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新疆玛尔坎恰提水利枢纽工程方案研究浅谈

2024-12-20 95 上传者：管理员

摘要：玛尔坎恰提水利枢纽属于山区控制性工程,为满足生态输水、灌溉、防洪、城镇生活、工业供水和发电等任务,以径流调节、特征水位方案、调度运行等为内容,根据计算原则和要求,给出计算结果和推荐方案,在玛尔坎恰提水利枢纽建设要求下,使其发挥最大贡献。

关键词：
克孜河
径流
特征水位
玛尔坎恰提
调度运行
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1、引言

玛尔坎恰提水利枢纽工程位于克孜河, 是该流域山区控制性工程之一 , 具有灌溉､防洪､供水､生态､发电等综合任务｡工程坝址位于新疆克州乌恰县境内 , 距下游卡拉贝利水利枢纽工程 65 km, 距克孜河出山口约 60 km, 距克州乌恰县约 75 km, 距喀什地区喀什市约 75 km｡

玛尔坎恰提水利枢纽工程坝址以上集水面积6058 km2,多年平均径流量为 12.97 亿 m3, 多年平均流量为 41.1 m3/s｡该水库正常蓄水位 2405 m, 水库库容 6.10 亿 m3, 水库死水位2387 m, 水库死库容 2.33 亿 m3, 水库调节库容 3.77 亿 m3(淤积 50 年后调节库容 2.57 亿 m3), 电站装机容量 50 MW｡工程建成后 , 通过与下游卡拉贝利水利枢纽联合调度 , 可有效调蓄径流 , 改善克孜河沿岸灌区及喀什噶尔河干流灌区用水条件 , 缓解灌区春､秋灌缺水问题;提高克孜河下游防洪标准至百年一遇;可满足大喀什新型城镇及工业发展用水需求;可使喀什噶尔河布哈拉渠首断面下泄生态水量达到 3.0 亿 m3,实现百年断流河道通水 , 修复干流河道濒临崩溃的生态环境;有效结合下游灌区发电条件 , 建 1.07 亿 kW·h 电量电站 , 该电站可缓解南疆四地州用电条件｡

建设玛尔坎恰提水利枢纽工程, 可缓解克孜河及喀什噶尔河流域灌区灌溉缺水需要;减少流域内外洪涝灾害 , 促进地区经济社会发展;解决流域大喀什百万人口城市和工业发展用水需要;恢复断流河道生态输水 , 修改流域生态环境;缓解地区经济社会发展电力需求;落实国家关于“加快南疆四地州发展”, 维护边疆地区安定团结和巩固国防 [1-3]｡

2、径流调节

根据玛尔坎恰提坝址多年平均年径流量为12.97 亿 m3,多年平均流量为 41.09 m3/s｡径流年内分配极不均匀 , 全年总水量的 69.64% 集中于 5 月 ~8 月;最小三个月(12 月､1 月､2 月)水量仅占全年总水量的 6.94%;水量最大的 7 月份占全年总水量的 21.39%;最小月 2 月水量仅占全年总水量的2.15%｡

径流调节计算按照拟定计算原则采用时历列表法,5 月~9 月以旬为时段､10 月 ~ 次年 4 月以月为时段进行长系列计算｡在计算时 , 不同用水部门的供水保证率及最大破坏深度通过水库调度线进行控制;工业生活供水保证率 95%, 农业灌溉供水保证率 75%, 发电保证率 90%, 生态保证率 50%[4-6]｡

使用1958 年 ~2015 年径流系列 , 经 58 年长系列计算分析 ,玛尔坎恰提可以利用灌溉库容在汛期 7 月下旬集中下泄生态水量 , 共 32 年有生态水量集中下泄 , 其中 30 年下泄水量满足 1.1 亿 m3 的要求 , 生态供水保证率达到 54%;玛尔坎恰提､卡拉贝利水库联合调度情况下 , 满足流域工业生活供水保证率 95% 要求 , 农业灌溉多年平均缺水量 0.49 亿 m3,P=75%保证率相应全流域灌溉不缺水 , 满足灌溉保证率要求;玛尔坎恰提水库所需调节库容为 3.50 亿 m3, 其中灌溉调节库容为3.01 亿 m3, 农业灌溉用水保证率 75%, 满足灌溉设计保证率75% 的要求 , 工业生活调节库容为 0.49 亿 m3, 工业生活用水保证率 100%, 满足工业生活用水设计保证率 95% 的要求;电站装机容量 50 MW, 多年平均年发电量 1.07 亿 kW·h, 装机年利用小时数 2131 h｡

