现了在初蓄水期间也可以向下游提供生态需水的要求，工程投资相对较小，节省工期，运行方式简单且安全系数高具有显著的技术经济效益，对于工程尽快发挥效益起到了至关重要的作用。