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        玉龍喀什水利樞紐工程初期蓄水下游供水方案選擇

        2022-07-25 01:48:00魏香鴻
        水利規(guī)劃與設(shè)計 2022年3期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)流洞蓄水閘門

        魏香鴻

        (新疆水利水電勘測設(shè)計研究院,新疆 烏魯木齊 830000)

        新疆河流多以冰川積雪融水補給為主,降雨補給為輔,地下水補給次之。河流徑流量小,年內(nèi)分配不均,徑流主要集中在夏季6—8月。在2012年以前,水庫初期蓄水常采取下游斷流的方式確保初期蓄水能夠順利完成,如新疆JLT水電站、QFQH水利樞紐、烏魯瓦提水利樞紐等工程在初期蓄水時均采取了斷流的方式。2012年以后在環(huán)保要求下,對下游供水作為初期蓄水的一項關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行論證[1]。

        目前,玉龍喀什水利樞紐正處于建設(shè)期間,擋水建筑為混凝土高面板堆石壩,最大壩高233.5m,為250m級超高混凝土面板堆石壩[2-3]。此類壩型的壩高全世界排名第三,作為世界級的水利工程,該樞紐建設(shè)總工期96月。由于本工程工期長導(dǎo)致導(dǎo)流洞運行周期較長,為了水庫初期蓄水期間工程能夠滿足下游綜合用水要求,本文根據(jù)工程導(dǎo)流建筑物布置特性,擬定2組方案進(jìn)行比選,最終選定適合本工程下游的供水方案。

        1 工程概況

        玉龍喀什水利樞紐工程位于新疆和田河支流玉龍喀什河中游河段上,是玉龍喀什河山區(qū)河段的控制性水利樞紐工程。本工程正常蓄水位2170m,壩頂高程2175.5m,最大壩高233.5m,總庫容5.36億m3,調(diào)節(jié)庫容4.27億m3,死水位2080m,總裝機200MW,為Ⅱ等大(2)型工程,主要由混凝土面壩堆石壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空沖沙洞及導(dǎo)流洞等建筑物構(gòu)成?;炷撩姘宥咽瘔螢?級建筑物;表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#深孔放空沖沙洞、2#深孔放空沖沙洞、發(fā)電洞進(jìn)水口為2級建筑物;發(fā)電引水洞、發(fā)電廠房、尾水渠為3級建筑物。

        玉龍喀什水利樞紐工程采用一次攔斷河床、土石圍堰全年擋水、隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式,初期導(dǎo)流圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)采用全年20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)洪峰流量為1329m3/s,導(dǎo)流建筑物級別為4級。

        2 下游供水需求

        本工程導(dǎo)流洞為臨時建筑物,底板高程1980.0m,與它進(jìn)口底板高程最為接近的永久泄水建筑物為2#深孔,孔口底高程為2040.0m,最大高差60m,兩建筑物中間無其它過流通道。初步設(shè)計階段工程下閘蓄水選擇在9月初,根據(jù)分析成果,在來水頻率75%保證率的情況下,水庫蓄水至2044.1m(2#深孔底板高程2040.0m)需要9d時間,蓄至死水位滿足最低發(fā)電水位要求需307d,工程上游黑山水文站多年平均徑流年內(nèi)分配見表1[4-8]。

        表1 工程上游黑山水文站多年平均徑流年內(nèi)分配表

        根據(jù)上表徑流分析成果,玉龍喀什河6—8月徑流量占全年徑流量的79.9%,2—6月來水占全年來水量的18.9%,而新疆作物灌溉用水高峰期為春秋兩季,工程未建成之前,灌區(qū)現(xiàn)狀為汛期產(chǎn)生大量棄水,而春秋兩季灌溉水量嚴(yán)重不足,天然來水及下游供水之間存在矛盾,下游用水過程數(shù)據(jù)見表2[4-8]。

