雅口航电枢纽水库运行方式及回水研究

贾函 鄢军军 陶亮

【摘要】随着内河水运的发展及水电开发的深入，各大水系多结合高等级航道规划建设适当规模的航电枢纽。航电梯级往往位于河道中、下游平原地带，人口密集，社会经济发展水平较高，涉河的港口、桥梁等公共设施众多，流域防洪形势严峻。航电枢纽承担渠化河道，提高库区航道等级，抬高水头发电等任务，水库运行方式及回水计算较复杂。本文以汉江干流雅口航电为例，结合回水设计过程，提出流量分级水位控制运行方式，分析内河航电枢纽水库运行方式及回水计算的一些关键点。

【关键词】航电枢纽；回水计算；水位控制

1、雅口航电梯级概述

雅口航电枢纽是汉江干流航道规划及梯级水电开发的重要枢纽工程，枢纽坝址位于湖北襄阳宜城市境内，枢纽建成后与上、下游梯级联合运行，可使汉江丹江口以下航道标准由近期的Ⅳ级提升至Ⅲ级。雅口水库正常蓄水位55.22m，死水位54.72m，电站装机容量74.2MW，机组最大水头为8.72m，最小发电水头为2.0m，为低水头日调节电站。

2、水库回水分析计算

2.1 水库淹没回水分析

汉江干流下游河段地形开阔，两岸耕地、人口众多，对水库回水比较敏感。雅口枢纽库容较小，不承担下游防洪任务，但库区防洪形势较为严峻。为减少库区淹没并缓解库区防洪压力；雅口航运枢纽遭遇洪水时，电站停止发电，泄洪闸全部打开，库区基本恢复天然河道，保证坝前水位壅高值小于30cm，频率洪水回水在坝前即可尖灭。因此，影响水库淹没范围的主要是非汛期正常蓄水位运行时，电站停机流量以下的常年淹没。为避免影响库区防洪，入库流量大于临界流量5000m3/s时，电站即逐步开启闸门，逐步降低坝前水位，遭遇频率洪水时，基本可恢复天然河道。水库淹没及库区防护设计回水线取相应频率洪水回水及正常蓄水位与临界流量5000m?/s及以下各级流量的对应回水的外包线。

2.2 航道设计回水分析

雅口库区航道等级为Ⅲ级，航道最高设计水面线取如下两条回水线外包线：① 20年一遇洪水坝前最高水位53.82m，与相应洪峰流量17000m3/s对应回水；②正常蓄水位与降低水位临界流量5000m?/s对应回水。库区航道最低设计水面线取如下两种情况内包线：①发电工况：坝前水位为死水位，考虑上游崔家营不下泄流量；②敞泄工况：2年一遇坝前最高水位52.38m与相应洪峰流量8710m?/s对应回水。

3、水库运行方式研究

3.1 水库运行约束条件分析

结合雅口航电枢纽的特点，水库运行方式主要从库区淹没控制、库区防洪安全、机组发电及下游航运要求等方面进行分析研究。

（1）库区淹没及防洪对水库运行方式的要求

根据调查，雅口库区无较大的支流汇入，汉江干流两岸大部分河段由堤防防护，沿程堤脚高程54.03m～63.7m。枢纽坝址上距宜城市区15.3km，宜城市防洪控制水位为55.47m，市区内汉江大桥桥底高程为67.2m，通航净空不宜低于10m。雅口水库正常发电运行及逐步降低水位过程中，需保障库区水位不超过淹没回水线，不影响宜城市防洪及库区通航。

（2） 机组发电对水库运行方式的要求

雅口枢纽为低水头电站，水头价值较高，水库运行过程中尽量抬高发电。另一方面，雅口航运枢纽设计最小发电水头为2.0m，当水库入库流量较大，上、下游发电水头低于2m时，机组停止运行。

（3）下游航运对水库运行方式的要求

雅口航运枢纽下游碾盘山梯级未建成前，需要下泄航运基荷流量。

3.2 分级流量控制运行水位研究

各类约束条件是航电枢纽运行方式设计需要考虑的主要因素，正常运行过程中坝前运行水位与库区沿程对应的流量推算的回水位不能超过各类制约因素的高程。

本文在进行库区回水计算时，考虑天然河道槽底地形复杂性，先将整段河道用断面划分成小的河段，设某段河流长为△L，上游、下游断面分别命名为断面1和断面2，则两断面满足明渠恒定流的能量方程：

根据模型流程框图，编制水库按流量分级控制水位计算模块，计算平台给定所需的坝前水位、入库流量、预报流量等信息，进行不同坝前水位及分段的回水迭代计算，当任一断面的回水位与控制约束高程接近相等时，相应的坝前水位即为该流量下的分级控制水位（即为允许的最高蓄水位或安全运行水位）。

应用开发软件对雅口航电枢纽运行水位进行计算及分析，雅口航电枢纽降低水位临界流量的取值主要由宜城市防洪控制水位确定（表1）。雅口水库正常蓄水位运行时，入库流量5000m?/s对应宜城水位站水位达到55.47m，此时虽上、下游水位差仍有3.84m，为库区防洪计，仍需降低水位运行。根据库区各类约束分析雅口航运枢纽各流量对应坝前最高水位随入库流量增加而降低（图2），可见，依据该运行图，入库流量逐步增大到2年一遇洪水洪峰8710m?/s時，闸门全开，基本已恢复天然河道行洪能力。

3.3 水库运行方式研究

结合雅口航电枢纽开发任务，水库运行需兼顾航运与发电两方面需求，为改善库区航运条件及增加电站发电效益，电站运行过程中水库尽量维持在较高水位运行，但从防洪和控制库区淹没角度考虑，汛期预报来水大于5000m3/s时，可分级控制以逐步降低库水位。水库运行方式如下：①当入库流量小于450m3/s（下游航运基荷流量）时，通过机组发电泄放航运基荷流量，水库水位自然下降；②当入库流量大于等于450 m3/s，但小于2291m3/s（机组最大过机流量）时，入库水量通过机组发电，水库维持正常蓄水位运行；③当入库流量大于2291m3/s但小于5000 m3/s，机组全开发电，水库维持正常蓄水位运行，多余弃水通过闸门下泄；④当入库流量大于等于5000 m3/s但小于8710 m3/s（时，根据洪水预报情况，通过泄水闸控制预泄，分级控制逐步降低库水位；水头小于2m时，电站停止发电，启用备用电源，船闸正常运行；⑤当入库流量大于等于8710m3/s但小于10年一遇洪峰流量13500m3/s时，泄水闸敞泄；⑥当入库流量大于13500m3/s时，船闸停止运行；洪水退去后，入库流量小于13500m3/s时，船闸恢复通航；当入库流量小于8710m3/s时，水库开始分级逐步回蓄到正常蓄水位55.22m。

4 结论与建议：

（1）库区淹没对水库水位十分敏感，在经济合理的前提下，应尽量加大枢纽泄流能力，保证频率洪水可在坝前尖灭，减少库区淹没影响及相关投资。

（2）枢纽运行受库区防洪约束，临界流量相对较小，为增加发电效益，改善库区航运条件，宜在不增加淹没及影响库区的前提下适当提高水位运行方式。

（3）建议利用流域水情测报系统，采用预报预泄方式根据预报流量及水库运行图进行水库运行调度。

参考文献：

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