叶尔羌河依扎克水电站工程的设计经验

【摘要】依扎克水电站是叶尔羌河与塔什库尔干河汇合后的第一个规划梯级，工程坝址位于峡谷段，两岸山体陡峭雄厚，河床覆盖层73m。叶尔羌河上游有冰原湖，1~2年就会发生一次冰川溃坝洪水。在此类工程条件下，当地材料坝如何协调泄洪建筑物规模与坝高以保证工程安全是本工程设计的主要经验。
【关键词】冰川溃坝洪水；狭窄河道；深厚覆盖层；度汛
【abstract】according to zach yeerqiang river hydropower station is the confluence with the river taxkorgan the first planning steps, the project site is located in canyon paragraph, the two sides steep mountain solid bed cover 73m. yeerqiang river upstream lake ice, 1~2 years will be an ice dam-break flood occurred. works in such conditions, local materials spillway dam how to coordinate the size and height of buildings to ensure that safety is a major engineering design experience.【key words】glacier dam-break flood; narrow river; deep cover; flood season
1. 概述依扎克水电站工程位于新疆维吾尔自治区喀什、克州两地州境内的叶尔羌河与支流塔什库尔干河汇合口下游0.3～1.2km河段上，在克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县境内，工程所在地距莎车县174km，距塔什库尔干县138km，库区以上河段内淹没、移民不大。工程区地震基本烈度为8度，主要建筑物设计地震烈度为8度。依扎克水电站采用混合式开发，工程主要任务是发电，水库正常蓄水位1925m，总库容1.85亿m3，总装机240mw，属大（2）型ⅱ等工程。
2. 工程条件
2.1地形地质。依扎克水电站拟选上、下坝址位于叶尔羌河与塔什库尔干河交汇处下游0.3～1.2km的范围内，以布尔乌特沟为界。河谷呈“v”字型，河道呈“s”字型，两岸地形不对称，左岸岸坡较缓，右岸岸坡高陂。两岸大多基岩出露，局部被坡积碎石和粉土覆盖，坝址处河床高程1859～1861m，山顶高程约2200m。库坝区范围内没有 现代 活动断裂通过，也无中、强震中分布，综合分析库坝区处在区域构造稳定性相对较好的地段，具备建坝条件。拟建工程区场地场地50年超越概率10%的峰值加速度在236.1gal～255.5gal，对应地震基本烈度均为ⅷ度。坝址区河床覆盖层厚度73m。
2.2洪水。叶尔羌河主要存在两种混合洪水：一为暴雨洪水与消融洪水遭遇形成；二为“溃坝型”洪水与消融型洪水遭遇形成。前者为两类 发展 方向相反的天气过程所形成的两种类型洪水的迭加，一般洪峰量级较低。后者则不然。据对叶尔羌河冰川洪水实地考察，大的“溃坝型”洪水发生时，常伴以持续性升温天气过程，“溃坝型”洪水与消融型洪水遭遇，洪水量级就会大大提高，此种类型的混合型洪水峰高量大，来势凶猛，对下游人民生命财产及水利工程的运行危害极大。基于这一原因，设计中对混合型洪水的分析 计算 ，主要针对“溃坝”消融混合洪水。
（1）冰雪消融型洪水。叶尔羌河高、中山区冰川、永久性和季节性积雪极为发育，这为冰雪消融型洪水提供了丰富的物质条件，每年汛期，随着气温上升，冰雪消融补给河流。每次大的升温过程，必伴随消融洪水发生，消融型洪水是叶尔羌河四类洪水中发生频次最高、最基本的一类洪水。此类洪水特点是洪峰不高，洪量较大，洪水过程持续时间长。
