劉戰(zhàn)生 劉伯春

巴基斯坦蘇基克納里水電站綜述

劉戰(zhàn)生 劉伯春

巴基斯坦蘇基克納里水電站為徑流式電站，是采用長隧洞引水的高水頭電站。電站最大凈水頭910.85 m。電站裝設(shè)4臺立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)額定出力221.725 MW，多年平均年發(fā)電量30.81億kW·h。

巴基斯坦 高水頭 引水隧洞 沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組

1 工程概況

蘇基克納里（SukiKinari）水電站位于巴基斯坦西北邊境省Mansehra地區(qū)的Kunhar河上，大壩距巴基斯坦首都伊斯蘭堡256 km。電站為徑流式電站，采用引水方式開發(fā)。攔河壩最大壩高（河床以上部分）為54.5 m，引水隧洞長度19.5 km，地下廠房裝機(jī)4臺，總裝機(jī)容量為873.508 MW，多年平均年發(fā)電量30.81億kW·h。目前，本項目已經(jīng)完成EPC招標(biāo)，預(yù)計工期72個月。

2 工程水文氣象條件

2.1 水文參數(shù)

2.1.1 水文參數(shù)

壩址以上控制流域面積為1 311 km2。壩址多年平均徑流量19.2億m3，多年平均流量為60.9 m3/s。

2.1.2 洪峰流量

壩址洪水成果見表1，壩址施工洪水成果見表2。

表1 壩址洪水成果表m3/s

表2 施工洪水成果表m3/s

2.2 氣象

壩址附近多年平均降雨量為1 616 mm，年內(nèi)分配不均，3月降雨最大為269 mm，9月降雨最小為60 mm；多年平均蒸發(fā)量為989 mm；月平均最高溫度極值為24℃，月平均最低溫度極值為-12℃，極值高溫發(fā)生在6月，為38℃，極值低溫發(fā)生在2月，為-17℃。

2.3 泥沙

壩址處多年平均輸沙量為42.75萬t，其中懸移質(zhì)沙量為34.2萬t，推移質(zhì)沙量為8.55萬t。懸移質(zhì)泥沙粒徑在0.01～5 mm，D50為0.02 mm；推移質(zhì)泥沙粒徑在0.1～100 mm，D50為1 mm左右。

3 工程地質(zhì)條件

3.1 區(qū)域地質(zhì)

工程區(qū)地面高程2 200～3 500 m，地形起伏變化大于1 000 m。附近自南向北發(fā)育有多條主要逆沖帶和斷層，分別為主邊界逆沖斷裂帶（MBT，也稱Murree斷層）Panjal斷層、主中央逆沖斷裂帶（MCT）以及主地幔逆沖斷裂帶（MMT）。工程區(qū)主要位于Panjal斷層以北、MCT以南的變質(zhì)巖地區(qū)，主要巖性為前寒武紀(jì)至寒武紀(jì)Kaghan群的石英云母片巖，夾有石英巖、大理巖、鈣質(zhì)片巖和石墨片巖等。第四系堆積物分布廣泛，按成因可分為沖積、崩積和冰積等類型。

3.2 基本工程地質(zhì)條件

電站主要建筑物有攔河壩、引水系統(tǒng)、地下廠房及尾水洞。

3.2.1 庫區(qū)

庫岸邊坡高而陡，部分被近代堆積物（如崩積物、坡腳碎石堆）等覆蓋。沿河發(fā)育有河流階地堆積物，多為耕地。這些堆積物中的大部分是由冰川和雪崩造成的，下伏基巖主要為石英巖、石英云母片巖及石墨片巖等，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，但巖體滲透性微弱。庫岸多處存在巖體蠕變帶和崩塌帶。

3.2.2 壩址

壩址大部分被第四系覆蓋層所覆蓋，主要為崩積物、階地沉積物和沖積物。河床存在深厚的漂卵礫石層，厚度大于92 m。覆蓋層以中等透水為主，局部為強(qiáng)透水?；鶐r地層為寒武紀(jì)—前寒武紀(jì)的Rajwal組地層，主要巖性為石英云母片巖、石英巖、輝綠巖和石英片麻巖，密集—中等間距節(jié)理?；鶐r屬于弱—微透水，局部為中等透水。

