某水电站小水电代燃料生态保护工程初步设计报告.docx

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某水电站小水电代燃料生态保护工程初步设计报告

某水电站（小水电代燃料生态保护工程）初步设计报告

1.1概述

1.1.1工程地理位置

*****************位于新疆********蒙古自治州***境内的**********河（原名乌尔塔克赛尔河）阿合奇山口处，西距***城约30km，东距博乐市70km。

地理坐标东经81°18’，北纬44°55’。

1.1.2工程任务和建设的必要性

根据新水电［2003］15号（关于***十五期间及2010年小水电代燃料生态示范工程规划报告的审查意见）的文件，同意新建乌河水电站（*****************）。

2003年12月,新水规计［2004］18号文件“关于对博州********************可行性研究报告的审查意见”。

*****************是实施和落实小水电代燃工程，保护当地生态环境的需要，充分利用**********河的水能资源的需要。

*****************工程是利用已建的**********水库，是在满足下游灌区用水的前提下进行发电,是水能资源的再次利用。

1.1.3勘测设计过程

2004年2月，结合新水规计［2004］18号文件“关于对博州********************可行性研究报告的审查意见”，在可行性研究的基础上开展本工程初步设计阶段的勘测设计工作。

1.2自然条件

1.2.1自然概况

**********河位于********河中上游，是********河右岸最大的一条支流，该河位于********蒙古自治州西北部***境内。

地理位置：

介于东经80º20ˊ～81º30ˊ，北纬44º40ˊ～45º00ˊ之间。

流域地处欧亚大陆腹地，位于阿拉套山别珍套山交汇而成的“V”形********河谷的中部，东临阿拉山口口岸和艾比湖湿地，南靠科克琴山，北靠别珍套山，西面为别珍套山与科克琴山交叉处。

**********河发源于北天山山脉北麓的别珍套山设斯吾达板，最高峰为察汗乌逊峰，海拔4223m。

河流自西向东出山口后折向东北，河流全长111km，坡度在20‰～33‰之间，由西向东形成一个“扇”状水系。

流域3500m以上为雪源冰川，面积占水库坝址以上面积的10%。

在坝址处有灌溉渠首，将大部分水量引入灌区，只有少部分水量流入********河。

坝址以上流域面积为938km2占全流域的56%。

多年平均降水量201.6mm，历年最大降水量为291.3mm（1959年），最小降水量77.8mm（1968年）。

多年平均蒸发量（Φ20cm）1479.1mm，历年最大蒸发量（Φ20cm）1843.5mm（1977年），最小蒸发量（Φ20cm）1126.3mm（1992年）。

多年平均气温3.7℃，历年最高年均气温4.8℃（1963年），最低年平均气温2.4℃（1960年），累计年较差为34.8℃，历年极端最高气温37.2℃（1973.8.1），极端最低气温-35.9℃（1959.12.24）。

多年平均气压809.5mb，多年平均水汽压6.1mb，多年平均相对湿度66%。

多年平均风速2.7m/s，风向以西风为主，历年最大风速25m/s（1970.6.1及1976.1.1），风向为WNW与W，多年平均大风日数23.4天。

历年最大积雪深度28cm,发生于1960年3月。

历年最大冻土深度201cm，发生于1969年3月，历时4天。

**********水库位于高山严寒、气候干旱的地区，降水量较小。

由于上游有10%的流域面积被冰雪覆盖，常年水源不断，冬季有山泉水，夏季有冰雪融化水。

据实测资料分析，径流过程线的形状似锯齿，一日一峰，规律明显。

由此可见，径流是由冰雪融化水为主，泉水及局部降雨综合形成的。

**********水库坝址插补延长后1957年～2001年共45年的径流系列。

从年径流模比系数累积平均曲线上可看出，年径流模比系数累积平均值于1965年（正排）起趋近于1。

此系列已包括丰、平、枯较完整的变化过程。

其中1996～2001年为丰水年段，1980～1991年为平水年段，1963～1980年为枯水年段。

系列具有一定的代表性。

多年平均流量4.65m3/s,多年平均径流量1.47×108m3。

年内变化大致可分为四个阶段:

