向家壩水電站汛期航運(yùn)調(diào)度淺析

鄒澤華，韓媛媛，趙全

（三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心，四川 成都 610094）

向家壩水電站是金沙江下游河段水電規(guī)劃的最下游梯級，壩址位于四川屏山縣和云南水富縣交界的金沙江干流上，是一座以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、灌溉、攔沙和防洪等綜合效益的特大型電站，并具備為上游梯級電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)的作用[1]。向家壩水電站與上游的溪洛渡水電站組成溪洛渡-向家壩梯級水電樞紐，三峽梯調(diào)成都調(diào)控中心（以下簡稱“成都集控”）是溪洛渡-向家壩梯級水電樞紐的調(diào)控管理機(jī)構(gòu)[2]。

向家壩電站下游為天然河道，壩址以下水富至宜賓河段內(nèi)港口碼頭眾多，河段按Ⅴ級航道維護(hù)，通過整治達(dá)到Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)，可常年通行1000t 級船舶。向家壩升船機(jī)最大提升高度114.2 米，為目前世界上已建成投運(yùn)的單機(jī)提升高度最高的升船機(jī)，于2018年5月向家壩升船機(jī)開始正式試通航運(yùn)行[3]。

1 背景介紹

溪洛渡-向家壩梯級水庫是長江防洪體系的重要組成部分，汛期水電站運(yùn)行以防洪為主，水庫水位不能超出允許的上限水位。因此，當(dāng)來水偏多時(shí)，電站防洪需及時(shí)下泄洪水，而升船機(jī)通航要求控制電站的泄洪流量，防洪與航運(yùn)存在一定程度的矛盾。2020年汛期，自7月22日開始，向家壩出庫流量持續(xù)大于8500m3/s，超過升船機(jī)通航要求，向家壩升船機(jī)停航（升船機(jī)通航條件為向家壩泄洪流量小于2200m3/s；機(jī)組滿發(fā)流量約6300m3/s[4]）。8月初，向家壩上下游已積壓若干艘船舶等待過機(jī)，考慮向家壩升船機(jī)將于8月5日后開展2020年度計(jì)劃性停航檢修，最終采取向家壩水庫提前預(yù)泄、晝夜差別泄洪等方式，短期控制泄洪流量以疏散待過機(jī)船舶。

7月20日至8月1日向家壩出庫流量如圖1 所示，8月2日向家壩電站按出庫流量14000m3/s 進(jìn)行預(yù)泄，在8月3日8 時(shí)前將出庫流量減至8400m3/s，3日20時(shí)后再逐步增加出庫流量至14000m3/s。如此盡可能地加大泄洪量，并讓積壓船舶順利過機(jī)，同時(shí)滿足了防洪調(diào)度和航運(yùn)調(diào)度的要求。

2 調(diào)度過程

按向家壩水庫調(diào)度規(guī)程規(guī)定的要求，為保障下游航運(yùn)安全，電站運(yùn)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(yùn)行初期電站日調(diào)峰運(yùn)行時(shí)下游水位最大日變幅暫按不超過4.5m/d 控制，最大小時(shí)變幅暫按不超過1.0m/h 試運(yùn)行[5]。本次航運(yùn)調(diào)度過程中嚴(yán)格遵守水調(diào)規(guī)程，制定閘門分檔操作計(jì)劃，以避免水位變幅越限。

2.1 8月2日加大出庫流量預(yù)泄

此前，按照汛期防洪調(diào)度要求，溪洛渡-向家壩梯級電站基本按出入庫平衡控制，為平穩(wěn)控制向家壩出庫，8月1日即開始加大出庫流量。8月2日5 時(shí)至7 時(shí)，成都集控分四檔將向家壩出庫流量由11700m3/s 調(diào)整至14000m3/s 進(jìn)行預(yù)泄，具體操作如表1 所示。

表1 向家壩出庫流量由11700m3/s 增加至14000m3/s 過程

2.2 8月3日白天升船機(jī)通航

8月2日23 時(shí)前向家壩出庫流量均維持在14000m3/s，8月2日23 時(shí)至8月3日7 時(shí)，成都集控分五檔將向家壩出庫流量由14000m3/s調(diào)整至8400m3/s，具體操作如表2 所示，3日8 時(shí)后向家壩升船機(jī)正常通航。

表2 向家壩出庫流量由14000m3/s 減少至8400m3/s 過程

2.3 8月3日晚通航計(jì)劃暫停

8月3日20 時(shí)至22 時(shí)，成都集控分三檔將向家壩出庫流量由8400m3/s 調(diào)整至11500m3/s，具體操作如表3 所示，此后向家壩水庫按出入庫流量基本平衡下泄。至此，此次航運(yùn)調(diào)度過程結(jié)束。

