向家坝水电站运行调度对坝下游水位日变幅影响分析

王世平 王渺林 姜利玲

(长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局，重庆 400020)

1 概述

向家坝水电站是金沙江下游河段水电规划的最下游梯级，坝址位于四川省宜宾县和云南省水富县交界的金沙江干流上。工程设计开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有对溪洛渡水电站进行反调节等作用。电站于2012年10月10日下闸蓄水，10月16日水位蓄至354 m左右运行。

向家坝水电站运行调度将改变天然流量特征，使坝下水流条件发生较大变化。坝下距水富港2.5km，距宜宾港约33km，距泸州港约163km。坝址下游涉及岷江、横江、沱江、南广河等多条河流。其中，横江在坝址下游约3.5km处自右岸汇入金沙江，控制流域面积1.54万km2;岷江在坝址下游约33km处自左岸汇入长江，控制流域面积13.6万km2;南广河在坝址下游约36km处自右岸汇入长江，控制流域面积4600km2;沱江在坝址下游约163km处自左岸汇入长江，流域面积2.78万km2。

本文分析研究向家坝不同下泄流量级条件下，流量变化对下游码头水位的影响。研究成果将为向家坝电站实时调度提供技术支持。

2 分析方法与软件

结合下游河段河势与资料情况，采用河道一维水力学模型对向家坝不同下泄流量对下游河道水位变化情况进行模拟计算。考虑到向家坝电站下游－泸州区间有岷江、横江、南广河、沱江等支流汇入，因此在计算过程中还必须考虑上述支流的不同来水量情况。

向家坝水电站下游河段水位测算软件，主要是采用河道一维水力学模型，预测向家坝下游水位及其变化。研究得出，向家坝坝址至泸州水位站，河道里程约163km。

单机运行软件采用VB、FORTRAN等开发语言进行开发，利用FORTRAN开发的核心河道一维水力学模型，通过VB进行界面和数据的集成和处理。软件采用微软的办公软件系统Office中的Microsoft Excel作为数据输入界面，中间数据交换和读取采用文本文件的方式。

软件计算流程为:输入向家坝电站的下泄流量过程，以及下游支流岷江高场站、横江流域横江站、南广河福溪站、沱江富顺站流量过程，通过河道一维水力学模型，计算输出下游重点码头、水位(水文)站断面水位，流程见图1。

图1 计算软件流程

3 计算条件与成果

3.1 计算条件

3.1.1 支流流量

为分析不同支流来水对向家坝电站下游水位日变幅的影响，拟定下列4种支流条件:

(1)条件1。各支流站流量采用历年均值。

(2)条件2。岷江涨水，岷江流量采用历年均值加上历年最大日变幅均值，其他支流站流量采用历年均值。

(3)条件3。横江和南广河涨水，横江和南广河流量采用历年均值加上历年最大日变幅均值，其他支流站流量采用历年均值。

(4)条件4。横江、岷江、南广河、沱江都涨水，流量采用历年均值加上历年最大日变幅均值。根据各站1990～2012年的流量资料统计，支流计算条件见表1。

表1 支流计算条件 m3/s

3.1.2 向家坝下泄流量

在支流条件1下，为确定下游向家坝站水位日变幅不超过3 m的可增加的最大下泄流量，从3700 m3/s开始，依次通过试算，得到 3700，6800，10900，16000，22200 m3/s共5个向家坝下泄流量条件。

3.2 计算结果

(1)支流来水保持不变情况下，向家坝不同下泄流量的下游水位变化。①分析4种支流来水情况下的向家坝不同下泄流量的下游水位变化情况。以支流来水条件1为例，向家坝下泄流量增加时，距离坝址较近的河段，即华龙到普安河段(距坝址约4～17km范围)大部分水位变幅超过3 m，其他河段水位时变幅均未超过3 m(如图2所示)。支流条件2、条件3和条件4的分析结果基本与支流条件1一致。②水位变幅在距坝址约8km的打鱼村断面为最大，下游沿程有逐渐衰减的趋势。③水位变幅有随流量增加而变大的趋势。如支流条件1下，打鱼村断面水位变幅随流量增加由3.31 m增加到3.69 m。

图2 向家坝下游水位变幅(支流来水条件1)

(2)向家坝下泄流量保持不变，不同支流来水的下游水位变化情况。根据计算结果，分析同一向家坝下泄流量遭遇不同支流来水的下游水位变化情况。向家坝下泄流量不变时，当支流由条件1变为条件4时，即下游横江、岷江、南广河、沱江都涨水时，离岷江汇合口较近的河段，即普安到宜宾河段(距坝址约17～47km范围)大部分水位变幅超过3 m/d，其他河段水位时变幅均未超过3 m/d。其中向家坝下泄流量为3700 m3/s时，随着支流条件的改变，下游水位变化相对最大(如图3所示)。

图3 支流都涨水时向家坝下游水位变幅(即支流来水条件1变为条件4)

(3)向家坝可能运行方案分析。①在支流条件1下，从3700 m3/s开始试算，以确定向家坝站水位变化不超过3 m的可增加的最大下泄流量。②若下游岷江涨水，当下游支流条件由条件1变为条件2时，通过试算得到向家坝站水位变幅为3 m的可增加的最大下泄流量。③若下游横江和南广河涨水，当下游支流条件由条件1变为条件3时，通过试算得到向家坝站水位变幅为3 m的可增加的最大下泄流量。

以上3种情况下，向家坝下泄流量的变化比较见图4。由图4可以看出，①在支流不变时，流量增加量随着向家坝出库量级的增加而增加，但相对变化率减小。②下游同时涨水时，如当下游支流条件由条件1变为条件2时，向家坝可增加的下泄流量将显著减少。如当向家坝流量为3700 m3/s时，支流流量保持不变，要满足向家坝站日变幅不超过3 m，则向家坝下泄流量可以增加3070 m3/s。而在支流条件同时由条件1变为条件2时，向家坝下泄流量只能增加2710 m3/s。流量增加量随着向家坝出库量级的增加而增加，但相对变化率减小。

图4 向家坝下泄流量变化比较

4 结论与建议

本文给定向家坝电站不同下泄流量条件，并考虑下游岷江、横江、南广河、沱江等支流不同来水条件，采用以河道一维水力学模型为基础的计算软件，对向家坝不同出库流量下的下游河道水位日变幅进行分析计算，结论如下:

(1)在拟定的向家坝下泄流量条件下，支流不变时，可以保证向家坝站水位日变幅不超过3 m，但下游华龙码头到普安河段(距向家坝坝址约4～17km范围)水位变幅超过3 m。

(2)下游河道水位日变幅有沿程逐渐衰减的趋势，且变幅随下泄流量增加而变大。

(3)即使向家坝电站下泄流量保持不变，当横江、岷江、南广河、沱江等支流涨水时，普安到宜宾河段(距坝址约17～47km范围)水位日变幅仍可能会超过3 m。

(4)在下游支流同时涨水情况下，要满足向家坝站水位日变幅不超过3 m，向家坝水电站可增加的下泄流量将显著减少。