基于新形勢下溫泉水利樞紐工程水電站開發方式的研究

廖騰耀

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

新疆南疆卡普斯浪河流域灌區因季節性缺水，給灌區農作物的生長及產量帶來不利影響，給流域灌區的人民生活水平的提高帶來制約。溫泉水利樞紐工程是卡普斯浪河山區流域控制性工程，通過溫泉水利樞紐工程的修建，調蓄天然徑流，改變年內徑流分配過程，蓄豐補枯，增加流域灌區供水量，有效控制和合理分配水資源，改善流域灌區灌溉供水條件，蓄存冬閑水至第二年春季天然來水不足時供給下游灌區用水，解決流域灌區的季節性缺水問題，促進流域灌區的社會經濟發展。因此，修建溫泉水利樞紐工程是解決卡普斯浪河流域灌區春旱缺水的需要，為工業發展提供可靠的水源保證，同時結合下游工農業用水，進行水能資源開發，為當地電網提供電力電量需求，緩解供電矛盾。該水利樞紐工程在水電規劃階段，以充分利用水頭落差最大程度的開發利用水能資源為原則[1-3]，推薦水電站采用混合式長引水系統開發。隨著新形勢下國家對環境保護意識理念的不斷加強，混合式長引水系統開發減水河段較長，為滿足壩址以下河段生態基流流量的環保要求，仍然采用長引水系統開發可設置生態電站，來保障減水河段生態基流要求，同時長隧洞工程投資較大[4-6]。在滿足國家環境保護政策要求的同時追求工程經濟效益最大化，對該水利樞紐工程水電站進行開發方式比選，通過對地形地質條件、樞紐建筑物布置、施工條件、環境影響、動能指標、經濟效益等方面進行綜合對比分析，選定最優的水電站開發方式[7-10]。

1 工程概況

溫泉水利樞紐工程位于新疆阿克蘇地區拜城縣境內，工程壩址位于卡普斯浪河上，距出山口上游27 km，距木扎提河匯合口約65.6 km，距拜城縣縣城約48 km。該工程是卡普斯浪河上的控制性工程。工程主要建筑物有攔河壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞、灌溉供水發電洞、電站廠房，壩址斷面多年平均流量18.20 m3/s，多年平均年徑流量5.74×108m3，水庫正常蓄水位1 900 m，水庫設計洪水位1 900 m，校核洪水位1 901.40 m，死水位1 855 m。總庫容5 082×104m3，電站裝機容量24 MW，多年平均年發電量0.74×108kW·h，裝機年利用小時數3 083 h，工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型。該工程具有灌溉、工業供水及發電等綜合利用效益，建成后，到2025年經水庫調蓄供水，解決卡普斯浪河流域灌區季節性缺水問題，并承擔向下游拜城縣產業園區工業供水，同時利用水能資源進行發電，為阿克蘇電網提供可靠的電量支持[11-12]。

2 比選方案擬定

該工程水電規劃階段推薦水電站采用混合式長引水系統開發，電站利用落差162 m，電站裝機容量37 MW，多年平均年發電量1.23×108kW·h。考慮到引水發電系統及減水河段的長度，結合環保政策的要求和工程總體布置，以發電引水系統長度為自變量，擬定混合式長洞開發方案、混合式短洞開發方案和堤壩式開發方案共3組方案。現對3組方案分述如下：

2.1 混合式長洞開發方案

混合式長洞方案主電站廠房位于壩后6.4 km，電站利用落差162 m，發電引水洞長5.53 km，壩后布置生態電站，總裝機37 MW，該方案減水河段長約6.4 km。

2.2 混合式短洞開發方案

在混合式長洞方案基礎上，選擇上游3.5 km河道右岸作為混合式短洞開發方案廠址位置。混合式短洞方案主電站廠房位于壩后2.9 km，電站利用落差120 m，發電引水洞長2.6 km，壩后布置生態電站，總裝機27 MW，該方案減水河段長約2.9 km。

