白鶴灘水電站受溪洛渡水電站回水頂托影響的分析

曹 輝，張繼順，董先勇，王漢濤

(1.中國長江三峽集團(tuán)公司，北京 100038;2.三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心，四川 成都 610041)

0 引言

水位流量關(guān)系曲線是用來描述水文斷面的水位與通過該斷面的流量兩者之間關(guān)系的曲線，是水文預(yù)報、水文計算基本依據(jù)［1］。水庫蓄水后，改變了河道天然水沙屬性，河段水文測驗條件也隨之發(fā)生變化，尤其是水利工程位于水文站測驗斷面的下游時，測驗斷面處于水庫回水區(qū)內(nèi)，原有穩(wěn)定的河流流態(tài)受到破壞［2］，不穩(wěn)定的流態(tài)使得水位與流量喪失原有穩(wěn)定關(guān)系［3］。

溪洛渡水電站2013年5月首次蓄水，起蓄水位為440.78 m，12月底抬升至540 m，2014年9月蓄水至正常蓄水位600 m，2015年和2016年均成功蓄水至600 m。根據(jù)溪洛渡水電站可研階段設(shè)計回水成果，溪洛渡水位達(dá)到600 m時，水庫回水長度199 km，此時回水末端將達(dá)到白鶴灘壩區(qū)，非汛期溪洛渡水庫高水位運行將使白鶴灘壩區(qū)同時具有水庫和天然河道的雙重特性［4］，水位流量關(guān)系變得復(fù)雜，這對正在建設(shè)中的白鶴灘水利工程在施工安全和進(jìn)度產(chǎn)生將產(chǎn)生較大影響。因此，急需確定溪洛渡水電站成庫后新的水位流量關(guān)系［5］。本文根據(jù)溪洛渡水電站蓄水后白鶴灘壩區(qū)不同水文站點的實測資料，研究溪洛渡水庫在600 m附近運行時對白鶴灘壩區(qū)水位的影響。

1 梯級電站及水位站概況

白鶴灘水電站是金沙江下游河段4個梯級電站的第2級，距上游烏東德水電站182 km，距下游溪洛渡水電站195 km。該電站為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289 m，水庫總庫容206.27億m3，裝機規(guī)模16 000 MW，位列世界第2。白鶴灘電站于2011年開始籌建，預(yù)計2021年7月首臺機組發(fā)電，2022年全部機組投產(chǎn)發(fā)電。

溪洛渡水電站是金沙江下游河段4座梯級電站的第3級，以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等綜合效益，正常蓄水位600 m，防洪限制水位560 m，死水位540 m。正常蓄水位時，水庫庫容115.7億m3，調(diào)節(jié)庫容64.6億m3，死庫容51.1億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。電站總裝機13 860 MW，位列世界已建成電站的第3位。

白鶴灘水電站壩區(qū)分布有水文站2個、水位站4個。目前，電站已經(jīng)完成大江截流;因此，受溪洛渡水電站回水頂托影響的水文(位)站集中在白鶴灘圍堰以下，主要包括白鶴灘水文站、右尾水和下導(dǎo)出水位站，站點位置見圖1。其中，白鶴灘水文站是白鶴灘水電站設(shè)計依據(jù)站華彈站的遷建站，2014年由白鶴灘壩址上游40 km遷至白鶴灘壩址下游約5 km處，距離溪洛渡水電站約190 km，該站控制流域面積425 948 km2，具有1958年以來的水文資料，是白鶴灘水電站水情預(yù)報的重要依據(jù)站和溪洛渡庫區(qū)進(jìn)口控制站，該站水位流量關(guān)系基本穩(wěn)定。右尾水和下導(dǎo)出水位站建于2013年，分別位于白鶴灘壩址下游1 km和2 km處，主要為電站建設(shè)期提供水情預(yù)報服務(wù)。

圖1 白鶴灘水電站壩區(qū)水位站點示意

溪洛渡水電站調(diào)度規(guī)程規(guī)定水位運行調(diào)度原則為:主汛期(7月～8月)控制溪洛渡水庫水位不高于汛期防洪限制水位560 m，9月水庫開始蓄水，9月底庫水位抬高到正常蓄水位600 m運行，12月至次年5月為供水期，水庫水位由600 m消落至死水位540 m。2015年～2016年，具體水位變化過程線如圖2所示。

圖2 2015年～2016年溪洛渡水電站水位運行過程線

2 溪洛渡蓄水對白鶴灘壩區(qū)水位流量關(guān)系影響

2.1 水位流量關(guān)系影響分析

由圖3～5可知，在溪洛渡水電站蓄水發(fā)電前，白鶴灘、右尾水和下導(dǎo)出3個水文(位)站實測點緊緊圍繞相關(guān)線，水位-流量之間相關(guān)性十分緊密，水位-流量呈現(xiàn)單值關(guān)系。當(dāng)溪洛渡壩水電站蓄水后，3個水文(位)站受到溪洛渡水電站不同程度回水頂托影響。

