中小型电站闸坝下游河道冲淤及调控研究

谢德祁

（四川凉山水洛河电力开发有限公司， 四川 成都 610213）

中小型电站闸坝下游河道冲淤及调控研究

谢德祁

（四川凉山水洛河电力开发有限公司， 四川 成都 610213）

闸下河道的冲淤变化直接影响到河道的泄洪与航道的演变，影响下游燕尾港的冲淤变化。以四川凉山州金沙江某一级支流为研究对象，利用泥沙模型计算闸下水动力情况和冲淤变化，分析了大潮水位变化对该河河道的影响，并提出了合理的控闸方式，对该河下游工农业发展需要具有一定意义。

中小型电站；闸坝，河道冲淤；泥沙模型；控闸方式

1 背景简介

闸坝下游河道的冲淤演变一般会受到上游日常下泄流量的控制影响，下泄流量是关键，流量的多少与上游河道的蓄水容量有密切关系[1-2]。闸下河道冲淤受上游四节制闸所控制的对应关系：本文研究对象为金沙江某一级支流，该河冲淤主要受闸泄流量控制，根据闸坝多年运营的状况，下泄流量并非连续下泄冲淤，而是间断性的，这主要是上游河道蓄水水量的限制。特别在枯水季节，由于降雨有限，上游河道所蓄水还必须满足当地工农业的需要，因此实际用来下泄冲淤的水量是有限的，为此如何利用这些有限水量通过一定的闸门控制尽可能起到最大冲淤效果较为重要，保证闸下河道的冲淤积平衡。

考虑到闸下河道的河床冲淤主要受闸的实际过闸流量的控制。计算所设计的下泄流量根据闸在长期运行过程的下泄流量统计确定。同时为了能够将有限的水量起到最大的冲刷效果，闸门只在落潮时候开闸泄水，直到开始落平，下泄时间一般控制在7小时左右。

2 冲淤计算工况

根据该河闸实际运行泄流量资料，该河闸日常泄流量在150～250m3/s范围内，导致该河河道冲刷变化的流量主要在此范围内，分级设计该河过流量作为该河冲淤计算的上游边界，其各级流量分别采用100 m3/s、200m3/s和300m3/s 3个等级。下游边界尾港的水位同该河计算，即选择一大潮过程和一小潮过程作为其下游水位边界分别进行计算。为能起到最大的冲淤效果，泄流控制在落潮时段，计算采用的落潮时刻以该河为参考点来确定落潮时刻，在一涨一落的潮周期内，开闸放水时间从涨平时刻到落平时刻基本保持在7小时。

3 水流计算分析

图 1为不同工况下，该河河段中部断面的平均流速值。从大潮流速变化、小潮流速变化过程和流速统计表可以看出，随着上游闸门泄流量的增加，该河闸下河道流速增大显著。当下泄流量为200m3/s时，大潮落潮平均流速为0.86m/s，最大流速超过1.0m/s；小潮落潮时均流速为1.05m/s，最大流速超过1.3m/s。在涨潮时期，由于闸无下泄流量，流速迅速恢复到无泄流条件下的流速，河道出现上涨流速，不过其流速很小。说明潮汐动力对该河河道影响相对小。

图1 落潮时平均流速表

4 冲淤计算分析及节制闸调控

4.1 冲淤计算

表1为不同下泄流量和潮型组合下，该河闸下河道沿程落潮冲淤平均厚度。

表3 不同泄流流量下该河落潮平均冲淤厚度

从表 1可以看到，冲淤厚度无论在大潮潮型还是小潮潮型都随着下泄流量的增加而增大。大小潮两种潮型下，在相同的过流量情况下，其冲刷厚度差异性较大，小潮的冲刷厚度略大于大潮条件下，主要是因为小潮的平均水位要略小于大潮，而下泄流量小潮时流速要大于大潮流速导致。

根据该河闸的实际下泄流量资料，该河闸的日常下泄流量一般控制在150～250m3/s范围内，按日常下泄流量200m3/s来调控。根据表1落潮期间平均冲刷厚度，为了保证闸下河道冲刷淤积的动态平衡，当下游尾港潮型为大潮时，平均每间隔3.4天需要开闸泄水冲淤，而在小潮潮型下，平均4.7天需要开闸泄水冲淤。大小潮平均，则也就是说需要每间隔4天，该河闸需要开闸泄水1次。开闸时间为落潮时段，一般控制在7小时，以便获得最大冲淤效果。

4.2 闸坝调控分析

上文计算了不同下泄流量下，闸下各河道发生冲刷厚度；为保证各河道的冲淤平衡，计算了在日常控制下泄流量下，闸下各河道为保持冲淤平衡所需要开闸泄水的周期。节制闸的实际操控，可本着以下原则操作：

首先按照闸下游河道功能规划制定各河道保港要求，如按照目前的功能划分，该河是作为行船航道，必须维持一定航道等级要求的水深，需要经常泄水冲淤；闸下河道作为泄洪水道，只要在泄洪期间维持河道行洪要求，因此泄水是为保证相应行洪能力的过流水深。

其次，闸的调控还要根据闸上的蓄水量状况，一般而言枯季水量偏少，可以优先考虑有通航要求的该河泄水，而其它各河道少泄水甚至不泄水；在洪季，则优先保证行洪需要，对各河道要及时的泄水冲淤，保证河道的行洪能力。

最后，依据计算结果，按上述需求，进行闸实际操控的合理协调。如在日常时期，为了保证该河航运需要，保证航道的冲淤的动态平衡，若按该河闸日常下泄流量为300 m3/s，开闸时间安排在落潮期7个小时，按计算结果，该河闸宜每隔2天泄水一次，可保证该河航运需要。表2为闸在日常泄水流量下，为保持闸下河道冲淤平衡所需要的每周泄水频率表。按以往下泄流量记录，该河闸的日常流量为200m3/s，在此流量下，为保证闸下河道冲淤平衡，该河闸须每周泄水次数是1～2次。

表2 日常泄水流量下该河启闭泄水频率表

5 结论

以该河为研究对象，通过水力分析和冲淤分析，得到了下游水位及淤积情况。日淤积厚度在0.012m，不同潮型对河道淤积影响小。有下泄流量时，冲淤厚度随流量增加而增大，相同流量下，大小潮位对冲刷略有影响，小潮是冲刷厚度略大于大潮条件下。该河日常下泄流量按200m3/s调控，为达到该河冲淤平衡，每间隔4天，该河闸需泄水1次，开闸时间为落潮时段7小时。

[1]张瑞瑾、谢鉴衡、王明甫和黄金堂，河流泥沙运动力学，水利水电出版社，1989.

[2]M.S.Yalin，Mechanics of Sediment Transport，2nd Edition，Pergamon Press，1977.中译本：M.S.亚林，孙振东，输沙力学，科学出版社，1983.

G322

B

1007-6344（2017）09-0319-01

谢德祁，男，汉，1988-今，本科毕业于四川大学水利水电学院，助理工程师，现工作于四川凉山水洛河电力开发有限公司。