水的腐蝕性類型為結(jié)晶類硫酸鹽型，對普通水泥具弱—中等腐蝕性，對抗硫酸鹽水泥無腐蝕性。局部地下水的腐蝕性類型為分解類一般酸性型，具弱—中等腐蝕性。

3.2.3 引水隧洞

引水隧洞沿線穿過高中山區(qū)，主要巖性為Kaghan群的石英片麻巖、含云母的石英巖、泥質(zhì)巖、鈣質(zhì)片巖、大理巖和石膏夾層以及大理巖和變質(zhì)礫巖等。上游段的埋深多小于300 m，最大埋深約750 m，其中進(jìn)口段、過溝段隧洞埋深一般小于70 m；下游段隧洞最大埋深達(dá)1 300 m，其中埋深大于600 m的洞段長約6 km。一般洞段巖石多為中硬—硬巖，片理與軸線的夾角一般超過30°。隧洞穿過2條大型逆沖斷裂帶。預(yù)計引水隧洞及調(diào)壓井圍巖分類見表3。

表3 預(yù)計引水隧洞和調(diào)壓井圍巖分類表

3.2.4 地下廠房及尾水洞

地下廠房埋深約850 m，地層巖性為Mahandri組石英巖夾大理巖，為中硬—硬巖。尾水隧洞長約4.4 km，穿過2條逆沖斷層帶。巖體透水性多為屬弱透水。預(yù)計地下廠房及尾水洞圍巖分類見表4、5。

表4 預(yù)計廠房圍巖分類表

4 工程布置

4.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

攔河壩、溢洪道及取水口采用設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇，洪峰流量2 030 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為最大洪水，洪峰流量3 777 m3/s。泄水建筑物消能防沖設(shè)施按100年一遇洪水設(shè)計。

表5 預(yù)計尾水洞圍巖分類表

地震參數(shù)：運行基本地震（OBE）的峰值地面水平加速度為0.25g，最大設(shè)計地震（MDE）的峰值地面水平加速度為0.53g，最大可信地震（MCE）的峰值地面水平加速度為0.55g。

4.2 樞紐布置

樞紐布置充分利用了工程區(qū)起伏大的良好地形和地質(zhì)條件，通過右岸19.5 km長的引水隧洞連接水庫與發(fā)電廠房。

攔河壩的布置基本利用了天然的地形，形成了高度較小、工程量相對節(jié)省的攔河壩。攔河壩采用瀝青混凝土面板堆石壩與混凝土重力壩結(jié)合的混合壩。河床中部布置瀝青混凝土面板堆石壩，兩側(cè)布置混凝土重力壩。溢洪道布置在混凝土重力壩段，左岸布置表孔溢洪道，右岸布置底孔溢洪道，溢洪道均采用挑流消能。

電站進(jìn)水口布置在攔河壩右岸上游側(cè)，并盡可能提高了進(jìn)水口的底坎高程，以有效地防止進(jìn)水口門前泥沙的淤積。

進(jìn)水口后設(shè)置沉沙池，其后接19.5 km的引水隧洞。引水隧洞末端設(shè)置調(diào)壓井，并通過770 m高的壓力豎井與地下廠房連接。

本地下廠房埋深約850 m，廠房尺寸為（長×寬×高）118 m×27 m×40 m。電站尾水通過2條相互平行、總長約4 200 m的尾水隧洞流入下游河道。

5 主要建筑物

5.1 攔河壩及泄洪建筑物

5.1.1 攔河壩

攔河壩為瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂高程為2 281.5 m，壩頂寬度10 m，最大壩高（河床以上部分）為54.5 m，壩頂長度為215.3 m。壩頂上游側(cè)設(shè)置高出壩頂1.2 m的鋼筋混凝土防浪墻。壩體上、下游邊坡均為1∶1.8，下游坡采用塊石砌護(hù)。大壩上游面采用300 mm厚的瀝青混凝土作為防滲層，其下部與垂直的柔性混凝土防滲墻連接，形成防滲屏障

5.1.2 泄洪建筑物

左岸溢洪道為表孔溢洪道，共6孔，溢洪道堰頂高程為2 269.50 m，孔口寬度為4.5 m，設(shè)有疊梁檢修門和弧形工作門。表孔溢洪道壩段壩頂總長度為41.4 m。表孔頂部設(shè)置交通橋。表孔溢洪道后接1條長度約74 m的泄槽，泄槽末端設(shè)有挑流鼻坎，采用挑流方式消能。

右岸設(shè)置底孔溢洪道5孔，底坎高程為2 244 m，孔口尺寸為4.5 m×5.6 m(寬×高)，設(shè)有疊梁檢修門和弧形工作門。底孔溢洪道壩段壩頂總長度為38 m。底孔溢洪道后接1條長度約32 m的泄槽，泄槽末端設(shè)有挑留鼻坎，采用挑流方式消能。

