基于新形势下YL 水利枢纽工程水电站开发方式的研究

熊 伟

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

作为TLM 河的重要支流，HT 河承担着向TLM 河供水的任务，以维持和改善TLM河流域的生态环境。目前HT 河两大支流中KLKS 河已建成具备一定调节能力的WLWT 水库，因此YLKS 河上修建控制性水利枢纽工程时必须通过与WLWT水利枢纽联合调度，在保证向TLM河下泄生态水量目标的前提下，以调控生态输水、城乡供水与灌溉、防洪为主，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]。为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

YL 水利枢纽工程位于新疆HT 地区HT 县的喀什塔什乡境内，工程坝址位于HT 河支流YLKS 河中游河段上，距位于布亚达里亚沟口上游约5.0 km，距HT 地区HT 市约95 km。该工程是YLKS 河山区河段的控制性工程。工程主要建筑物有拦河坝、溢洪洞、泄洪冲沙洞、发电引水洞、电站厂房等，坝址断面多年平均流量64.90 m3/s，多年平均年径流量20.47 亿m3，水库正常蓄水位2170 m，水库设计洪水位1983 m，校核洪水位1984.5 m，死水位2080 m。总库容5.36 亿m3，电站装机容量300 MW，多年平均年发电量7.05 亿kW·h，装机年利用小时数2350 h，工程为Ⅱ等大（2）型工程。该工程通过与WLWT 水利枢纽联合调度，在保证向TLM 河下泄生态水量目标的前提下，以调控生态输水、城乡供水与灌溉、防洪为主，兼顾发电等综合利用效益，建成后，到2030 年经水库调蓄供水，可保证向TLM 河干流的生态供水，并将完成HT 河玉河灌区的灌溉供水任务，同时利用水能资源进行发电，为HT 电网提供可靠的电量支持。

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390 m，电站装机容量435 MW，多年平均年发电量10.995 亿kW·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，拟定了混合式开发方案和堤坝式开发方案共两组方案。现对两组方案分述如下：

（1）混合式开发方案

混合式方案主电站厂房位于坝后约27 km 的河道左岸，电站利用落差390 m，发电引水洞长14.1 km，坝后布置生态电站，总装机435 MW，该方案减水河段长约27 km。

（2）堤坝式开发

堤坝式方案选择坝后左岸古河槽阶地上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207 m，发电引水洞长1.22 km，总装机300 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

两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、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

方案一发电引水洞前半部岩体条件较好，后半部洞线洞身穿越规模相对较大的断层有F21 和F22，断层走向与洞线大角度相交，穿越冲沟及较大断层段可能存在线状流水，基岩裂隙水对普通水泥具中度～严重或强，对混凝土中钢筋及钢结构具中等腐蚀性。方案二发电洞主要岩性以二云母石英片岩为主，夹黑云母斜长片麻岩和绢云母石英片岩，局部分布二云母斜长变粒岩脉，均属硬质岩，地质条件较好。通过对比分析，方案二地质条件优于方案一。

4.2 各方案枢纽建筑物布置、施工条件比较

从枢纽建筑物布置分析，两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较方案二长。

从施工条件分析，方案一及方案二坝址处施工条件基本相同，方案一发电洞长14.1 km，场内交通道路共43.3 km，交通洞及施工支洞13 条，总长8.93 km，施工条件相对较差；方案二发电洞长1.22 km，场内交通道路共36.4 km，交通洞及施工支洞9 条，总长5.96 km，工程施工简单，施工条件相对较优。

通过对比分析，从枢纽建筑物布置来看，方案二引水线路布置难度较小，施工条件较优，工程量也较小，相对较优。

4.3 各方案环境影响性质及程度比较

两个方案中方案一减水河段长度为27 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。方案二采用堤坝式开发，无减水河段。两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，能够满足流域水功能区划对该河段的水质保护目标要求，且均具有灌溉、防洪、发电等综合效益。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，但两组方案电站厂房尾水以后河段水文情势影响均相同。从陆生生态影响角度，方案一占地面积大于方案二占地面积，方案一造成的生物量损失略大。综上所述，三组方案环境影响差异主要体现在减水河段及陆生生态影响，方案二无减水河段，且占地面积较小，相对较优。

4.4 各方案动能指标比较

两个方案总利用落差分别为390 m、207 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435 MW，多年平均年发电量10.995 亿kW·h；方案二装机容量300 MW，多年平均年发电量7.05 亿kW·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。两个方案中方案一投资较方案二大。

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%，说明两组方案均是经济的，其中方案二经济内部收益率较大，较方案一要优。两个方案经济净现值均大于零，说明两组方案均是经济合理的，其中方案二的经济净现值较方案一大，优于方案一。因此，从经济评价角度分析，方案二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，方案二相对较优，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，选定方案二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。