        表2 下游用水過程線 單位:m3/s

        3 泄水系統(tǒng)布置必要性

        目前,在壩高較小的中小型水庫中常用的方式為導(dǎo)流洞工程與永久泄水建筑物結(jié)合布置,利用永久泄水建筑物工作閘門局開控泄?jié)M足下游需用水量[9-12]。由于本工程壩體高度高,最低的永久泄水建筑物進(jìn)口與臨時導(dǎo)流建筑物進(jìn)口高達(dá)60m,初期蓄水至永久泄水建筑物進(jìn)口高程用時較長,且無法利用永臨建筑物結(jié)合的方式滿足下游供水,同時9月又為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉用水高峰期,下游用水為45.2m3/s,流量較大。

        本工程導(dǎo)流洞洞徑擬定為7.0m×9.5m(寬×高),如采用工作閘門控泄方式,下泄下游供水流量的閘門開度僅20cm,過門流速高達(dá)32.3m/s。由于玉龍喀什河水含沙量較大(壩址處多年平均含沙量為5kg/m3),高速水流對導(dǎo)流洞底板沖蝕嚴(yán)重,所以不考慮采用工作閘門局開控泄的方式。如采用控制流速的流量控制閥供應(yīng)方式,需布置4孔直徑1.8m閥門,閘井井身尺寸較大且閥門造價較高,目前應(yīng)用此類閥門均在流量小、水頭低的工程運用,高水頭大泄量的項目尚無工程案例[9-12],所以也不考慮采取設(shè)旁通閥的形式。經(jīng)綜合考慮,推薦采用單獨設(shè)置1套泄水系統(tǒng)與導(dǎo)流洞結(jié)合布置的方式來滿足初期蓄水期間下游供水。

        4 生態(tài)放水系統(tǒng)布置比較

        設(shè)置旁通洞作為生態(tài)放水系統(tǒng)已在新疆阿爾塔什水利樞紐工程成功運行,并于2019年下閘蓄水,生態(tài)放水洞在下閘蓄水期間運行良好,未對導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生較大的影響,驗證了設(shè)置旁通洞方案的可行性。目前該種方式已在新疆其他項目前期規(guī)劃中廣泛采用。本工程借鑒已建工程成功案例,解決下游供水所面臨的問題,在確定泄水系統(tǒng)存在的必要性后,結(jié)合導(dǎo)流洞擬定2組方案,分別論述在導(dǎo)流洞進(jìn)、出口布置生態(tài)放水系統(tǒng),以便能夠到達(dá)下游需水要求。具體方案如下:

        (1)方案一:下游供水系統(tǒng)布置在導(dǎo)流洞出口

        在導(dǎo)流洞布置進(jìn)口封堵閘井和出口工作閘井,在導(dǎo)流洞出口工作門前設(shè)生態(tài)放水支洞如圖1所示,并設(shè)置生態(tài)放水閘井。下閘蓄水過程:關(guān)閉出口工作閘門→打開生態(tài)放水閘門→庫水位升至2044.1m,關(guān)閉生態(tài)放水閘門→關(guān)閉進(jìn)口封堵閘門→封堵體施工。

        圖1 方案一:生態(tài)放水系統(tǒng)布置示意圖

        生態(tài)放水洞布置在導(dǎo)流洞出口右側(cè)(導(dǎo)流洞樁號1+036.5m處),全長222.5m;有壓洞身段為城門洞形,斷面尺寸2.5m×3.2m,縱坡0.01;閘井段長11.5m、寬6.5m,底高程1966.4m,頂高程2012.0m,布置1道弧形門,孔口尺寸2.5m×2.5m;無壓洞身段為城門洞形,斷面尺寸2.5m×4.2m,縱坡1%。根據(jù)下游綜合需水的要求,生態(tài)放水洞最大下泄流量為45.2m3/s。

        (2)方案二:下游供水系統(tǒng)布置在導(dǎo)流洞進(jìn)口

        導(dǎo)流洞內(nèi)布置有進(jìn)口閘井,導(dǎo)流洞樁號0+081.2m處設(shè)生態(tài)放水支洞如圖2所示,并設(shè)置生態(tài)放水閘井。下閘蓄水過程:關(guān)閉進(jìn)口閘井閘門→打開生態(tài)放水閘門→庫水位升至2044.1m,關(guān)閉生態(tài)放水閘門→封堵體施工。