2.3 堤壩式開發

堤壩式方案選擇壩后0.25 km河道右岸作為堤壩式開發方案廠址位置，該方案電站廠房位于壩后，電站利用落差95 m，發電引水洞長0.53 km，總裝機24 MW，不存在減水河段，生態基流發電后下泄河道。

3 各方案設計及動能經濟指標成果

3個方案通過對地形地質條件選擇、樞紐建筑物布置、施工組織設計、工程投資計算、經濟評價，各方案動能經濟指標成果見表1。

表1 各方案動能和經濟指標成果表

4 開發方式比選

4.1 各方案地形地質條件比較

4.2 各方案樞紐建筑物布置及施工條件比較

從樞紐建筑物布置分析，3個方案中攔河建筑物利用當地材料填筑，壩體采用砼面板防滲，設計、施工簡單；發電引水隧洞基本沿河傍山穿行，施工支洞布置方便，可采用常規鉆爆法施工成洞。方案一發電引水系統最長，方案二次之，方案三最短。方案三引水系統布置難度最小，工程量最小。

從施工條件分析，方案一由于發電洞局部穿越煤層，可能有害氣體產生，同時發電洞長5.53 km需要設置3條施工支洞，施工條件相對較差；方案二發電洞長2.6 km僅需設置一個支洞；方案三發電洞長僅0.53 km，工程施工簡單，施工條件相對最優。

通過對比分析，從樞紐建筑物布置來看，方案三引水線路布置難度最小，施工條件較優，工程量也最小，相對較優。

4.3 各方案環境影響性質及程度比較

3個方案中方案一和方案二減水河段長度分別為6.4和2.9 km，電站開發時設置生態電站，保障減水河段下泄生態基流要求，開發方案符合國家環境保護政策。方案三采用堤壩式開發，無減水河段。3個方案實施均不會產生新的污染源，不會對河水環境功能產生大的影響，能夠達到流域水功能區劃對該河段的水質保護目標要求。由于受大壩阻隔和發電引水的影響，河道水文情勢將有一定改變，但3組方案電站廠房尾水以后河段水文情勢影響均相同。綜上所述，3組方案環境影響差異主要體現在減水河段，方案三無減水河段，相對較優。

4.4 各方案動能指標比較

3個方案總利用落差分別為162，120，95 m，隨著利用落差增大，電站動能指標增大。從動能指標比較可以看出，方案一裝機容量37 MW，多年平均年發電量1.23×108kW·h；方案二裝機容量27 MW，多年平均年發電量0.90×108kW·h；方案三裝機容量24 MW，多年平均年發電量0.74×108kW·h。方案一利用落差最大，動能指標最優。

4.5 各方案經濟效益比較

從工程投資分析，各方案投資差異主要體現在發電引水系統及電站廠房投資，隨著發電引水系統長度的增長，投資增大。3個方案中方案一投資最大，方案二次之，方案三投資最小。

從各方案的經濟凈現值和經濟內部收益率來看，各方案經濟內部收益率均大于社會折現率8%，說明3組方案均是經濟的，其中方案三經濟內部收益率最大，較其它兩組方案要優。3個方案經濟凈現值均大于零，說明3組方案均是經濟合理的，其中方案三的經濟凈現值最大，優于其它兩組方案。因此，從經濟評價角度分析，方案三堤壩式開發方式相對較優。

5 結 論

新形勢下水電站開發方式，不能再僅僅以最大程度的開發利用水能資源為原則，還應緊密結合新法規、新政策，尤其應符合國家環境保護政策，根據地形地質條件、結合工程總體布置和施工方法擬定出合理比選方案，并對各擬定方案進行技術、經濟綜合比較。通過定性和定量的優劣分析，在權衡各種因素的基礎上，選擇最優的開發方式。本工程通過對各開發方案在地形地質條件、樞紐建筑物布置、施工條件、環境影響、動能指標、經濟效益等方面進行綜合對比分析，方案三相對較優，該方案無重大生態環境影響制約性因素，其技術經濟指標較優、綜合效益較好，并有利于開發實施。綜上所述，選定方案三堤壩式方案作為該工程水電站的開發方式既滿足環保政策的要求，又實現了工程經濟效益最大化。