向家坝电站调峰对航运的影响分析

陈刚 赖见令

摘 要：向家坝工程坝址以下可常年通行1000t级船舶，电站在日调峰运行、枢纽泄洪情况下均可能导致下游水位发生变化，分析研究表明，在基流相同的情况下，单位时间内下泄流量的变幅越大，下游河道水位变幅越剧烈，对下游河道安全通航的影响越大。

关键词：水电站;航运;调峰

中图分类号：U618             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0092-02

1 前言

向家坝水电站坝址位于四川省宜宾市叙州区和云南省水富市交界的金沙江峡谷出口处，电站以发电为主，兼有防洪、航运、灌溉、拦沙及反调节等综合功能。通航建筑物布置在枢纽左岸，采用全平衡齿轮爬升螺母柱保安式一级垂直升船机，按Ⅳ级航道标准设计，最大提升高度114.2米，设计年货运量112万吨。电站于2006年11月开工建设，2012年11月首台机组投产发电，2014年7月7日8台机组全面投产发电;2018年5月升船机正式试通航。

金沙江下游新市镇至宜宾河段为常年通航河段。其中，向家坝工程坝址以下水富至宜宾河段现按Ⅴ航道维护，拟通过整治达到Ⅲ级航道标准，可常年通行1000t级船舶。向家坝水电站在日调峰运行、枢纽泄洪情况下均会在下游河道产生非恒定流。分析研究表明，在基流相同的情况下，单位时间内下泄流量的变幅越大，非恒定流波峰越陡，下游河道水位变幅越剧烈，水面比降越大，对下游河道安全通航的影响越大。参考三峡工程和国内其他类似工程的运行经验，非恒定流对下游河道安全通航的主要控制条件为水位日变幅和水位小时变幅。按《金沙江向家坝水电站水库运用与电站运行调度规程（试行）》规定的要求，电站运行过程中应控制下泄流量的变幅和变率，减小下游河道的水位变幅，运行初期电站日调峰运行时下游水位最大日变幅暂按不超过4.5m/d控制，最大小时变幅暂按不超过1.0m/h试运行。

2 电站调峰与下游水位变幅的关系研究

为研究电站在不同的基础流量下，不同程度调峰幅度对下游水位变化的相关性。电站分别于2013年12月、2014年10月，分阶段组织开展了向家坝水电站大负荷调峰试验，验证《金沙江向家坝水电站水库运用与电站运行调度规程（试行）》规定的下游水位小时变幅相应的电站调峰能力。

2.1 调峰试验

试验结合机组投产进度及来水情况，按基础出库流量1600～5000m3/s逐级开展。2013年按向家坝下游专用站水位小时变幅0.7～1m拟定试验方案，2014年优化试验进程，按小时变幅0.8～0.9m拟定试验方案。详见表1。

试验完成后，统计各流量级下下游各测站水位小时最大变幅。详见表2，各测站水位小时变幅均在1m以内，受下泄水流传播过程中的坦化作用，距大坝越远的站点在流量变化后水位变幅越小。

2.2 影响因素分析

2.2.1 水流传播时间影响

试验期间，向家坝出库流量变化后，向家坝专用站水位从开始变化到完全稳定历时约3小时，小时变幅不能完全反映出力变化产生的影响。选取典型工况见表3，向家坝专用站水位小时变幅约占总变幅的80%左右，实际水位总变幅与计划水位变幅接近。

2.2.2 横江顶托影响

枯水期，横江水位日内变化剧烈，对向家坝专用站水位顶托明显。 向家坝电站调峰运行时，需考虑顶托影响，留有一定的安全裕度。向家坝出库流量不变情况下，向家坝专用站水位变化趋势与横江存在相似性。2014年10月19日19时至20日1时，向家坝出库流量不变，横江水位变化1.1m，向家坝专用站变化约0.2m，顶托影响显著。本次试验过程中，横江最低水位286.2m，最高水位286.98m，水位变化0.78m。选取2017年8月24日21时至8月25日13时横江水位急剧上涨的这段时间进行对比，期间向家坝下泄流量维持8100m3/S的水平，略有减小;横江流量由1370m3/S猛增加到6070m3/S，横江水位由289.10m上涨至296.72m，水位涨幅7.62m，向家坝专用站水位由273.52m上涨至276.71m，水位涨幅3.19m，横江水位对向家坝下游水位顶托效应明显。详见图1 2017年横江水位、向家坝水位及流量过程线。

2.2.3 计算偏差影响

制作调峰试验方案时，向家坝专用站水位变幅基于预计出库流量查水位流量关系线计算得出，电站实际运行过程中，发电耗水率随水头、出力变化相应变化，难以预估准确，出库流量计算存在偏差。此外，向家坝专用站水位流量关系曲线定线后使用时间较长，受清水下泄造成河道下切等因素影响，关系曲线在不断发生变化，可能与实际存在偏差。

2.2.4 下游测站水位变化分析

受下泄水流传播过程中的坦化作用，距大坝越远的站点在流量变化后水位变幅越小。根据统计结果，水位变幅传播至普安站已衰减至50%，传播至宜宾以下，衰减至30%以下。因此，电站日调峰过程中，在满足向家坝专用站水位小時变幅不超1m情况下，向家坝专用站下游测站水位小时变幅超1m的概率很小。

2.2.5 下游航运控制站分析

向家坝水电站航运控制站为引航道水位站，目前尚未投入正常使用。其位置与田坝站左右相对，距大坝约0.3km，其水位从开始变化到完全稳定历时应较向家坝专用站短，水位小时变幅可能接近向家坝专用站水位稳定后的总变幅。

3 结论

由于向家坝下游水位变幅受水流传播时间、横江顶托及计算偏差等众多不确定因素影响，电站实际调峰运行时，调峰幅度应结合下游航运研究成果、电站运行实践进一步率定。综合试验结果及上述影响因素，提出向家坝电站调峰运行时小时出力变幅限值见表4。

向家坝电站日常调峰过程中下游近坝河段日水位变幅随日流量变幅的增加而增大;水位变率则主要受电站下泄流量增减率的影响，流量增减变率越大，则水位变率也越大。水位日变幅和短时间变率均呈沿程递减趋势，最大值均出现在下引航道内或升船机下闸首或辅助闸门处。向家坝水电站按照调度要求参与系统调峰，在不同的流量等级下，要适当控制调峰的速度和深度，避免下游水位出现较大的变幅，影响航运安全。目前电站调峰运行按照下游水位日变幅3米控制，小时变幅按照1米进行控制，有较大的安全边界。在控制下泄流量变幅的同时，需要关注横江来水的预报，在横江水位变幅较大的情况下，要适当控制电站的下泄和调峰，避免横江水位顶托效应导致下游水位变幅超标。

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.