3、特征水位方案

3.1 方案拟定

玛尔坎恰提水利枢纽工程建设任务以克孜河干流塔西坝闸至永安坝断面常年有水下泄为前提, 基本保持河段河流形态为目标 , 承担生态输水､灌溉､防洪､城镇生活和工业供水任务 , 兼顾发电｡结合工程特点 , 死水位主要考虑下游灌区引水对水库最低运行水位的要求､泥沙淤积影响､水工布置等因素进行选择 [7-8]｡

玛尔坎恰提水利枢纽通过与下游已建卡拉贝利水利枢纽联合调度共同满足下游综合利用需求｡按水库淤积30 年的库容曲线进行径流调节计算 , 满足灌溉要求的调节库容为19483 万 m3, 相应所需的最低水位为 2397.8 m, 故水库正常蓄水位下限方案为 2400 m｡在此基础上 , 按 5 m 间隔拟定五个正常蓄水位方案 ,2400 m､2405 m､2410 m､2415 m､2420 m,各正常蓄水位方案相应死水位均按 2387 m 考虑 , 相应装机容量按相同装机利用小时数初拟 , 根据各方案初算的能量指标 ,初拟了 46 MW､50 MW､54 MW､58 MW､62 MW 作为各正常蓄水位比较时相应的装机容量｡玛尔坎恰提水利枢纽不同正常蓄水位方案动能指标见表 1｡

表1 玛尔坎恰提水利枢纽工程不同正常蓄水位方案特性指标表

3.2 正常蓄水位初选

正常蓄水位选择主要从向下游生态输水水量､下游供水满足程度､发电量､地形地质条件､环境保护､移民淹没及经济指标等分析正常蓄水位方案｡

(1)从向下游生态输水水量分析:随着正常蓄水位升高 , 下泄生态水量逐渐增加｡水位从 2400 m 增至 2420 m, 下泄生态水量从 0.91 亿 m3 增至 2.41 亿 m3, 从下泄生态水量指标分析 ,2420 m 方案较优｡

(2)从灌溉要求分析:根据下游灌区灌溉及供水要求 ,需山区水库灌溉调节库容为 3.01 亿 m3｡方案一为仅考虑灌溉蓄水的情况下拟定的正常蓄水位 , 水库优先满足工业､城镇生活用水需求导致方案一不能满足灌溉供水要求｡因此 ,除方案一之外 , 其余各方案均可满足灌区灌溉用水要求｡

(3)从发电量分析:随着正常蓄水位升高 , 电站发电量逐渐增加｡水位从 2400 m 增至 2420m, 电量从 1.01 亿 kW·h增至 1.08 亿 kW·h, 但增幅逐渐减小 , 从电量指标分析 , 各方案差异不大､基本相当｡

(4)从地形地质条件分析:水库不同正常蓄水位方案的地形地质条件基本相同,对水库正常蓄水位选择无制约因素｡

(5)从环境保护分析:不同水位库区范围内 , 无特殊环境保护要求,即环境保护对水库正常蓄水位选择无制约因素｡

(6)从移民淹没指标分析:玛尔坎恰提水库建设征地涉及克州乌恰县｡淹没实物包括建设征地面积､林地面积､草地面积和专业项目(包括公路､桥梁､光缆､渠道等)｡除专业项目中桥梁和渠道淹没指标相同外 , 建设征地面积､林地面积､草地面积和专业项目公路､光缆和投资均随着正常蓄水位抬高｡水库不同正常蓄水位淹没实物指标见表 2｡

表2 玛尔坎恰提水库不同正常蓄水位方案淹没实物指标表

(7)从经济指标分析:除方案二经济内部收益率大于 8%,净现值为正 , 效益费用比大于 1 之外 , 其他各方案都是不经济的｡

综上, 从灌溉用水要求､发电､地形地质条件､环境保护､移民淹没和经济指标等分析 , 五个方案中方案二 2405 m 经济性相对较优｡

3.3 洪水调节和特征水位初选

根据卡拉贝利初设报告成果, 卡拉贝利水库与防洪控制断面之间有支流卡浪沟吕克河汇入 , 洪水调节时采用补偿调节方式 , 即水库遇下游防洪标准洪水时(P=2%), 通过水库控泄方式 , 在考虑区间洪水的叠加影响后 , 要求在卡甫卡断面洪水不超过下游安全泄量｡

