基于新形势下温泉水利枢纽工程水电站开发方式的研究

廖腾耀

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

新疆南疆卡普斯浪河流域灌区因季节性缺水，给灌区农作物的生长及产量带来不利影响，给流域灌区的人民生活水平的提高带来制约。温泉水利枢纽工程是卡普斯浪河山区流域控制性工程，通过温泉水利枢纽工程的修建，调蓄天然径流，改变年内径流分配过程，蓄丰补枯，增加流域灌区供水量，有效控制和合理分配水资源，改善流域灌区灌溉供水条件，蓄存冬闲水至第二年春季天然来水不足时供给下游灌区用水，解决流域灌区的季节性缺水问题，促进流域灌区的社会经济发展。因此，修建温泉水利枢纽工程是解决卡普斯浪河流域灌区春旱缺水的需要，为工业发展提供可靠的水源保证，同时结合下游工农业用水，进行水能资源开发，为当地电网提供电力电量需求，缓解供电矛盾。该水利枢纽工程在水电规划阶段，以充分利用水头落差最大程度的开发利用水能资源为原则[1-3]，推荐水电站采用混合式长引水系统开发。随着新形势下国家对环境保护意识理念的不断加强，混合式长引水系统开发减水河段较长，为满足坝址以下河段生态基流流量的环保要求，仍然采用长引水系统开发可设置生态电站，来保障减水河段生态基流要求，同时长隧洞工程投资较大[4-6]。在满足国家环境保护政策要求的同时追求工程经济效益最大化，对该水利枢纽工程水电站进行开发方式比选，通过对地形地质条件、枢纽建筑物布置、施工条件、环境影响、动能指标、经济效益等方面进行综合对比分析，选定最优的水电站开发方式[7-10]。

1 工程概况

温泉水利枢纽工程位于新疆阿克苏地区拜城县境内，工程坝址位于卡普斯浪河上，距出山口上游27 km，距木扎提河汇合口约65.6 km，距拜城县县城约48 km。该工程是卡普斯浪河上的控制性工程。工程主要建筑物有拦河坝、溢洪洞、泄洪冲沙洞、灌溉供水发电洞、电站厂房，坝址断面多年平均流量18.20 m3/s，多年平均年径流量5.74×108m3，水库正常蓄水位1 900 m，水库设计洪水位1 900 m，校核洪水位1 901.40 m，死水位1 855 m。总库容5 082×104m3，电站装机容量24 MW，多年平均年发电量0.74×108kW·h，装机年利用小时数3 083 h，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。该工程具有灌溉、工业供水及发电等综合利用效益，建成后，到2025年经水库调蓄供水，解决卡普斯浪河流域灌区季节性缺水问题，并承担向下游拜城县产业园区工业供水，同时利用水能资源进行发电，为阿克苏电网提供可靠的电量支持[11-12]。

2 比选方案拟定

该工程水电规划阶段推荐水电站采用混合式长引水系统开发，电站利用落差162 m，电站装机容量37 MW，多年平均年发电量1.23×108kW·h。考虑到引水发电系统及减水河段的长度，结合环保政策的要求和工程总体布置，以发电引水系统长度为自变量，拟定混合式长洞开发方案、混合式短洞开发方案和堤坝式开发方案共3组方案。现对3组方案分述如下：

2.1 混合式长洞开发方案

混合式长洞方案主电站厂房位于坝后6.4 km，电站利用落差162 m，发电引水洞长5.53 km，坝后布置生态电站，总装机37 MW，该方案减水河段长约6.4 km。

2.2 混合式短洞开发方案

在混合式长洞方案基础上，选择上游3.5 km河道右岸作为混合式短洞开发方案厂址位置。混合式短洞方案主电站厂房位于坝后2.9 km，电站利用落差120 m，发电引水洞长2.6 km，坝后布置生态电站，总装机27 MW，该方案减水河段长约2.9 km。