（3-5月）为春季初汛期,水量占全年水量的9.85%；（6-8月）为全年的丰水期,这一时期的水量占全年水量的67.53%；（9-11月）为秋季退水期,这一时段内的水量占全年水量的16.14%；每年的12月至次年的2月为冬季枯水期,这一时期的水量仅为全年水量的6.48%。

最丰年份的水量为2.056×108m3,出现在2000年,最枯年份的水量为1.112×108m3,出现在1967年,丰枯比为1.85。

历年最大月平均流量为26.25m3/s，历年最小月平均流量为0.59m3/s，比值为44.5。

**********水库设计径流计算采用皮尔逊Ⅲ型曲线法，用矩法试算参数，用适线法适线。

以P=10%为丰水年；P=25%为偏丰水年；P=50%为平水年；P=75%为偏枯水年；P=90%为枯水年进行代表年选择,选取年水量与设计值接近且对工程供水不利的年份为代表年,按同倍比法分别对**********河的径流系列进行计算。

参照新疆水文总站所编《地表水资源》中的附图十“1956～1979年平均年径流变差系数等值线图”，通过比较可看出，**********河流域年径流变差系数Cv＝0.16符合这一区域的地区分布规律。

本次设计洪水直接用插补延长后的连续洪水系列进行计算。

频率计算采用皮尔逊─Ⅲ型曲线，应用矩法计算经验参数，用适线法适线。

经综合比选，选取阿合奇站1984年7月9日至7月11日的一场洪水过程作为典型洪水过程。

采用同频率控制法对典型洪水过程线进行放大。

洪水系列从《新疆********蒙古自治州乌尔达克赛水库工程初步设计—第一分册》（1986年1月河南院）的1984年延长至2001年（洪峰至1999年）共46年（洪峰为44年）系列。

洪水成果50年一遇296m3/s,1000年一遇657m3/s。

随着时段延长，洪量均值逐渐增大，Cv值随历时的加长而有所减小。

这说明洪峰变化较大，而洪量较稳定。

这也反映出**********河洪水的特点。

多年平均悬移质输沙量为5.947×104t，多年平均推移质输沙量为0.89×104t。

多年平均含沙量0.405kg/m3。

冬季降温出现冰情，春季升温冰情消除，冰情受制于大尺度气温的季节性变化。

气温变化对河流冰情动态起着决定性的作用。

此外，河道纵坡、枯季径流变化以及人类活动等也对冰情产生一定影响。

水库冬季运行期间是由输水洞泄水，而此时冰块则浮在水面上，下游河道和电站引水渠中也没有冰块，故冰情对电站冬季运行没有影响。

1.2.2地质条件

工程位于**********河阿合奇山口处，在地貌上处于天山褶皱带北坡别珍套山东段北麓低山区，北邻********断陷谷地。

50年超越概率10%的动峰值加速度为0.1g，动反应谱周期为0.45s。

综合分析********断裂及周围，地震活动性弱，工程区处于区域构造稳定性相对较好地段。

该区气候干旱，年降雨量少，植被稀少，基岩中无泉水溢出，地下水主要为第四系地层内的孔隙潜水，乌尔达克赛河河水主要补给源为融化的雪水，其次为泉水和降雨。

右岸Ⅱ级阶地，阶地前缘堆积有水库施工弃渣块碎石，地势与阶地平整，厂房、尾水渠位于Ⅱ级阶地上。

右岸阶地砂卵砾石层渗透系数K为1×10-3～4.3×10-2cm/s，属强透水性，岩体透水率在顶板22m以下一般小于8.81～14.45Lu，为中等～弱透水性；山体内基岩裸露处埋深25m左右为中等～强透水，以下为微弱透水。

本区对工程有影响规模较大的断层主要为F2、F7断层。

均为压扭性断层。

F2断层位于引水发电洞线及出口南侧约40m处，厂房南侧33m，产状为68°NW∠81°，F7断层位于引水发电洞以南42m，距厂房约56m，F2断层南侧与其相交，在地貌上为一小冲沟槽，断层产状为293—296°SW∠81°。

