向家壩電站調(diào)峰對航運的影響分析

陳剛 賴見令

摘 要：向家壩工程壩址以下可常年通行1000t級船舶，電站在日調(diào)峰運行、樞紐泄洪情況下均可能導(dǎo)致下游水位發(fā)生變化，分析研究表明，在基流相同的情況下，單位時間內(nèi)下泄流量的變幅越大，下游河道水位變幅越劇烈，對下游河道安全通航的影響越大。

關(guān)鍵詞：水電站;航運;調(diào)峰

中圖分類號：U618? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0092-02

1 前言

向家壩水電站壩址位于四川省宜賓市敘州區(qū)和云南省水富市交界的金沙江峽谷出口處，電站以發(fā)電為主，兼有防洪、航運、灌溉、攔沙及反調(diào)節(jié)等綜合功能。通航建筑物布置在樞紐左岸，采用全平衡齒輪爬升螺母柱保安式一級垂直升船機，按Ⅳ級航道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，最大提升高度114.2米，設(shè)計年貨運量112萬噸。電站于2006年11月開工建設(shè)，2012年11月首臺機組投產(chǎn)發(fā)電，2014年7月7日8臺機組全面投產(chǎn)發(fā)電;2018年5月升船機正式試通航。

金沙江下游新市鎮(zhèn)至宜賓河段為常年通航河段。其中，向家壩工程壩址以下水富至宜賓河段現(xiàn)按Ⅴ航道維護，擬通過整治達到Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)，可常年通行1000t級船舶。向家壩水電站在日調(diào)峰運行、樞紐泄洪情況下均會在下游河道產(chǎn)生非恒定流。分析研究表明，在基流相同的情況下，單位時間內(nèi)下泄流量的變幅越大，非恒定流波峰越陡，下游河道水位變幅越劇烈，水面比降越大，對下游河道安全通航的影響越大。參考三峽工程和國內(nèi)其他類似工程的運行經(jīng)驗，非恒定流對下游河道安全通航的主要控制條件為水位日變幅和水位小時變幅。按《金沙江向家壩水電站水庫運用與電站運行調(diào)度規(guī)程（試行）》規(guī)定的要求，電站運行過程中應(yīng)控制下泄流量的變幅和變率，減小下游河道的水位變幅，運行初期電站日調(diào)峰運行時下游水位最大日變幅暫按不超過4.5m/d控制，最大小時變幅暫按不超過1.0m/h試運行。

2 電站調(diào)峰與下游水位變幅的關(guān)系研究

為研究電站在不同的基礎(chǔ)流量下，不同程度調(diào)峰幅度對下游水位變化的相關(guān)性。電站分別于2013年12月、2014年10月，分階段組織開展了向家壩水電站大負(fù)荷調(diào)峰試驗，驗證《金沙江向家壩水電站水庫運用與電站運行調(diào)度規(guī)程（試行）》規(guī)定的下游水位小時變幅相應(yīng)的電站調(diào)峰能力。

2.1 調(diào)峰試驗

試驗結(jié)合機組投產(chǎn)進度及來水情況，按基礎(chǔ)出庫流量1600～5000m3/s逐級開展。2013年按向家壩下游專用站水位小時變幅0.7～1m擬定試驗方案，2014年優(yōu)化試驗進程，按小時變幅0.8～0.9m擬定試驗方案。詳見表1。

試驗完成后，統(tǒng)計各流量級下下游各測站水位小時最大變幅。詳見表2，各測站水位小時變幅均在1m以內(nèi)，受下泄水流傳播過程中的坦化作用，距大壩越遠(yuǎn)的站點在流量變化后水位變幅越小。

2.2 影響因素分析

2.2.1 水流傳播時間影響

試驗期間，向家壩出庫流量變化后，向家壩專用站水位從開始變化到完全穩(wěn)定歷時約3小時，小時變幅不能完全反映出力變化產(chǎn)生的影響。選取典型工況見表3，向家壩專用站水位小時變幅約占總變幅的80%左右，實際水位總變幅與計劃水位變幅接近。

