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新疆叶尔羌河恰木萨水电站

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获奖年度2023

专业分类工业工程设计

获奖等级一等奖

设计单位新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司

设计人员陈刚、蒋兵、罗昌辉、范金勇、袁磊、钱军刚、许史、李阳、马威锋、魏香鸿、马苏文、李泽同、黄志明、李筱、姚鹏亮、李迎春、汪晓玲、马子棋、郝杰、邓理想

项目简介

新疆叶尔羌河恰木萨水电站工程位于新疆喀什地区莎车县境内,是叶尔羌河阿尔塔什下游河段水电梯级规划的第2级电站。工程为径流式电站,采用引水式开发,工程开发任务是在保证减水河段灌溉和生态用水的基础上,进行水力发电。该工程为自治区重点水电站项目,是全国引水规模最大的引水式水电站。恰木萨水电站为中型Ⅲ等工程,拦河引水枢纽库容577万m3,电站装机容量203MW(主电站装机容量200MW,生态电站装机容量3MW),多年平均年发电量6.20(5.96+0.24)亿kW?h。

       恰木萨水电站工程为大流量低水头电站,输水渠道规模大,设计引用流量为365m3/s,沿线地质条件复杂,渠道基础大部分为湿陷性粉土,工程的设计达到国内先进水平,引水式 电站引水规模全国最大,渠道断面尺寸、拦河引水枢纽泄洪规模、压力前池规模以及压力管道管径(混凝土管)均为新疆已建引水式水电站工程之最,实现了引水式电站引水规模的巨大突破。

工程主要特点如下:

1、复杂地质条件下,全国已建最大引水流量的发电引水渠道

(1)输水渠道设计引水流量365m3/s,为全国设计引用流量最大渠道。南水北调中线引水渠道设计引水流量350 m3/s,加大引水流量420m3/s,目前实际运行最大引水流量为350m3/s。从渠道实际引用流量来看,本工程渠道引水流量已超过南水北调中线渠道,位居全国首位。

(2)输水渠道位于叶尔羌河左岸山前洪积平原上,地质条件复杂,上部为第四系洪积层,主要以含砾(砂)低液限粉土为主,最大厚度29m,局部夹含土砂砾石透镜体。纵横向厚度均有变化,最大厚度17.5m,分布无规律。渠道沿线粉土均属非自重湿陷性土,表部具有强湿陷性,中、下部湿陷等级为弱~中等。渠基粉土湿陷系数随埋深减小的规律不明显,0~29m深度范围内粉土均具有弱~中等湿陷性。

渠道底宽15m,渠深7.4m,内边坡1:2,渠道顶部宽度45m。渠道基础大部分为湿陷性粉土,针对粉土分布无规律的特点,通过经济技术比较,结合地质开挖揭露及现场补充勘探结果,渠道基础采用砂砾石换填,并根据湿陷性粉土的特性重点研究换填深度,采用部分换填处理方式,节约了工程投资。

(3)渠道设计引用流量大,断面尺寸大,地震烈度Ⅷ度,为保证渠道稳定性,在混凝土板下两布一膜防渗层下部设一道水泥稳定层,厚度为200mm,取得良好的效果。

(4)输水渠道嵌缝材料选用纯聚氨酯,利用聚氨酯的柔性,较好的适应了板间变形,聚氨酯作为渠道嵌缝材料为疆内首家,为今后渠道设计提供借鉴。

2、输水渠道沿线洪沟众多,构建完善的渠道防洪体系,确保渠道运行安全

渠道沿线地形沟梁相间,共分布45条洪沟,有4条泥石流沟,部分洪沟下游为村庄和耕地,无泄水通道,设计过程中在保证相对较大冲沟通道同时,结合渠道左岸弃渣场布置,通过合理设置防洪堤、导洪堤,对流量较小洪沟进行合并后导入大的洪沟。沿线共设11座排洪建筑物,实施过程中设计对渠道防洪体系紧密跟踪并动态调整,在保证洪沟通道的通畅的同时,节约了工程投资,形成一套完整的渠道防洪体系。

3、拦河引水枢纽布置方案合理,是疆内已建最大泄洪规模的引水式电站拦河枢纽

拦河引水枢纽涵盖了除通航外的绝大部分枢纽功能,具有引水发电、泄洪、冲沙、排漂、排冰、灌溉引水、生态发电及鱼类洄游等综合任务。河床宽800m,枢纽布置方案经技术经济比较,采用闸坝结合布置型式,自左至右岸依次布置发电引水闸、单孔泄洪冲沙闸、排漂排冰闸、泄洪冲沙闸、生态电站、灌溉引水闸和土工膜斜墙砂砾石坝,并在土石坝段布置过鱼设施。

拦河引水枢纽在疆内已建引水式电站中泄洪规模最大,泄洪流量6312m3/s,水头差偏大、单宽流量较大、深厚砂砾石基础是拦河枢纽泄水建筑物的特点。枢纽泄洪设置19孔8m×6m胸墙式水闸,采用消力池底流消能形式,国内首次将消力池尾坎设为城垛式,城垛间隔布置,垛高0.8m,使消力池出池水流形成略有差动式水流,分散水流冲击,降低下游冲刷坑深度。尾坎后设深防冲齿墙,利用墙后冲刷坑进行二次消能。

4、不良地质条件下新疆已建最大规模的引水式电站压力前池,基础为湿陷性粉土,厚22m,且建基面仅位于地面线以下1m,基础处理时将粉土层全部挖除,采用砂砾石换填。考虑前池结构体型较大,在换填砂砾石顶部设2m厚水泥稳定层,以确保前池稳定。

5、压力管道混凝土管管径为5.4m,为新疆已建引水式电站压力管道混凝土管中管径之最

基础为湿陷性粉土,分布无规律,并且管道顶部有县道通过。基础处理和大管径混凝土管结构设计为本工程难点,基础处理时将粉土层全部挖除,采用砂砾石换填;混凝土管结构考虑限裂设计,结构缝采用两道止水。

       6、发电机组选型先进,生态电站采用轴伸贯流转浆式水轮发电机组,机组应用水头(4.75~11.06m),是目前新疆已建单机容量(1.5MW)最大的轴伸贯流式水轮机。

       工程的投产运行,满足国家节约能源、低排放、低污染的产业政策,实现了能源优势转化,合理利用了当地资源,促进地区经济发展。工程运行良好,工程质量和建筑物各项性能指标良好,符合国家和行业相关规程规范要求。在不良地质条件下建成了全国最大引水流量的引水式电站,同时渠道断面尺寸、拦河引水枢纽泄洪规模、压力前池规模以及压力管道(混凝土管)管径均为新疆已建引水式电站工程之最,实现了巨大的工程突破,为未来引水式电站的进一步扩容提供实践经验。