引水隧洞线处于山坡处，该段洞线围岩划分为Ⅳ类围岩，单位弹性抗力系数K0=1000～1500N/cm3。

洞脸边坡，覆盖层厚约14.7m，为坡积碎石土层，其下基岩为泥盆系上统石英砂岩及砾岩，无大断层通过，裂隙较为发育，岩体完整性较差。

厂房基础大部分位于全风化层（含土碎石），结构密实，允许承载力250～300Kpa。

尾水渠基础及部分边坡均位于基岩全风化层（含土碎石）内。

渠身大部分位于地下水位以上，部分位于地下水位以下，地下水对普通水泥无腐蚀。

工程选C1、C2料场，C1料场发电厂房下游，**********河右岸Ⅱ级阶地及河床内,距工程区0.9～1.2km，沿河呈南北向长条形分布，砂卵砾石层结构松散，场除含泥量偏高外，需用水洗，其它质量及储量均满足要求，易于开采，开采条件较好。

C2料场为***水泥制品砂石料场，********河边，为一成品料场，该料场距工程区32km左右，均为沥青公路路面，运输较方便，料场质量、储量均能满足要求。

1.3工程任务和规模

1.3.1工程任务

博州地区人口达42.36万人,国内生产总值达22.43亿元（当年价,下同）,工农业总产值20.21亿元,其中：

工业总产值8.68亿元,农业总产值11.53亿元。

农牧民人均纯收入2742元。

***以牧业为主，2000年国内生产总值23031万元，工农业总产值30631万元，其中农业总产值21264万元，占69.4％，工业总产值9367万元，占30.6％，城镇居民人均收入5345元，农牧民人均收入2052元。

*****************是实施小水电代燃工程，保护当地生态环境的需要,是充分利用**********河的水能资源的需要。

*****************工程是利用已建的**********水库，是在满足下游灌区用水的前提下进行发电,是水能资源的再次利用。

1.3.2工程规模

根据博州国民经济发展情况和电力工业自身特点，本次电力负荷预测采用了年平均增长率法和弹性系数法。

*****************具有一定调峰能力,可以解决博州电网部分调峰问题，还可向系统提供1080万kW·h的电量,从电力电量平衡结果看,*****************所发电量基能够被电网吸收,其置换的电能来满足以电代燃用户的需要。

本电站径流调节计算原则是在结合**********灌区用水的前提下,充分利用**********河的水能资源进行发电。

根据经还原的1957年～2001年共45年的径流系列,以月为时段,采用时历法进行等出力长系列操作。

电站属**********水库的二期工程,通过输水洞接发电洞接发电机组,利用已建成水库，新建发电引水系统，结合灌溉进行发电,因此电站设计不涉及水库规模,水库正常蓄水位、死水位沿用工程已建特征值。

水库总库容2990万m3，水库正常蓄水位1258.0m,死水位1239.5m。

兴利库容1972万m3,死库容700万m3。

**********水库是一座以灌溉为主结合发电的水利枢纽工程，水库调度运行应满足上述任务的要求，以求实现水库综合利用效益最大，**********水库调度图分为供水期和非供水期。

*****************在博州电力系统中的任务和作用主要是向系统提供调峰容量和电量，电力系统对电站及水库的调度运行要求应服从下游灌溉任务，在满足灌溉用水要求的前提下发电，在非供水期按设计保证出力发电。

电站设计水平年为2005年。

据*****************的特点及机组选型和**********电站的供电范围,拟定1.6MW、2.0MW、2.4MW和2.8MW四个装机方案。

对方案按设计水平年（2005年）的负荷水平进行了丰、平、枯三个设计水平年的电力电量平衡计算，通过电力电量平衡结果、电站在系统中的作用及经济评价结果的综合分析，认为装机2.4MW方案较为合适。

按照初步拟定的水库调度图进行长系列径流调节计算，径流计算长系列出力过程，水利动能指标如下

：

保证出力:

0.5MW，装机容量：

2.4MW，多年平均设备发电量为1080万kW·h，设计负荷水平（2005年）有效发电量1080万kW·h。

多年平均电能加权水头：

42.31m，发电设计保证率90%。

灌溉供水保证率76.1％。

对电站装机台数进行比选，通过投资费用比较，二方案之间相差137.82万元，两台机方案比三台机方案投资少，但从电站运行的灵活性、系统的替代容量和电站的检修分析，机组台数推荐为3×0.8MW。