结合下游卡拉贝利水库防洪调度运行方式, 拟定玛尔坎恰提水库防洪调度推荐采用固定泄量调度运用方式 , 水库定泄流量为 264 m3/s｡玛尔坎恰提水库按照安全泄量下泄 , 在考虑玛尔坎恰提 ~ 卡拉贝利区间洪水叠加影响后作为卡拉贝利水库入库洪水 , 再通过卡拉贝利水库补偿调节 , 考虑卡拉贝利 ~ 卡甫卡区间洪水的叠加影响 , 当遇下游防洪标准洪水时(P=1%), 卡甫卡断面洪水不超过河道安全泄量｡玛尔坎恰提水库汛期通过水位控制预留防洪库容 , 以实现水库防洪调度 , 防洪库容运用时间为 6 月 ~8 月上旬｡

玛尔坎恰提水库年最大洪峰流量主要发生在6 月 ~8 月 ,以库水位变化结合水库防洪允许泄量为控制条件进行调洪计算 , 采用水库泥沙淤积 50 年库容特性进行洪水调节计算 , 玛尔坎恰提所需防洪库容 0.25 亿 m3｡经径流调节计算 , 防洪库容可与兴利库容完全结合 , 在不影响水库兴利要求下 , 水库防洪高水位为正常蓄水位 2405 m, 其中汛期限制水位为2403.86 m｡

根据水库调洪原则､泄洪方式､各泄洪建筑物型式和尺寸进行调洪演算, 各频率洪水调洪成果见表 3｡

表3 玛尔坎恰提水库调洪成果表

4、水库调度运行

根据综合利用任务对水库运行方式的要求, 拟定水库运行方式为:每年 6 月 ~8 月控制水库水位不高于汛限水位2403.86 m 运行 , 进行迎汛;9 月 ~10 月水库蓄水;11 月 ~ 来年 5 月水库按灌溉及生态要求放水｡按照拟定的水库运行方式 , 玛尔坎恰提水利枢纽工程通过与卡拉贝利水利枢纽工程联合调度 , 可满足克孜河流域灌溉､防洪､城镇生活用水置换､工业､生态､兼顾发电等综合利用要求 [9-10]｡

使用1958 年 ~2015 年径流系列 , 经 58 年长系列径流调节计算 , 通过对水库多年运行特性分析 , 初步确定玛尔坎恰提水利枢纽设计水平年调度线见表 4, 玛尔坎恰提水利枢纽调度图见图 1｡

图1 玛尔坎恰提水利枢纽工程调度运行图

表4 玛尔坎恰提水利枢纽设计水平年调度线

(1)防洪调度线:汛期 6 月 ~8 月汛限水位至防洪高水位 2405 m(正常蓄水位与防洪高水位相同)形成 I 区 , 水库根据防洪任务运行调度 , 同时满足下泄灌区综合供水｡控制 6月 ~8 月水库水位不超过 2403.86 m(汛限水位), 水库相机排沙｡

(2)灌溉供水调度线:灌溉供水调度线以上形成Ⅱ区 ,该区域为灌溉供水保证区 , 根据“丰不增枯减”的原则 , 该区域严格按照总量控制指标供水 , 不得突破“三条红线”限额指标｡灌溉供水调度线以下至死水位形成Ⅲ区 , 该区域为灌溉供水折减区 , 为避免连续破坏 , 该区域对灌溉供水进行折减｡

(3)生态供水调度线:生态供水调度线以上区域为生态供水保证区 , 水库 7 月下旬按流量 125 m3/s 下泄生态水量用于淹灌克孜河河岸林草｡生态供水调度线以下至灌溉供水调度线为生态供水折减区 , 该区域对生态供水进行折减｡

(4)按照“电调服从水调”原则 , 利用生态及灌溉出库水量发电｡

5、结论

玛尔坎恰提水利枢纽以克孜河干流布哈拉渠首至永安坝断面常年有水下泄为前提, 基本保持河段河流形态为目标 ,承担生态输水､灌溉､防洪､城镇生活､工业供水和发电等综合任务｡通过对径流调节计算､特征水位方案选择､水库调度运行等内容研究 , 推荐合理方案 , 对克孜河流域水资源开发利用提供重要参考 , 也为类似河流提供一定借鉴｡

参考文献:

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文章来源:王振.新疆玛尔坎恰提水利枢纽工程方案研究浅谈[J].陕西水利,2024,(12):73-75.