莫莫克水利枢纽工程枢纽布置方案比选分析

宋兴亮

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

根据枢纽功能需要，水库枢纽建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物及专门性建筑物组成，枢纽布置是工程设计最基本也是最重要的组成部分，布置是否合理直接影响工程施工、投资造价及建筑物的安全运行，因此，要根据地形地质条件，结合工程施工、运行安全、排沙效果及投资造价等多方面因素进行综合比较确定合理的枢纽布置方案[1-2]。莫莫克水利枢纽是提孜那甫河上的控制性工程，主要承担防洪、灌溉的工程任务、兼顾发电，由碾压式沥青混凝土心墙坝、溢洪洞、泄洪冲沙洞、发电引水系统及电站厂房等组成[3]。

1 枢纽布置原则

根据坝线和坝型比选结论，推荐上坝线碾压式沥青混凝土心墙坝，正常蓄水位1894.0 m，死水位1873.0 m，装机容量26.0 MW[3]。

(1)枢纽布置遵循适应坝线地形地质条件的原则。根据本工程坝线区地形地貌特点、地质条件，右岸为河道凸岸。枢纽建筑物的布置方案应尽量利用有利地形，因地制宜、扬长避短。

(2)坝线区附近河道较顺直，河谷宽度358 m。因此，在布置泄水建筑物时，尽量使水流顺应河道走向，冲坑布置在河道中心以减小对两岸边坡稳定的影响，且各泄水建筑物的下游落水点尽量不要相互干扰，避免集中冲刷，加剧冲坑深度。

(3)泄洪冲沙洞的功能为水库及发电引水系统进口“门前清”、水库放空、施工期导流兼度汛、泄洪。在泄量分配上，由于表孔闸门具有操作灵活、安全可靠的特点，在校核洪水位时以表孔为主，泄洪冲沙洞其泄量应占总下泄量的1/2～1/3[4-5]。

(4)枢纽建筑物应尽量集中布置，以便施工及运行管理。

(5)引泄水建筑物进出口布置尽量降低开挖边坡高度，避开不利地质构造。

2 枢纽布置方案及比选分析

2.1 布置方案

根据枢纽布置原则，在碾压式沥青混凝土心墙坝基础上，提出了3个枢纽布置方案进行比选。

方案一：右岸布置溢洪道方案。利用右坝肩布置开敞式溢洪道，将泄洪冲沙洞和发电洞联合布置在左岸。由于左岸为河道凹岸，布置泄洪冲沙洞为有压洞，需设两处拐点，发电洞轴线平行于泄洪冲沙洞轴线，布置在泄洪冲沙洞右侧，电站厂房布置于左岸阶地上。

方案二：发电洞与泄洪冲沙洞交叉布置方案。利用左坝肩台地布置开敞式溢洪道，将泄洪冲沙洞与发电引水系统嵌入右岸山体布置，由于右岸为河道凸岸，布置泄洪冲沙洞为无压洞，发电洞平行布置于泄洪冲沙洞左侧，电站厂房靠近右岸阶地布置。

方案三：发电洞与泄洪冲沙洞交叉布置方案。利用左坝肩台地布置开敞式溢洪道，将泄洪冲沙洞与发电引水系统嵌入右岸山体布置，由于右岸为河道凸岸，布置泄洪冲沙洞为无压洞，发电洞平行布置于泄洪冲沙洞右侧，在桩号0+210.116处从泄洪冲沙洞顶部交叉通过。电站厂房靠近右岸阶地布置。

2.2 方案比选

2.2.1 工程地形地质条件比较

方案一发电引水系统及泄洪冲沙洞布置于左岸山体，表孔溢洪道布置于右岸山体。泄洪冲沙洞洞顶上覆岩体厚一般为35～47 m，洞身处于新鲜岩体内，隧洞围岩类别属Ⅳ类，岩性为西域组砾岩夹砂岩。方案一溢洪道进口引渠段、泄槽段存在高边坡，开挖边坡高约80 m，需加强支护。

方案二、方案三溢洪道布置于左坝肩，泄洪冲沙洞、发电引水系统同侧布置于右岸山体。泄洪冲沙洞洞顶上覆岩体厚一般为34～57 m，洞身处于新鲜岩体内，隧洞围岩类别属Ⅳ类，岩性为西域组砾岩夹砂岩。方案二、方案三发电洞及泄洪冲沙洞进口引渠段、发电洞出口段存在高边坡，开挖边坡高约140 m，需加强支护。