电站单位千瓦投资8944.83元／kW，单位千瓦时投资1.988元/kW·h，上网电价0.176元/kW·h，经济内部收益率17.65%,大于社会折现率10％，经济净现值为382万元，大于零，效益费用比1.17，大于1。

本项目经济上是合理的。

1.4工程布置及建筑物

1.4.1工程等别和设计标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-200）和《新疆********蒙古自治州乌尔达克赛水库工程初步设计》（第二分册）确定工程等级为Ⅲ等，主要建筑物（引水洞、厂房、等）为4级，临时性建筑物为5级。

1.4.2厂址选择和工程总体布置

1.4.2.1厂址位置选择

*****************为引水式电站，它利用已建成的输水洞结合下游灌溉用水发电，由于发电洞已建成17.5m，发电洞的位置已经确定,且电站的尾水须投入**********供水系统中满足下游灌溉的要求。

厂房的厂址位置基本确定。

大部分在Ⅱ级阶地上。

1.4.2.2工程总体布置

根据已完成的发电洞确定发电洞选定的引水线路和厂址，结合地形、地质条件和工程规模，以及结合下游灌溉及发电引水任务，以及厂房布置位置的不同及厂房布置形式的不同，做了三个方案：

方案一：

采用“卜”形岔形式，根据副厂房布置的不同分为二个方案：

（1）副厂房布置在主厂房的上游侧及右侧，进场大门布置在主厂房的左侧。

出线架布置在副厂房的右侧。

（2）副厂房布置在主厂房的上游侧及左侧，进场大门布置在主厂房的下游侧.出线架布置在副厂房的左侧。

方案二：

采用“卜”形岔形式，厂房的内部结构形式与方案一中的

（1）方案相同，即副厂房布置在主厂房的上游侧及右侧，进场大门布置在主厂房的左侧。

出线架布置在副厂房的右侧。

通过方案比较，方案二为推荐方案。

工程主要建筑物由压力管道、厂房、尾水渠及升压站等。

工程总布置自上游至下游依次为：

压力管道、厂房、尾水渠。

1.4.3主要建筑物

1.4.3.1发电引水洞

发电引水洞在原鄂托克赛水库已建输水洞后段（桩号0+306.00m）处开孔分岔引出，分岔角为45°，原工程输水洞洞径2.5m，分岔后发电洞洞径2.5m，经过10m长的渐变段，洞径由2.5m渐变到2m。

发电洞分岔段及渐变段共计17.5m已建成，待建部分包括：

洞身部分（长23m），出口明洞段（长26.61m）及岔管部分，压力钢管部分。

发电洞由上平洞段、斜井段及下平洞段组成。

斜井段及下平洞段均采用钢衬，钢衬外采用0.6m厚C20素砼衬砌。

洞室围岩均进行固结灌浆及回填灌浆处理。

明洞段内径D=2.0m，管中心高程为1210.00m，采用钢衬，外包混凝土厚度0.7m，采用C25钢筋混凝土。

主管与支管间交角55°，岔管采用贴边岔管，岔管外包混凝土同明洞主管，三个支管管径均为0.8m，支管总长75m，外包C25钢筋混凝土，厚度0.4m。

引水洞斜井及以后均采用钢板衬砌。

1.4.3.2发电厂房

厂房：

发电厂房装机两台，单机容量0.8MW，总装机2.4MW。

电站厂房由主厂房、副厂房组成，主厂房面积11.2m×32.9m，包括机组段和安装间，机组段长24.50m，安装间长8.40m，副厂房布置分为两部分，分别布置在主厂房上游侧和主厂房右侧，上游侧副厂房与主厂房同长，宽8.38m，右侧副厂房长19.63m，宽7.58m，安装间布置在主厂房左侧，主、副厂房发电机层高程均为1211.43m，机组安装高程为1212.06m。

