中小型電站閘壩下游河道沖淤及調(diào)控研究

謝德祁

（四川涼山水洛河電力開(kāi)發(fā)有限公司， 四川 成都 610213）

中小型電站閘壩下游河道沖淤及調(diào)控研究

謝德祁

（四川涼山水洛河電力開(kāi)發(fā)有限公司， 四川 成都 610213）

閘下河道的沖淤變化直接影響到河道的泄洪與航道的演變，影響下游燕尾港的沖淤變化。以四川涼山州金沙江某一級(jí)支流為研究對(duì)象，利用泥沙模型計(jì)算閘下水動(dòng)力情況和沖淤變化，分析了大潮水位變化對(duì)該河河道的影響，并提出了合理的控閘方式，對(duì)該河下游工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要具有一定意義。

中小型電站；閘壩，河道沖淤；泥沙模型；控閘方式

1 背景簡(jiǎn)介

閘壩下游河道的沖淤演變一般會(huì)受到上游日常下泄流量的控制影響，下泄流量是關(guān)鍵，流量的多少與上游河道的蓄水容量有密切關(guān)系[1-2]。閘下河道沖淤受上游四節(jié)制閘所控制的對(duì)應(yīng)關(guān)系：本文研究對(duì)象為金沙江某一級(jí)支流，該河沖淤主要受閘泄流量控制，根據(jù)閘壩多年運(yùn)營(yíng)的狀況，下泄流量并非連續(xù)下泄沖淤，而是間斷性的，這主要是上游河道蓄水水量的限制。特別在枯水季節(jié)，由于降雨有限，上游河道所蓄水還必須滿(mǎn)足當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)的需要，因此實(shí)際用來(lái)下泄沖淤的水量是有限的，為此如何利用這些有限水量通過(guò)一定的閘門(mén)控制盡可能起到最大沖淤效果較為重要，保證閘下河道的沖淤積平衡。

考慮到閘下河道的河床沖淤主要受閘的實(shí)際過(guò)閘流量的控制。計(jì)算所設(shè)計(jì)的下泄流量根據(jù)閘在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程的下泄流量統(tǒng)計(jì)確定。同時(shí)為了能夠?qū)⒂邢薜乃科鸬阶畲蟮臎_刷效果，閘門(mén)只在落潮時(shí)候開(kāi)閘泄水，直到開(kāi)始落平，下泄時(shí)間一般控制在7小時(shí)左右。

2 沖淤計(jì)算工況

根據(jù)該河閘實(shí)際運(yùn)行泄流量資料，該河閘日常泄流量在150～250m3/s范圍內(nèi)，導(dǎo)致該河河道沖刷變化的流量主要在此范圍內(nèi)，分級(jí)設(shè)計(jì)該河過(guò)流量作為該河沖淤計(jì)算的上游邊界，其各級(jí)流量分別采用100 m3/s、200m3/s和300m3/s 3個(gè)等級(jí)。下游邊界尾港的水位同該河計(jì)算，即選擇一大潮過(guò)程和一小潮過(guò)程作為其下游水位邊界分別進(jìn)行計(jì)算。為能起到最大的沖淤效果，泄流控制在落潮時(shí)段，計(jì)算采用的落潮時(shí)刻以該河為參考點(diǎn)來(lái)確定落潮時(shí)刻，在一漲一落的潮周期內(nèi)，開(kāi)閘放水時(shí)間從漲平時(shí)刻到落平時(shí)刻基本保持在7小時(shí)。

3 水流計(jì)算分析

圖 1為不同工況下，該河河段中部斷面的平均流速值。從大潮流速變化、小潮流速變化過(guò)程和流速統(tǒng)計(jì)表可以看出，隨著上游閘門(mén)泄流量的增加，該河閘下河道流速增大顯著。當(dāng)下泄流量為200m3/s時(shí)，大潮落潮平均流速為0.86m/s，最大流速超過(guò)1.0m/s；小潮落潮時(shí)均流速為1.05m/s，最大流速超過(guò)1.3m/s。在漲潮時(shí)期，由于閘無(wú)下泄流量，流速迅速恢復(fù)到無(wú)泄流條件下的流速，河道出現(xiàn)上漲流速，不過(guò)其流速很小。說(shuō)明潮汐動(dòng)力對(duì)該河河道影響相對(duì)小。