2.2.2 橫江頂托影響

枯水期，橫江水位日內(nèi)變化劇烈，對向家壩專用站水位頂托明顯。 向家壩電站調(diào)峰運行時，需考慮頂托影響，留有一定的安全裕度。向家壩出庫流量不變情況下，向家壩專用站水位變化趨勢與橫江存在相似性。2014年10月19日19時至20日1時，向家壩出庫流量不變，橫江水位變化1.1m，向家壩專用站變化約0.2m，頂托影響顯著。本次試驗過程中，橫江最低水位286.2m，最高水位286.98m，水位變化0.78m。選取2017年8月24日21時至8月25日13時橫江水位急劇上漲的這段時間進行對比，期間向家壩下泄流量維持8100m3/S的水平，略有減小;橫江流量由1370m3/S猛增加到6070m3/S，橫江水位由289.10m上漲至296.72m，水位漲幅7.62m，向家壩專用站水位由273.52m上漲至276.71m，水位漲幅3.19m，橫江水位對向家壩下游水位頂托效應(yīng)明顯。詳見圖1 2017年橫江水位、向家壩水位及流量過程線。

2.2.3 計算偏差影響

制作調(diào)峰試驗方案時，向家壩專用站水位變幅基于預(yù)計出庫流量查水位流量關(guān)系線計算得出，電站實際運行過程中，發(fā)電耗水率隨水頭、出力變化相應(yīng)變化，難以預(yù)估準(zhǔn)確，出庫流量計算存在偏差。此外，向家壩專用站水位流量關(guān)系曲線定線后使用時間較長，受清水下泄造成河道下切等因素影響，關(guān)系曲線在不斷發(fā)生變化，可能與實際存在偏差。

2.2.4 下游測站水位變化分析

受下泄水流傳播過程中的坦化作用，距大壩越遠(yuǎn)的站點在流量變化后水位變幅越小。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，水位變幅傳播至普安站已衰減至50%，傳播至宜賓以下，衰減至30%以下。因此，電站日調(diào)峰過程中，在滿足向家壩專用站水位小時變幅不超1m情況下，向家壩專用站下游測站水位小時變幅超1m的概率很小。

2.2.5 下游航運控制站分析

向家壩水電站航運控制站為引航道水位站，目前尚未投入正常使用。其位置與田壩站左右相對，距大壩約0.3km，其水位從開始變化到完全穩(wěn)定歷時應(yīng)較向家壩專用站短，水位小時變幅可能接近向家壩專用站水位穩(wěn)定后的總變幅。

3 結(jié)論

由于向家壩下游水位變幅受水流傳播時間、橫江頂托及計算偏差等眾多不確定因素影響，電站實際調(diào)峰運行時，調(diào)峰幅度應(yīng)結(jié)合下游航運研究成果、電站運行實踐進一步率定。綜合試驗結(jié)果及上述影響因素，提出向家壩電站調(diào)峰運行時小時出力變幅限值見表4。

向家壩電站日常調(diào)峰過程中下游近壩河段日水位變幅隨日流量變幅的增加而增大;水位變率則主要受電站下泄流量增減率的影響，流量增減變率越大，則水位變率也越大。水位日變幅和短時間變率均呈沿程遞減趨勢，最大值均出現(xiàn)在下引航道內(nèi)或升船機下閘首或輔助閘門處。向家壩水電站按照調(diào)度要求參與系統(tǒng)調(diào)峰，在不同的流量等級下，要適當(dāng)控制調(diào)峰的速度和深度，避免下游水位出現(xiàn)較大的變幅，影響航運安全。目前電站調(diào)峰運行按照下游水位日變幅3米控制，小時變幅按照1米進行控制，有較大的安全邊界。在控制下泄流量變幅的同時，需要關(guān)注橫江來水的預(yù)報，在橫江水位變幅較大的情況下，要適當(dāng)控制電站的下泄和調(diào)峰，避免橫江水位頂托效應(yīng)導(dǎo)致下游水位變幅超標(biāo)。

參考文獻：

[1]黃文利等. 金沙江向家壩水電站可行性研究報告專題報告31-一級垂直升船機型式必選專題報告[R]. 長沙： 中國電建中南勘測設(shè)計研究院有限公司，2004.