淺談高水頭、小流量水電站建設在新疆的應用

【摘要】文章介紹工程概況，詳細介紹高水頭、小流量在高山盆地地形條件下水力發電站的設計理念。水力發電在新疆農村小水電發展起到該工程是合理開發利用當地水能資源，解決農民燃料和改善農村能源結構逐步改善當地生態環境狀況，從而減少和降低自然災害對農牧業生產和人民生活的危害數量和程度，最終實現經濟、社會可持續發展的重要戰略性措施。為新疆山多、水少地區，尤其是在高水頭、小流量條件下建設水利發電站提供寶貴經驗和資料。

【關鍵詞】攔河式水電站；高水頭、小流量

1、工程概況

布爾津海流灘水電站為徑流引水式電站。電站裝機容量5.8W。開發任務為發電，無其它綜合利用要求。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）確定本工程為Ⅴ等小（2）型工程，發電引水系統（取水樞紐、引水隧洞、壓力鋼管）、發電廠房、升壓站等主要建筑物均為5級建筑物；導流建筑物、臨時施工用房、施工道路等為5級建筑物。攔河渠首Ⅳ等小（1）型工程，主要建筑物均為4級。工程設計烈度為Ⅵ度。

2、工程總體布置

該水電站工程由擋水建筑物、水電站取水樞紐、引水隧洞、壓力管、主副廠房、升壓站、尾水渠等建筑物組成。

取水口布置在該河臺地上河流進入峽谷前0.5km河床上，引水隧洞由西北向東南穿過盆地之間的低山，全長約0.85km，在js公路以東的山坡上出山體后接壓力管道，壓力管順著jq道路以東的山坡由西北向東南進入到che盆地中。廠房位于che盆地中的hlt河邊，尾水投入到hlt河中。引水系統全長3.78km，其中隧洞長度0.91km，壓力管長度2.6km，水位落差386m。

3、攔河渠首設計

為保證電站發電效益，擋水建筑物采用攔河式溢流壩結合沖沙閘型式。渠首垂直于河道方向布置，渠首總長65.42m，主要由非溢流段、溢流壩和底孔沖沙閘等部分組成。其中非溢流段長26.62m，布置于溢流壩段兩側靠近兩岸山體處；溢流壩長34.80m，溢流壩軸線呈東偏南43°，采用梯形實用堰；沖沙閘采用封閉式豎井。

3.1 溢流壩設計

溢流壩堰高15.70m（河床以上6.0m），堰長34.80m，溢流壩軸線呈東偏南43°，采用梯形實用堰。非常運用工況下（溢流壩單獨泄洪），當河道來水為設計20年一遇時，堰頂以上水頭為0.95 m；校核50年一遇時，堰頂以上水頭為1.05 m。溢流壩上設工作橋，橋面寬1.5m，橋板厚0.2m，橋板四周設欄桿。橋下設有兩個鋼筋砼橋墩，橋墩高3.50m，斷面尺寸為0.4m×0.7m。壩底長6.75m，壩后直線段坡度為1：0.85，反弧段半徑R=2.5m，壩后采用底流消能方式，壩體表面設0.2m厚鋼筋砼防沖層，與壩體插筋的型式連接。壩體采用細粒砼塊石砌筑。本工程設計將壩基范圍內的砂礫石層和0.5m厚的基巖強風化層全部清除，壩體的基礎座落在新鮮基巖面上，并在壩基上下游設1.0m深的砌石齒墻。

3.2 沖砂底孔

為滿足河道沖砂要求，在溢流壩中部設沖砂底孔。沖砂底孔由閘井段、箱形涵洞段兩部分組成。閘井段長5.7m，自下而上依次由閘室、豎井和閘井房三部分組成。閘井底板厚1.0m，i=0，頂板厚0.8m。在閘室內設置工作閘門。豎井高8.83m，襯砌厚度0.6m，閘室與豎井采用鋼筋砼整體現澆結構。閘井上設閘井房，閘井房高6.0m。箱形涵洞段長2.05m，采用0.4m厚鋼筋砼澆筑。

4、電站取水口設計

根據河道沿線實地勘察情況，綜合考慮確定取水口設置在該河的一彎道處。此處河道段左岸地勢較為平坦開闊，有著良好的地形條件和交通條件，便于取水口工程的布置和工程施工。

本次取水口采用有壩取水的形式，在彎道下游設一攔河壩，壅高水位，在彎道凹岸處，即左岸上修建取水建筑物，從河流側面引水，他對河道影響較小，具有工程簡單、投資少、施工簡單、工期短等的優點。

取水口有導沙坎、護堤、取水閘等組成。取水口前緣布置一道導沙坎，采用鋼筋混凝土結構，坎高2.0m。取水口兩側護堤為漿砌石貼坡式擋土墻結構，上部厚40cm，下部厚100cm，外邊坡為1：0.5，內邊坡為1：0.4，由扭面與取水口閘室段邊墻連接。

5、引水隧洞

根據該電站的總體設計，發電引水系統布置于該河左岸，穿越盆地之間的山脈。隧洞進口接取水口，出口接壓力管道。隧洞布置在左岸山體內，為有壓隧洞，全長810m，其最大埋深55m，最小埋深9m。隧洞斷面為圓形斷面，采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度根據地質情況不同分為40cm和30cm。隧洞縱坡5‰，。

6、壓力管道

6.1 概述

壓力管道起始段與有壓引水隧洞同軸向布置，壓力管末端在副廠房前采用卜形分叉，岔管布置方向與壓力管道軸線呈60°夾角布置。主管總長2628.62m。壓力管道進口位于有壓引水隧洞末端，末端接蝶閥。壓力管道初步擬用地埋鋼管，管溝直埋，鋼管全長2628.62m，全線設12個鎮墩。管道全線設有3個排氣閥井布置于管道彎道附近，設置在鋼管之上。

6.2 管道布置

壓力管道起始段與有壓引水隧洞同軸向布置，主管總長2628.62m，壓力管起始段為有壓引水隧洞末端，壓力管0+000.000至0+028.617縱坡為0.5%，壓力管0+028.617至0+182.617縱坡18.9%，壓力管0+182.617至0+600.391，縱坡4.4%，壓力管0+600.391至1+292.617縱坡21.4%，壓力管1+292.617至1+640.849縱坡38.0%，壓力管1+664.249至2+628.617縱坡5.0%。2+628.617后為水平段，末端接電站主廠房蝶閥。

6.3 壓力管管徑管材選擇

壓力管管道區內最大相對高差約385m，地勢相對平緩 。根據類似工程經驗，在這種相對平緩地形里布置壓力管，地埋壓力管方案優勢明顯：投資省，占地小、施工方便。因此本工程壓力管道擬采用地埋壓力管方案。

本工程擬采用三種管材進行比較：鋼管、玻璃鋼管、鋼塑鋼管。從經濟以及從施工和技術安全角度考慮，比較螺旋卷管方案、玻璃鋼管、鋼塑鋼管三個方案，其中鋼管方案上經濟最優、施工方便、故壓力管主要管道擬定為螺旋卷管。

7、結語

本工程位于新疆多民族地區，有效提高當地經濟發展水平，保障當地農牧民經濟收入是促進少數民族區域穩定的重要舉措。在水力發電建設中如何有效利用新疆山多、水少的特點，尤其是在高水頭、小流量條件下建設水利發電站方面，該工程提供了寶貴經驗和資料。

參考文獻：

[1]《***水電站工程初步設計報告》，2012年9月版。

郭堅強（1985年7月—），工程師，設計所副所長，從事于水利水電勘察規劃與設計工作。