5.2 引水系統(tǒng)

引水系統(tǒng)由電站進(jìn)水口、沉沙池、引水隧洞、調(diào)壓井以及壓力管道等建筑物組成。

電站進(jìn)水口為開敞式，位于昆哈河的右岸，緊靠底孔溢洪道布置。進(jìn)水口共4孔，單孔凈寬6 m，每孔均設(shè)置攔污柵。

地下有壓沉沙池在靠近底孔溢洪道的小山包內(nèi)開挖形成。沉沙池設(shè)計為城門洞形，下部設(shè)置沖沙廊道，采用鋼筋混凝土襯砌，其頂高程為2 263.35 m，底高程從2 241.85 m漸變到2 238.85 m。襯砌后沉沙池凈寬為14 m，不包括下部沖沙廊道其高度為18.25 m，長度為185 m。下部沖沙廊道為1 m×5 m的矩形斷面，用于儲存沉降下來的泥沙。

引水隧洞內(nèi)徑為6 m，長約19.50 km，額定流量為114.6 m3/s，最大引用流量為126.06 m3/s，采用全斷面混凝土襯砌。

調(diào)壓井設(shè)在引水隧洞末端，調(diào)壓井位于低壓引水隧洞后部，為上下室式調(diào)壓井。調(diào)壓井頂高程2 343.0 m，底高程2 138 m，調(diào)壓井高度205 m。

壓力管道包括2條壓力豎井和下平段壓力鋼管。壓力豎井內(nèi)徑為3 m，頂部高程為2 135.00 m，底部高程為1 364.15 m，高差為770.85 m。下平段壓力鋼管分為兩部分，第1部分為2條直徑3 m的壓力鋼管；第2部分為4條直徑為2.12 m的壓力鋼管支管。支管末端最終漸變成管徑為1.7 m的分支管，進(jìn)入地下發(fā)電廠房。

5.3 發(fā)電廠房

主廠房為地下式，裝有4臺沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘繛?73.508 MW的。電站引用流量

114.6 m3/s，，最大凈水頭910.85 m。

5.4 尾水洞

2臺機(jī)共用1條尾水洞，共2條尾水洞，隧洞斷面尺寸為5.15 m×6 m，總長度約4 200 m。

5.5 導(dǎo)流工程

壩址區(qū)20年一遇洪峰流量為600 m3/s，100年一遇洪峰流量為980 m3/s。導(dǎo)流設(shè)計采用100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)導(dǎo)流流量為980 m3/s。導(dǎo)流底孔按能通過100年一遇洪峰流量設(shè)計，以滿足施工期壩體臨時度汛需要。

根據(jù)壩址處的地形條件以及樞紐的布置型式，工程采用分期導(dǎo)流，共分2期。一期導(dǎo)流利用原河床過流，施工位于河床左、右岸較高部位的溢洪道及消力池，并在右岸底孔溢洪道相鄰的河床壩段預(yù)留導(dǎo)流底孔。二期導(dǎo)流利用主河床上、下游圍堰擋水，導(dǎo)流底孔和底孔溢洪道聯(lián)合泄流，施工位于原河床位置的面板堆石壩段。上、下游圍堰在一期導(dǎo)流末期填筑，最大高度分別為17 m和7.2 m。

6 結(jié)語

（1）蘇基克納里水電站所依據(jù)的水文資料相對齊全，依據(jù)上述水文系列計算的電站發(fā)電量是有保障的。

（2）蘇基克納里水電站總輸沙量為42.75萬t，合32萬m3。正常蓄水位以下總庫容為907萬m3，庫沙比為28，屬泥沙問題嚴(yán)重型水庫，應(yīng)著重研究水庫水沙調(diào)度運用方式。

（3）從蘇基克納里水電站研究成果可知，本工程建筑物規(guī)模較大，開發(fā)條件優(yōu)越，不存在制約工程建設(shè)的技術(shù)因素，技術(shù)上可行。

（4）蘇基克納里水電站首部樞紐為矮壩小庫，引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房均為地下工程，對環(huán)境影響有限，庫區(qū)土地淹沒和移民安置數(shù)量很小，不存在制約工程建設(shè)的敏感性環(huán)境因素。從環(huán)境保護(hù)角度分析，工程建設(shè)可行。

TV747

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2015-03-17）

劉戰(zhàn)生 男 高級工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津 300222

劉伯春 男 工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津 300222