从工程地质条件比较，三个方案工程地质条件相差不大。

2.2.2 工程布置及特性比较

不同枢纽布置方案比较见表1。

表1 不同枢纽布置方案比较

方案一表孔溢洪道布置于右坝肩，表孔溢洪道较短，但进口引渠段及泄槽段土石方工程量较大，且存在高边坡，需加强支护，以保证工程安全。泄洪冲沙洞布置于左岸山体内，为有压洞，洞身较长，针对提孜那甫河多泥沙水质现状，采用长有压洞冲沙，存在洞内淤积风险。同时发电引水系统与泄洪冲沙洞同侧布置于左岸，发电引水系统较长，闸井交通布置较困难。厂房布置于主河床左侧阶地坡脚处，距离库尔阿克沟较近，运行期需及时进行下游河道清淤。

方案二、方案三表孔溢洪道均布置于左坝肩，表孔溢洪道稍长，进口引渠平顺性较差，无高边坡问题存在。

方案二泄洪冲沙洞布置于发电引水系统右侧，洞身段较长。发电引水系统引渠较长，“门前清”效果一般，发电洞及泄洪冲沙洞进口引渠段、发电洞出口段存在高边坡，开挖边坡高约140 m，边坡支护处理难度较大。厂房布置于主河床右侧阶地坡脚185 m处，距离库尔阿克沟较远，运行期下游河道清淤工作量较少。

方案三泄洪冲沙洞布置于发电引水系统左侧，洞身段较短，发电引水系统与泄洪冲沙洞交叉布置，引渠较短，“门前清”效果最好，发电洞及泄洪冲沙洞进口引渠段、发电洞出口段存在高边坡，开挖边坡高约140 m，边坡支护处理难度较大。厂房布置于主河床右侧阶地坡脚210 m处，距离库尔阿克沟较远，运行期下游河道清淤工作量较少。

从水力条件而言，方案一表孔溢洪道顺直，排漂效果较好。从工程布置比较，三个方案整体布置各有优缺点，方案三略优。

2.2.3 施工条件比较

三个方案施工条件基本相当，生产、生活区、场内交通主要布置在左岸。方案一需在泄洪冲沙洞进口布置施工临时钢桥，右岸高边坡开挖及支护总体布置相对简单。方案二、方案三右岸高边坡开挖及支护总体布置相对复杂。

2.2.4 运行安全及排沙效果比较

从运行管理及安全性而言，三个方案均存在右岸高边坡问题，对工程的运行安全存在影响，方案二、方案三高边坡问题相对较突出；方案一泄洪冲沙洞采用有压洞，存在洞内泥沙淤积风险。

从冲沙效果而言，提孜那甫河泥沙含量较高，方案一泄洪冲沙洞虽然与发电引水系统同侧布置，但采用有压洞，冲沙效果较差。方案二、方案三发电引水系统与泄洪冲沙洞同侧布置，采用无压洞，水流条件较好，可做到“门前清”，冲沙效果较好。从运行安全及排沙效果比较，三个方案整体布置各有优缺点，方案三略优。

2.2.5 工程量及工程投资比较

从工程量和工程投资来看，方案一溢洪道进口引渠段开挖边坡较低，处理工程量较小，投资约为15.28亿元；方案二泄洪冲沙洞较长，石方洞挖量较大，投资约为15.39亿元；方案三泄洪冲沙洞较短，工程量较方案一、方案二小，投资约为15.18亿元。整体来看，方案三工程量和工程投资略优。

综上所述，枢纽布置推荐方案三泄洪冲沙洞与发电洞交叉方案。

3 结 语

根据工程坝线区地形地貌特点、地质条件，右岸为河道凸岸，枢纽建筑物的布置应尽量利用有利地形来确定布置方案。综合枢纽坝址处地形地质条件分析，拟定三个枢纽布置方案，从地形地质条件、建筑物布置、施工条件、运行安全及排沙效果、工程量及投资等方面进行比选，最终确定因地制宜、经济合理的枢纽布置方案。