实现向家坝电站发电与航运共赢的工程措施和建议

梅雪东 杨鹏

摘 要：向家坝电站工程是以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉等作用。为了解决向家坝电站运行下游非恒定流对航运的影响，在向家坝升船机下闸首的下游设置辅助闸室和辅助闸首，将船厢与下游水位对接处的水面和下游主河道水面隔开，使承船厢水深不受下游水面波动的影响，保证升船机在下游水位变率较大工况下安全、连续运行的需要，最终取得了电站发电与航运的双赢。本文着重介绍解决电站发电与航运矛盾的工程措施及应用效果，可供借鉴。

关键词：发电;航运;工程措施;向家坝电站

中图分类号：U644             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0088-02

向家坝水电站位于四川省宜宾市与云南省水富市交界处，是金沙江干流下游规划的最末一座梯级电站，工程枢纽距下游水富县城1.5km，距宜宾市33km。工程开发任务是以发电为主，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。水库正常蓄水位380m，死水位370m，总库容51.63亿m3，调节库容9.03亿m3，电站设计安装8台单机额定容量800MW的机组，总装机容量6400MW。枢纽工程主要包括最大坝高为162m的混凝土重力坝、提升高度为114.2m的垂直升船机，左岸坝后式厂房、右岸地下厂房和两岸灌溉取水口等。

按照地方航运部门的航运规划，向家坝坝址至宜宾河段现按Ⅴ级航道标准维护，规划将通过整治达到Ⅲ级航道标准;长江宜宾至重庆河段现为Ⅲ级航道，远期规划为I级航道。

向家坝水电站及升船机建成运行后给金沙江航运发展带来了新的机遇和挑战，一方面渠化了向家坝～溪洛渡之间长约156km河段，同时向家坝水库对径流的调节作用也增加了枯水期平均流量，减少了洪峰频率;另一方面，水库及电站的调度运行将改变天然河道水流条件，给升船机运行、航道维护及船舶的安全航行造成一定影响。

1航运条件

1.1水文条件

1.2升船机运行条件

2电站运行与航运的主要矛盾

根据向家坝水电站下游非恒定流水力学模型试验研究成果，由电站日调节、大坝泄洪及电站事故等因素形成的非恒定流造成升船机下游引航道的水位变率较大，小时最大变率为2.43m～2.90m，15min最大变率为0.95m～1.89m。与此同时，根据现场实际情况，现在当电站泄洪时，下游引航道内涌浪浪高一般都会超过0.5m，已经突破了升船机能适应的最大水位变化0.5m的设计能力和升船机通航门、船厢门运行时允许的最大水位差0.2m的要求。

由于向家坝水电站装机规模巨大，电站出库流量变化范围大，其下游为天然河道，水流条件受非恒定流影响较大，为满足升船机安全运行的要求，电站调度运行的灵活性受到较大制约，无论是日内调峰运行，还是洪水调度（最大通航流量以下），既要在保证升船机安全运行的前提下慎重调度，又要尽量发挥电站的调峰和水库的防洪作用，调度运行方式十分复杂，多数情况下，只能兼顾发电或航运一方需求，发电和航运运行技术要求矛盾十分突出。

3工程措施

为解决电站运行对航运安全的影响，满足升船机在下游水位变率较大工况下安全、连续运行的需要，最终采取了在下闸首下游侧设计了辅助闸室和辅助闸首工程措施，布置如图1。

辅助闸室总长118.00m，宽24米（是承船厢宽度的2倍），底高程为258.00m。辅助闸首设在辅助闸室下游侧，长20.00m，航槽宽24.00m，底板顶高程260.50m，布置有防撞装置和工作闸门，保证了最浅通航水深为5.3m。

紧接辅助闸首下游端沿引航道左侧布置辅导航墙，长13.045m。沿下游引航道停泊段左侧布置4个靠船墩，其墩中心线间距为40.0m;另外，沿原泄水渠岸边布置了8个靠船墩供停泊区内船舶靠泊，在每个靠船墩的右侧（通航侧）立面沿高程267.00m至279.00m及顶部共设置8个固定式系船柱，供船舶在不同水位条件下系缆。

由于辅助闸室上没有布置机电设备，按照使用要求，其防洪仅需满足通航水位的要求，由此确定辅助闸室防洪标准采用洪水重现期2年;而辅助闸首防洪标准同下闸首防洪标准，采用洪水重现期1000年。

辅助闸室与辅助闸首的功能是在升船机运行时，将船厢与下游水位对接处的水面和下游主河道水面隔开，不受下游水面波动的影响，保证升船机的对接安全。根据非恒定流模型试验成果，确定辅助闸室与辅助闸首的最大运行水头为3.0m。采用门下输水方式，没有另外设置输水系统。考虑到辅助闸室内没有设备需要检修，也没有输水系统，辅助闸室与辅助闸首不设置检修工况。辅助闸首只布置了一道工作门和一道防撞装置。

4实例与成效

实例：2020年5月15日从11：30至12：00期间，出力由3720MW调整为2920MW，降低出力800MW，下游水位由268.792m降至268.277m，变幅为0.515m，对此，升船机运行管理人员提前将计划上行过坝船舶乘龙2号调至辅助闸室内，并关闭辅助闸室工作门，此时下行船舶长顺68在上游发令进厢，升船机完成上游解除对接、下行、下游对接运行后，12：16分船舶长顺68出厢，乘龙2号立即从辅助闸室内启航进入升船机，乘龙2号开始上行过坝流程，长顺68下行过坝历时53min，乘龙2号上行过坝历时48min。由于辅助闸首工作门关闭，船厢水位不再受电站调整负荷影响而产生变化，船舶长顺68和乘龙2号在辅助闸室内实现无缝错船，不仅消除了船厢水位变幅过大安全隐患，也减少了一次船厢解除对接和重新对接流程，通航效率没有任何影响。

由于辅助闸室、辅助闸首工程设施可以随时将升船机与下游主河道隔断，有效地避免了电站调峰运行、大坝泄洪和事故切机对升船机安全运行的影响，实现了电站发电正常运行条件下，升船机也能安全运行的双赢目标。

向家坝升船机自2018年5月26日投入试通航运行至2020年5月17日，累计安全运行495天，未发生一次因电站下游非恒定流导致水位变率过大航运安全事故。

与此同时，通过优化船舶调度，充分利用辅助闸室有效水域面积，提出在辅助闸室内静水错船调度方式，大大降低了辅助闸室投运对升船机通航效率的影响，实现了升船机连续运行的目标，单船平均过坝历时54min。

5建议

升船机是解决高坝大库通航问题的主要措施之一，具有经济安全、高效快捷、提升高度大、节省能源和投资较少等优点。实践证明采取增设辅助闸室、辅助闸首工程措施解决高坝大库下游水位变率、变幅大对通航安全的影响，是实现电站运行与航运共赢的有效措施。

作为向家坝升船机的运行管理人员，后續将进一步优化升船机设备操作流程、船舶调度流程，实现“精准调度、精确操作、精益维护”，不断提升升船机的通航效率。

参考文献：

[1]黄文利等. 金沙江向家坝水电站可行性研究报告专题报告31-一级垂直升船机型式必选专题报告[R]. 长沙： 中国电建中南勘测设计研究院有限公司，2004.