（2）“溃坝型”洪水。“溃坝型”洪水又称冰川湖突发性洪水。叶尔羌河冰川溃决洪水主要发源地在叶尔羌河支流克勒青河，克勒青河上发育的冰川与克勒青河近乎正交的河谷冰川的发育，是形成该型洪水的前提条件。已探明：克亚吉尔冰川及特拉木坎力冰川前进中阻塞叶尔羌河上游最大支流克勒青河，分别形成了克亚吉尔及特拉木坎力堰塞湖，在特定的水力学条件下，堰塞湖溃口，湖水以高水头下泄，是形成“溃坝型”洪水的直接原因。“溃坝型”洪水的时空分布，主要取决于冰川的动态变化。如1961年9月4日发生的洪水，洪水总历时28小时，峰现时间0.5小时，最大洪峰流量6270m3/s，割去基流后次洪水总量达1.519×108m3左右。 图1叶尔羌河上游冰分布示意图 图21961年9月溃坝型洪水过程线2.3泥沙。通过分析计算，依扎克水电站坝址处的多年平均悬移质输沙量为2617万t，多年平均推移质输沙量为393万t，多年平均输沙总量为3010万t。依扎克水电站水库汛期排沙运行，经泥沙淤积初步计算，水库在施工期时，总淤积量0.27亿m3，剩余总库容1.58亿m3；水库运行3年时，总淤积量0.60亿m3，剩余总库容1.25亿m3；水库运行6年时，总淤积量1.01亿m3，剩余总库容0.84亿m3，水库库容损失较快，在几年内就小于1.0亿m3。

3. 设计要点
3.1坝型选择。考虑叶尔羌河洪水特点，安全性最好的坝型是混凝土重力坝，同时也便于布置泄洪建筑物，但由于坝址深厚覆盖层影响，不宜采用。河道狭窄较适宜混凝土拱坝，但由于坝址位于高震区，拱壁薄安全性不足，拱壁厚就与重力坝类似，因此混凝土拱坝也不适宜。按照新疆多年筑坝经验，依扎克工程坝型采用当地材料坝较好，但坝址处河道狭窄，需要注意泄洪建筑物的布置。
3.2泄洪建筑物布置。叶尔羌河洪水峰高量大，同时河水含沙量大，因此，泄洪建筑物设置了深孔（导流兼泄洪洞）、中孔（排沙兼泄洪洞）和表孔溢洪道。由于深孔在施工期担任导流任务，后期改建为永久泄洪洞，因此深孔进口底板高程及泄洪规模由施工期导流规模决定。中孔进口高程为满足发电洞进口“门前清”排沙要求，按照水库运行方式要求，中孔需将5月上旬河道来水完全下泄，以此确定中孔进口高程及孔口尺寸。在泄量分配上，导流兼深孔泄洪洞的泄流能力是由施工期导流规模决定的，在深孔满足水库紧急放空要求的情况下，根据水库洪水调节要求确定表孔的规模，从而确定泄洪建筑物的规模。表孔应充分发挥表孔溢洪道的超泄能力，加大溢洪道的泄量，在设计(或校核洪水)位时，其泄量应占总下泄量的1/2～2/3以上。因此，表孔溢洪道是泄洪建筑物布置的重点，也是工程安全的重要保证。从地形条件来看：左岸阶地基岩高程1910m～1920m，宽约30m，阶地左侧岸坡坡高大于200m，边坡走向近ew向， 自然 坡度30°～45°；阶地右侧靠近河床基岩陡直下切，基岩高程很低。若溢洪道太宽，就要在阶地左侧挖山或右侧填筑，存在高边坡处理等工程问题，也会增大工程投资；若溢洪道太窄，闸前水深增加，闸门设计难度剧增，同时，由于溢洪道单宽流量的增加，在深厚覆盖层上的消能工设计难度将加大，投资也会增加。另一方面，若泄洪建筑物规模减小，设计洪水位和校核洪水位会增大，坝高将增加，大坝投资随之增加。因此，如何合理利用左岸阶地布置溢洪道并协调坝高是表孔溢洪道设计的重点。在工程设计中，拟定了三个溢洪道方案进行工程投资比较。
随着溢洪道堰顶宽度(净宽)减少及堰顶高程的抬高，大坝坝顶高程在抬高，大坝填筑量、投资均在增加；同时，溢洪道砼量及开挖量、金属结构量随之在减少，溢洪道投资在减少。从总体投资来说，大坝投资增量小于溢洪道投资增量，方案三适当增加堰顶高程、减少堰宽，增加坝顶高程最 经济 。
4. 结语叶尔羌河洪水峰高量大，河水含沙量大，依扎克坝址位于高震区，河道狭窄，覆盖层深厚，两岸山体高大雄浑，当地材料坝的泄洪建筑物布置难度较大，泄洪建筑物投资在建筑物投资中比例较大。随着坝高的增加，大坝投资相应增加；但同时也能够减少泄洪建筑物、进场道路等投资，在大坝投资增量小于溢洪道投资增量的情况下，将规划的几个水电站合并开发，能够减少梯级开发总投资。