        圖2 方案二:生態(tài)放水系統(tǒng)布置示意圖

        生態(tài)放水洞布置在導(dǎo)流洞進(jìn)口左側(cè)(導(dǎo)流洞樁號0+035.5m處),全長147.5m;城門洞形,斷面尺寸2.5m×3.2m,閘井前盲洞段縱坡0%;閘井后洞段縱坡1%,洞身斷面由2.5m×3.5m的城門洞型斷面漸變至2.5m×3.5m的矩形斷面。閘井段長18.1m、寬10.1m,設(shè)置1道事故門及1道弧形門。出口與導(dǎo)流洞軸線交角為45°,生態(tài)放水洞最大下泄流量同方案一。

        (3)方案比較

        方案一:優(yōu)點是出口閘井及生態(tài)放水洞閘井的設(shè)備均可拆除利用,水流可直接投入河床,對導(dǎo)流洞影響較??;缺點是導(dǎo)流洞需分別在進(jìn)出口布置2座閘井,工程投資較大。

        方案二:優(yōu)點是導(dǎo)流洞系統(tǒng)布置較為簡單,只需進(jìn)口設(shè)置1處封堵閘井,工程投資較??;進(jìn)口閘門下閘水頭較小,下閘風(fēng)險低;缺點是臨時供水由生態(tài)放水洞直接投入至導(dǎo)流洞,對導(dǎo)流洞洞身會產(chǎn)生沖刷影響。

        經(jīng)綜合比較,方案二具有工程投資較小,導(dǎo)流洞系統(tǒng)布置簡單,進(jìn)口閘井下閘水頭小等優(yōu)點,作為推薦方案。

        (4)推薦方案

        生態(tài)放水洞全長146.7m,其中盲洞段長92.5m,閘井段長18.1m,無壓洞身段長36.1m。盲洞段進(jìn)口底板高程為1983.0m,縱坡i=0,樁號0-110.6—0-018.1m為城門洞型段,0-028.1—0-018.1m為漸變段,洞身斷面由2.5m×3.5m的城門洞型斷面漸變至2.5m×3.5m的矩形斷面。

        生態(tài)放水閘井位于生態(tài)洞中部,為豎井式閘井。閘井長18.1m、底寬10.1m、高69m,底板高程1983.0m,閘頂高程2052.0m。事故門孔口尺寸(寬×高)為2.5m×3.5m,采用前止水。工作閘門采用弧形門,液壓啟閉機啟閉,門高2.5m,弧門半徑5m;0+000m—0+010m為漸變段,洞身斷面由2.5m×3.6m的城門洞型斷面漸變至3m×3.6m的城門洞型斷面,縱坡i=1/100。

        樁號0+010.000~0+036.085m為無壓洞身段,洞身斷面為3m×3.6m的城門洞。生態(tài)洞與導(dǎo)流洞相交點樁號為導(dǎo)0+039.0m,生態(tài)洞底板較導(dǎo)流洞高出約3.0m,與導(dǎo)流洞軸線交角為45°。

        5 結(jié)語

        (1)工程初期蓄水過程在10~15d,借此工程論述了下游在這期間需水的迫切性,強調(diào)了增加泄水系統(tǒng)布置的必要性,最終提出在導(dǎo)流洞進(jìn)口加旁通洞的最優(yōu)方案,以此解決導(dǎo)流洞小開度所面臨的高速水流引起的沖蝕問題。

        (2)玉龍喀什水利樞紐工程已完成截流,生態(tài)放水洞已實施完成,該系統(tǒng)能夠最大限度地解決初期蓄水時段天然來水與下游供水的矛盾,實現(xiàn)了在初蓄水期間也可以向下游提供生態(tài)需水的要求,工程投資相對較小,節(jié)省工期,運行方式簡單且安全系數(shù)高具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,對于工程盡快發(fā)揮效益起到了至關(guān)重要的作用。

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