玉龍喀什水利樞紐工程初期蓄水下游供水方案選擇

魏香鴻

(新疆水利水電勘測設計研究院，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年以后在環保要求下，對下游供水作為初期蓄水的一項關鍵任務進行論證[1]。

目前，玉龍喀什水利樞紐正處于建設期間，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，該樞紐建設總工期96月。由于本工程工期長導致導流洞運行周期較長，為了水庫初期蓄水期間工程能夠滿足下游綜合用水要求，本文根據工程導流建筑物布置特性，擬定2組方案進行比選，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，調節庫容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、引水發電系統、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空沖沙洞及導流洞等建筑物構成。混凝土面板堆石壩為1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、發電洞進水口為2級建筑物；發電引水洞、發電廠房、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、隧洞導流的導流方式，初期導流圍堰擋水標準采用全年20年一遇洪水標準，相應洪峰流量為1329m3/s，導流建筑物級別為4級。

2 下游供水需求

本工程導流洞為臨時建筑物，底板高程1980.0m，與它進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。初步設計階段工程下閘蓄水選擇在9月初，根據分析成果，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電水位要求需307d，工程上游黑山水文站多年平均徑流年內分配見表1[4-8]。

表1 工程上游黑山水文站多年平均徑流年內分配表

根據上表徑流分析成果，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，灌區現狀為汛期產生大量棄水，而春秋兩季灌溉水量嚴重不足，天然來水及下游供水之間存在矛盾，下游用水過程數據見表2[4-8]。

表2 下游用水過程線 單位:m3/s

3 泄水系統布置必要性

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

本工程導流洞洞徑擬定為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)，高速水流對導流洞底板沖蝕嚴重，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旁通閥的形式。經綜合考慮，推薦采用單獨設置1套泄水系統與導流洞結合布置的方式來滿足初期蓄水期間下游供水。

4 生態放水系統布置比較

設置旁通洞作為生態放水系統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，生態放水洞在下閘蓄水期間運行良好，未對導流洞結構安全產生較大的影響，驗證了設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，在確定泄水系統存在的必要性后，結合導流洞擬定2組方案，分別論述在導流洞進、出口布置生態放水系統，以便能夠到達下游需水要求。具體方案如下：

(1)方案一：下游供水系統布置在導流洞出口

在導流洞布置進口封堵閘井和出口工作閘井，在導流洞出口工作門前設生態放水支洞如圖1所示，并設置生態放水閘井。下閘蓄水過程：關閉出口工作閘門→打開生態放水閘門→庫水位升至2044.1m，關閉生態放水閘門→關閉進口封堵閘門→封堵體施工。

圖1 方案一：生態放水系統布置示意圖

生態放水洞布置在導流洞出口右側(導流洞樁號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%。根據下游綜合需水的要求，生態放水洞最大下泄流量為45.2m3/s。

(2)方案二：下游供水系統布置在導流洞進口

導流洞內布置有進口閘井，導流洞樁號0+081.2m處設生態放水支洞如圖2所示，并設置生態放水閘井。下閘蓄水過程：關閉進口閘井閘門→打開生態放水閘門→庫水位升至2044.1m，關閉生態放水閘門→封堵體施工。

圖2 方案二：生態放水系統布置示意圖

生態放水洞布置在導流洞進口左側(導流洞樁號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，設置1道事故門及1道弧形門。出口與導流洞軸線交角為45°，生態放水洞最大下泄流量同方案一。

(3)方案比較

方案一：優點是出口閘井及生態放水洞閘井的設備均可拆除利用，水流可直接投入河床，對導流洞影響較小；缺點是導流洞需分別在進出口布置2座閘井，工程投資較大。

方案二：優點是導流洞系統布置較為簡單，只需進口設置1處封堵閘井，工程投資較小；進口閘門下閘水頭較小，下閘風險低；缺點是臨時供水由生態放水洞直接投入至導流洞，對導流洞洞身會產生沖刷影響。

經綜合比較，方案二具有工程投資較小，導流洞系統布置簡單，進口閘井下閘水頭小等優點，作為推薦方案。

(4)推薦方案

生態放水洞全長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。

生態放水閘井位于生態洞中部，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。生態洞與導流洞相交點樁號為導0+039.0m，生態洞底板較導流洞高出約3.0m，與導流洞軸線交角為45°。

5 結語

(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，強調了增加泄水系統布置的必要性，最終提出在導流洞進口加旁通洞的最優方案，以此解決導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，生態放水洞已實施完成，該系統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，實現了在初蓄水期間也可以向下游提供生態需水的要求，工程投資相對較小，節省工期，運行方式簡單且安全系數高具有顯著的技術經濟效益，對于工程盡快發揮效益起到了至關重要的作用。