(1)白鶴灘水文站。溪洛渡壩前水位低于575 m時，白鶴灘水文站水位-流量關(guān)系線與天然狀態(tài)時期水位-流量線基本重合，說明溪洛渡壩前水位低于575 m時，白鶴灘水位站不受影響;當(dāng)溪洛渡水電站壩前水位達(dá)到575 m時，白鶴灘水文站水位-流量關(guān)系點開始發(fā)生偏離，可將575 m作為白鶴灘水文站受溪洛渡回水影響的臨界水位;溪洛渡水電站壩前水位在575－585 m間時，白鶴灘水文站水位-流量關(guān)系比較散亂，當(dāng)溪洛渡壩前水位達(dá)到590 m及以上時，白鶴灘水文站水位-流量關(guān)系較天然狀態(tài)時期成系統(tǒng)性抬升趨勢，可以擬合新的水位流量關(guān)系曲線。

(2)右尾水水位站。在溪洛渡壩前水位低于575 m時，右尾水水位站水位-流量關(guān)系線與天然狀態(tài)時期水位-流量線重合度非常高;當(dāng)溪洛渡壩前水位達(dá)到580～585 m時，右尾水水位站水位-流量關(guān)系點開始發(fā)生偏離，即575 m作為右尾水水位站受溪洛渡回水影響的臨界水位，當(dāng)溪洛渡壩前水位達(dá)到590 m左右時，水位-流量關(guān)系較天然時期成系統(tǒng)性抬升，重新擬定水位流量關(guān)系曲線。

表1 白鶴灘壩區(qū)水文(位)站受溪洛渡回水頂托影響程度 m

圖3 白鶴灘水文站水位流量關(guān)系

圖4 右尾水水位站水位流量關(guān)系

圖5 下導(dǎo)出水位站水位流量關(guān)系

(3)下導(dǎo)出水位站。溪洛渡壩前水位低于590 m時，下導(dǎo)出水位站基本不受回水頂托托影響;當(dāng)溪洛渡水電站壩前水位超過590 m時，下導(dǎo)出水位站水位-流量實測點分布較寬，即受到溪洛渡回水頂托影響;當(dāng)溪洛渡壩前水位達(dá)到595 m左右時，同流量級水位呈系統(tǒng)性增加趨勢，需要擬合新水位-流量關(guān)系線。

2.2 影響程度分析

根據(jù)水庫回水特點，相同壩前水位，當(dāng)流量越小時，回水距離越遠(yuǎn)［6］，因此，對于溪洛渡和白鶴灘水電站來說，相同的溪洛渡壩前庫水位，上游來水越小，水庫回水末端距離溪洛渡壩址越遠(yuǎn)，白鶴灘壩區(qū)水位受影響程度也越大［7］;當(dāng)上游來水一定時，溪洛渡水庫水位越高，水庫回水末端離溪洛渡壩址越遠(yuǎn)，對白鶴灘壩區(qū)水位影響程度也越大［8］。

根據(jù)實測流量數(shù)據(jù)分析(見表1)，白鶴灘水位站在溪洛渡壩前水位575 m時，在不同流量級下，回水頂托影響程度在0.1～1.4 m;在溪洛渡壩前水位達(dá)600 m左右、壩址流量在1 000 m3/s時，白鶴灘水文站受回水頂托影響可達(dá)18 m，10 000 m3/s以上流量時，頂托影響接近9 m。

右尾水水位站在溪洛渡壩前水位585 m時，回水影響在1 m左右，溪洛渡壩前水位590 m時，回水頂托約2 m;在溪洛渡壩前水位達(dá)到600 m左右時，影響程度為10 m以內(nèi)。

下導(dǎo)出水位站在溪洛渡壩前水位595 m，回水頂托影響在1 m以內(nèi)，在溪洛渡壩前水位達(dá)到600 m時，影響程度在2～4 m之間。

3 結(jié)論

(1)溪洛渡水庫蓄水至575～595 m時，回水頂托將依次影響到白鶴灘壩區(qū)的白鶴灘水文站、右尾水水位站、下導(dǎo)出水位站。

(2)白鶴灘壩區(qū)受溪洛渡回水頂托影響與溪洛渡壩前水位有關(guān)外;另外，對于不同壩址流量，回水頂托影響程度也有所差異。即，通常流量越小，影響程度越大［9］。

(3)溪洛渡水庫一般9月中旬開始蓄水，9月底蓄至正常蓄水位600 m，12月下旬開始消落，5月底消落結(jié)束。根據(jù)溪洛渡水庫運行情況，白鶴灘受溪洛渡回水頂托影響時段為每年9月中旬至翌年3月。

(4)水位頂托影響分析是一項比較復(fù)雜的工作，不僅受壩前水位和壩址流量影響還與河道地形變化密切相關(guān)［10］。由于溪洛渡水電站2014年才進(jìn)行蓄水發(fā)電，實測資料有限，為完整地分析溪洛渡水庫運行調(diào)度對白鶴灘壩區(qū)的影響情況，還需根據(jù)溪洛渡水庫蓄水后不同運行方式累計實測數(shù)據(jù)，作進(jìn)一步的分析研究。

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