圖1 落潮時(shí)平均流速表

4 沖淤計(jì)算分析及節(jié)制閘調(diào)控

4.1 沖淤計(jì)算

表1為不同下泄流量和潮型組合下，該河閘下河道沿程落潮沖淤平均厚度。

表3 不同泄流流量下該河落潮平均沖淤厚度

從表 1可以看到，沖淤厚度無(wú)論在大潮潮型還是小潮潮型都隨著下泄流量的增加而增大。大小潮兩種潮型下，在相同的過(guò)流量情況下，其沖刷厚度差異性較大，小潮的沖刷厚度略大于大潮條件下，主要是因?yàn)樾〕钡钠骄灰孕∮诖蟪?，而下泄流量小潮時(shí)流速要大于大潮流速導(dǎo)致。

根據(jù)該河閘的實(shí)際下泄流量資料，該河閘的日常下泄流量一般控制在150～250m3/s范圍內(nèi)，按日常下泄流量200m3/s來(lái)調(diào)控。根據(jù)表1落潮期間平均沖刷厚度，為了保證閘下河道沖刷淤積的動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)下游尾港潮型為大潮時(shí)，平均每間隔3.4天需要開(kāi)閘泄水沖淤，而在小潮潮型下，平均4.7天需要開(kāi)閘泄水沖淤。大小潮平均，則也就是說(shuō)需要每間隔4天，該河閘需要開(kāi)閘泄水1次。開(kāi)閘時(shí)間為落潮時(shí)段，一般控制在7小時(shí)，以便獲得最大沖淤效果。

4.2 閘壩調(diào)控分析

上文計(jì)算了不同下泄流量下，閘下各河道發(fā)生沖刷厚度；為保證各河道的沖淤平衡，計(jì)算了在日?？刂葡滦沽髁肯?，閘下各河道為保持沖淤平衡所需要開(kāi)閘泄水的周期。節(jié)制閘的實(shí)際操控，可本著以下原則操作：

首先按照閘下游河道功能規(guī)劃制定各河道保港要求，如按照目前的功能劃分，該河是作為行船航道，必須維持一定航道等級(jí)要求的水深，需要經(jīng)常泄水沖淤；閘下河道作為泄洪水道，只要在泄洪期間維持河道行洪要求，因此泄水是為保證相應(yīng)行洪能力的過(guò)流水深。

其次，閘的調(diào)控還要根據(jù)閘上的蓄水量狀況，一般而言枯季水量偏少，可以?xún)?yōu)先考慮有通航要求的該河泄水，而其它各河道少泄水甚至不泄水；在洪季，則優(yōu)先保證行洪需要，對(duì)各河道要及時(shí)的泄水沖淤，保證河道的行洪能力。

最后，依據(jù)計(jì)算結(jié)果，按上述需求，進(jìn)行閘實(shí)際操控的合理協(xié)調(diào)。如在日常時(shí)期，為了保證該河航運(yùn)需要，保證航道的沖淤的動(dòng)態(tài)平衡，若按該河閘日常下泄流量為300 m3/s，開(kāi)閘時(shí)間安排在落潮期7個(gè)小時(shí)，按計(jì)算結(jié)果，該河閘宜每隔2天泄水一次，可保證該河航運(yùn)需要。表2為閘在日常泄水流量下，為保持閘下河道沖淤平衡所需要的每周泄水頻率表。按以往下泄流量記錄，該河閘的日常流量為200m3/s，在此流量下，為保證閘下河道沖淤平衡，該河閘須每周泄水次數(shù)是1～2次。

表2 日常泄水流量下該河啟閉泄水頻率表

5 結(jié)論

以該河為研究對(duì)象，通過(guò)水力分析和沖淤分析，得到了下游水位及淤積情況。日淤積厚度在0.012m，不同潮型對(duì)河道淤積影響小。有下泄流量時(shí)，沖淤厚度隨流量增加而增大，相同流量下，大小潮位對(duì)沖刷略有影響，小潮是沖刷厚度略大于大潮條件下。該河日常下泄流量按200m3/s調(diào)控，為達(dá)到該河沖淤平衡，每間隔4天，該河閘需泄水1次，開(kāi)閘時(shí)間為落潮時(shí)段7小時(shí)。

[1]張瑞瑾、謝鑒衡、王明甫和黃金堂，河流泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)，水利水電出版社，1989.

[2]M.S.Yalin，Mechanics of Sediment Transport，2nd Edition，Pergamon Press，1977.中譯本：M.S.亞林，孫振東，輸沙力學(xué)，科學(xué)出版社，1983.

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1007-6344（2017）09-0319-01

謝德祁，男，漢，1988-今，本科畢業(yè)于四川大學(xué)水利水電學(xué)院，助理工程師，現(xiàn)工作于四川涼山水洛河電力開(kāi)發(fā)有限公司。