2.3 堤坝式开发

堤坝式方案选择坝后0.25 km河道右岸作为堤坝式开发方案厂址位置，该方案电站厂房位于坝后，电站利用落差95 m，发电引水洞长0.53 km，总装机24 MW，不存在减水河段，生态基流发电后下泄河道。

3 各方案设计及动能经济指标成果

3个方案通过对地形地质条件选择、枢纽建筑物布置、施工组织设计、工程投资计算、经济评价，各方案动能经济指标成果见表1。

表1 各方案动能和经济指标成果表

4 开发方式比选

4.1 各方案地形地质条件比较

4.2 各方案枢纽建筑物布置及施工条件比较

从枢纽建筑物布置分析，3个方案中拦河建筑物利用当地材料填筑，坝体采用砼面板防渗，设计、施工简单；发电引水隧洞基本沿河傍山穿行，施工支洞布置方便，可采用常规钻爆法施工成洞。方案一发电引水系统最长，方案二次之，方案三最短。方案三引水系统布置难度最小，工程量最小。

从施工条件分析，方案一由于发电洞局部穿越煤层，可能有害气体产生，同时发电洞长5.53 km需要设置3条施工支洞，施工条件相对较差；方案二发电洞长2.6 km仅需设置一个支洞；方案三发电洞长仅0.53 km，工程施工简单，施工条件相对最优。

通过对比分析，从枢纽建筑物布置来看，方案三引水线路布置难度最小，施工条件较优，工程量也最小，相对较优。

4.3 各方案环境影响性质及程度比较

3个方案中方案一和方案二减水河段长度分别为6.4和2.9 km，电站开发时设置生态电站，保障减水河段下泄生态基流要求，开发方案符合国家环境保护政策。方案三采用堤坝式开发，无减水河段。3个方案实施均不会产生新的污染源，不会对河水环境功能产生大的影响，能够达到流域水功能区划对该河段的水质保护目标要求。由于受大坝阻隔和发电引水的影响，河道水文情势将有一定改变，但3组方案电站厂房尾水以后河段水文情势影响均相同。综上所述，3组方案环境影响差异主要体现在减水河段，方案三无减水河段，相对较优。

4.4 各方案动能指标比较

3个方案总利用落差分别为162，120，95 m，随着利用落差增大，电站动能指标增大。从动能指标比较可以看出，方案一装机容量37 MW，多年平均年发电量1.23×108kW·h；方案二装机容量27 MW，多年平均年发电量0.90×108kW·h；方案三装机容量24 MW，多年平均年发电量0.74×108kW·h。方案一利用落差最大，动能指标最优。

4.5 各方案经济效益比较

从工程投资分析，各方案投资差异主要体现在发电引水系统及电站厂房投资，随着发电引水系统长度的增长，投资增大。3个方案中方案一投资最大，方案二次之，方案三投资最小。

从各方案的经济净现值和经济内部收益率来看，各方案经济内部收益率均大于社会折现率8%，说明3组方案均是经济的，其中方案三经济内部收益率最大，较其它两组方案要优。3个方案经济净现值均大于零，说明3组方案均是经济合理的，其中方案三的经济净现值最大，优于其它两组方案。因此，从经济评价角度分析，方案三堤坝式开发方式相对较优。

5 结 论

新形势下水电站开发方式，不能再仅仅以最大程度的开发利用水能资源为原则，还应紧密结合新法规、新政策，尤其应符合国家环境保护政策，根据地形地质条件、结合工程总体布置和施工方法拟定出合理比选方案，并对各拟定方案进行技术、经济综合比较。通过定性和定量的优劣分析，在权衡各种因素的基础上，选择最优的开发方式。本工程通过对各开发方案在地形地质条件、枢纽建筑物布置、施工条件、环境影响、动能指标、经济效益等方面进行综合对比分析，方案三相对较优，该方案无重大生态环境影响制约性因素，其技术经济指标较优、综合效益较好，并有利于开发实施。综上所述，选定方案三堤坝式方案作为该工程水电站的开发方式既满足环保政策的要求，又实现了工程经济效益最大化。