表3 向家壩出庫流量由8400m3/s 增加至11500m3/s 過程

3 晝夜差異化泄洪航運(yùn)調(diào)度可行性研究

3.1 調(diào)度過程分析

此次航運(yùn)調(diào)度過程從8月1日晚開始，至8月3日晚結(jié)束。期間，最大出庫流量調(diào)整幅度5600m3/s（由14000 m3/s 減少至8400 m3/s，跨越8月2日、3日兩個(gè)自然日），下游水位最大日變幅3.83m、最大滾動日變幅4.26m。8月1日至8月3日向家壩出庫流量變化及下游水位變化情況如圖2 所示。

目前，向家壩升船機(jī)通航時(shí)間為每日8:00 至20:00，在滿足防洪調(diào)度要求的前提下，為提高升船機(jī)的通航天數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)度可采用晝夜差別下泄的方式，即控制8:00 至20:00 向家壩出庫流量為8400m3/s 保證升船機(jī)通航，20:00 后逐步加大閘門下泄?？紤]下游水位變化對金沙江航運(yùn)及沿岸居民生產(chǎn)生活的影響，推薦不同下游水位日變幅下的航運(yùn)調(diào)度方案如表4 所示，可供實(shí)施升船機(jī)航運(yùn)調(diào)度參考。考慮向家壩下游水位受岷江、橫江頂托等因素影響，表4 中下游日變幅數(shù)據(jù)與實(shí)際會有少許差別。

表4 汛期升船機(jī)航運(yùn)調(diào)度參考方案

3.2 開展晝夜差異化調(diào)度的建議

雖然水庫調(diào)度規(guī)程規(guī)定向家壩下游水位最大日變幅按不超過 4.5m/d 控制，但按照交通運(yùn)輸部的要求，向家壩電站實(shí)時(shí)調(diào)度過程中，宜控制下游水位日變幅不超3m。表4 中方案3 至方案5 的下游水位日變幅已超出日常調(diào)度3m 的限制要求，且日內(nèi)平均出庫流量相比方案1、方案2 增加不明顯，因此不建議采用。

實(shí)時(shí)調(diào)度中為應(yīng)對突發(fā)狀況，還應(yīng)留出一定的調(diào)度裕度，在可預(yù)見情況下一般控制下游水位日變幅不超2m；當(dāng)預(yù)計(jì)下游水位日變幅將達(dá)到2.5m 時(shí)，宜提前一天向相關(guān)單位發(fā)送重要水情信息，提醒其做好監(jiān)測及防范措施。

因此，汛期溪向梯級電站按出入庫基本平衡調(diào)度時(shí)，可按以下原則開展航運(yùn)調(diào)度：

（1）當(dāng)預(yù)測溪向梯級總?cè)霂炝髁浚ㄏ宥扇霂炫c溪向區(qū)間產(chǎn)流之和）小于9500m3/s 時(shí)，向家壩航運(yùn)調(diào)度可每天開展，日內(nèi)最大出庫流量小于11100m3/s，下游水位日變幅約2m。

（2）當(dāng)預(yù)測溪向梯級總?cè)霂炝髁吭?500m3/s～9700m3/s 時(shí)，向家壩航運(yùn)調(diào)度可每天開展，日內(nèi)最大出庫流量11100～11900m3/s，下游水位日變幅2～2.5m。

（3）當(dāng)預(yù)測溪向梯級總?cè)霂炝髁看笥?700m3/s、小于10800m3/s 時(shí)，若向家壩升船機(jī)航運(yùn)需求較大，可采用隔日通航的方式開展航運(yùn)調(diào)度，即第一日預(yù)泄、第二日通航?？紤]向家壩升船機(jī)航運(yùn)調(diào)度期間不影響下游河段的正常通航，建議控制每日下游水位日變幅不超過2.5m，最大出庫流量不超最高通航流量12000m3/s，推薦表5 的隔日通航調(diào)度方式。在表5 隔日通航調(diào)度方式下，第一日預(yù)泄、第二日通航，兩日日均出庫流量10800m3/s。

表5 隔日通航調(diào)度方式

（4）當(dāng)預(yù)測溪向梯級總?cè)霂炝髁看笥?0800m3/s時(shí)，即使采用隔日通航的方式，第二日下游水位變幅將超過2.5m，因此不建議開展航運(yùn)調(diào)度。

4 總結(jié)

向家壩升船機(jī)自2018年投運(yùn)后，進(jìn)一步促進(jìn)了金沙江航運(yùn)的發(fā)展，過機(jī)船舶逐年增加，實(shí)時(shí)調(diào)度過程中，盡量保證升船機(jī)的通航，可以更好地發(fā)揮向家壩水電站的綜合效益。本文根據(jù)向家壩航運(yùn)調(diào)度的實(shí)際情況進(jìn)行分析研究得出，汛期采用晝夜差異化泄洪航運(yùn)調(diào)度，既能滿足防洪調(diào)度的需要，也能及時(shí)緩解航運(yùn)調(diào)度的壓力，為優(yōu)化向家壩電站汛期運(yùn)行方式提供更好的技術(shù)參考，同時(shí)也為其他流域大型水電站汛期的航運(yùn)調(diào)度提供借鑒作用。