1.4.3.3尾水建筑物

尾水建筑物：

尾水建筑物包括尾水墩、反坡段及尾水渠段。

尾水平台高程取与发电机层同高为1211.43m。

尾水平台宽度为1.5m，长度为21.60m。

反坡段长12.00m，由宽19.40m渐变至宽4.5m，坡度1：

7.69底板为0.15m厚的C20混凝土板下部砌0.3m厚的浆砌石基础。

尾水渠段长67.419m，为矩形断面，底宽4.5m，纵坡1／355，其底板砌采用0.15m厚现浇C20混凝土板。

边坡用浆砌石挡墙衬0.2m厚C20混凝土。

1.5水力机械、电气工程及采暖通风空调给排水

1.5.1水力机械

电站装机3台0.8MW水轮发电机组及附属设备。

水轮机为卧式水轮发电机组。

额定出力0.851MW，转轮直径0.6m，额定转速750r/min，额定流量2.38m3/s，吸出高度Hs为2.5m。

发电机为卧式结构，型号HLA627-WJ-60。

每台机配制一台YWT-600型调速器，具有PID调节规律，压力等级2.5MPa。

发电机的安装和检修为整体吊装，发电机总重量约为12t，选用一台电动单梁吊，起重量为16t，起重机跨度Lk=9.5m，起升高度7.5m。

另外，电站还设置有供、排水系统，压缩空气系统,透平油系统，绝缘油系统，水力测量系统，机修设备等。

主厂房机组段布置3台水轮发电机组，附属设备、安装场布置在厂房右端。

机组间距8m，安装间长8.4m，厂房总长32.9m，总宽11.2m。

机组安装高程为1212.06m，发电机层高程1211.43m，桥机轨面高程为1218.93m。

1.5.2电气工程

1.5.2.1主要电气设备选型和布置

35kV设备选用户内金属铠装移开式高压开关柜，10kV设备选用金属铠装移开式高压开关柜。

主变压器：

型号一台S9-2000/352000kVA38.5±2×2.5%/10.5kV，连接组Yd11Ud%=6.5；一台S9-1000/351000kVA38.5±2×2.5%/10.5kV，连接组Yd11Ud%=6.5；35kV断路器：

型号LN2-35，Ie=1250A，Ide=25kA；

电站共有2台主变，主变布置在副厂房上游侧，高、低压侧均是电缆进线。

副厂房布置于主厂房上游侧，副厂房发电机层布置有中央控制室、10kV高压开关室、35kV高压开关室、辅机设备间等。

厂用变压器布置于10kV高压开关室，低压配电盘和通信设备都布置于中控室内，调速器布置在机旁、控制、保护及励磁等设备均布置于副厂房内。

1.5.2.2电站接入电力系统方式

利用原昆屯仑变电所至铜选场的35kV线路，确定电站升压站送出电压等级为35kV，出线回路数为二回。

一回送至昆屯仑变电所，约21km，输电线路导线截面为LGJ-50；一回送至铜选场，约29km，输电线路导线截面为LGJ-50。

1.5.2.3电气主接线方案

电气主接线方案为一台机组为发电机-变压器组合方式为单元接线，两台机组为扩大单元接线方式，35kV侧采用单母线接线。

1.5.3采暖通风

1.5.3.1采暖

本工程采暖方式为电采暖，总热负荷为：

90kW；选用电散热器（N=2kW）50个。

1.5.3.2通风

本工程采用自然进风、机械排风的通风方式进行事故通风。

在外墙设若干能启闭的通风窗口，可在冬夏季关小或开大自然进风口进行风量调节。

选用轴流通风机6台；其中,辅机设备间1台；35kV高压开关室3台；6.3kV高压开关室2台。

1.5.3.3空调

在发电机层中控室选用风冷柜式空调2台。

1.5.3.4给排水

给水采用PPR管；室内排水采用UPVC管；室外部分排水选用铸铁管。

1.6消防

消防设计以“预防为主，防消结合”为原则。

本电站临河布置，水源丰富，主要设备采用消火栓灭火。

电站火灾主要来源于电气火灾和油类火灾，因此配置一定数量的推车式和手提式灭火器扑灭初期火灾。

主厂房采用消火栓灭火。

主厂房配置室内消火栓。

厂外采用消火栓灭火，户内开关站、副厂房中控室及主要电气室配置一定数量的手提式灭火器扑灭初期火灾。

1.7施工

1.7.1施工条件

**********水库位于博州***境内，西距***城30km，东距博乐市70km，处于********河南支流**********河的阿合奇山口。

工程区内有等级公路通过，交通较为方便。

另外，北疆铁路博乐站可作为本工程对外运输的途径之一。

工程所需钢材由乌市供应，水泥、木材由博乐市供应，油料、火工材料、生活物质由当地解决。

施工用水可直接从渠道提取使用。

工程区内有进厂公路、坝顶公路等较为完善的交通设施。

厂房施工时，需修建一条1.0km长，7.0m宽的临时施工道路。

1.7.2施工水流控制及施工排水

施工排水主要包括：

发电洞施工排水、厂房基坑及尾水渠施工排水等。

1.7.3料场的选择与开采

本工程砼总量约为0.44万m3，砾石需要量为4694m3，砂需要量为2501m3。

通过在C1料场筛分（人工、机械筛分）和购买C2料场成品骨料经济分析比较，采用C1料场机械筛分较经济。

砂石骨料由C1料场开采。

1.7.4主要建筑物施工

1.7.4.1发电洞工程

土方开挖：

采用1m3挖掘机挖装8t自卸汽车运输1.0km堆存。

石方明挖：

自上而下分层开挖，采用手风钻钻孔爆破，1m3挖掘机挖装8t自卸汽车运输1.0km堆存。

石方洞挖（开挖洞径为3.2m）：

采用全断面开挖，手风钻钻爆，采用人工装0.4m3机动翻斗车洞内运输40m，洞外运输1.0km堆弃。

土方回填：

利用开挖料，采用1m3挖掘机挖装8t自卸汽车运1.0km至施工点，74kw推土机平料，蛙式打夯机或夯板压实。

洞衬砼：

拌和机拌制混凝土，8t自卸车运500m至施工点，30m3/h砼泵入仓，机械振捣，人工洒水养护。

外包砼及回填砼：

拌和机拌制混凝土，8t自卸车运500m至施工点，溜槽（溜槽长9m）入仓，机械振捣，人工洒水养护。

1.7.4.2厂房工程

土方开挖及土方回填：

同发电洞。

地坪素砼（C15）：

拌和机拌制混凝土，8t自卸汽车运500m至施工现场，人工胶轮车转运30m入仓浇筑，平板振捣器振捣，人工洒水养护。

发电机层基础及底板砼（C20）：

拌和机拌制混凝土，8t自卸汽车运500m至施工现场，溜槽（溜槽长9m）入仓浇筑，机械振捣，人工洒水养护。

梁柱砼（C25、C30）：

拌和机拌制混凝土，8t自卸汽车运500m至施工现场，卸入3m3料罐，10t履带吊入仓浇筑，机械振捣，人工洒水养护。

1.7.4.3尾水渠工程

土方开挖及土方回填：

同发电洞。

C20砼衬砌：

同厂房地坪素砼。

浆砌石：

C1料场，人工捡集，人工装8t自卸车运1km至施工现场，人工砌筑。

1.7.5主要机电设备安装

桥式起重机在厂房封顶前后进行安装。

采用起重机吊装就位。

相应水轮机、发电机组和附属设备安装采用平行交叉作业方式，把预装好的大件按顺序由桥式起重机分别吊入机坑总装。

1.7.5.1施工工厂设施

本工程施工工厂设施主要有：

混凝土骨料加工系统、砼拌和站，钢筋、木材加工厂、机械设备停放场，风、水、电系统。

1.7.6施工总布置

施工生产设施及风、水、电系统等均围绕施工点就近布置。

临时生活区可以利用水库管理区的已建房屋。

1.7.6.1主体工程总量、施工工期、劳力和三材用量

计划工程施工总工期为1年。

本工程土石方开挖高峰强度3.42万m3/月，砼浇筑高峰强度0.19万m3/月，高峰劳动力52人，工程总工日0.80万工日。

工程所需主要材料为：

钢材：

200t、木材：

40m3、水泥：

1575t、砾石：

4694m3、砂：

2501m3、油料：