賈函 鄢軍軍 陶亮

【摘要】隨著內(nèi)河水運(yùn)的發(fā)展及水電開發(fā)的深入，各大水系多結(jié)合高等級(jí)航道規(guī)劃建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的航電樞紐。航電梯級(jí)往往位于河道中、下游平原地帶，人口密集，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，涉河的港口、橋梁等公共設(shè)施眾多，流域防洪形勢(shì)嚴(yán)峻。航電樞紐承擔(dān)渠化河道，提高庫(kù)區(qū)航道等級(jí)，抬高水頭發(fā)電等任務(wù)，水庫(kù)運(yùn)行方式及回水計(jì)算較復(fù)雜。本文以漢江干流雅口航電為例，結(jié)合回水設(shè)計(jì)過(guò)程，提出流量分級(jí)水位控制運(yùn)行方式，分析內(nèi)河航電樞紐水庫(kù)運(yùn)行方式及回水計(jì)算的一些關(guān)鍵點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】航電樞紐；回水計(jì)算；水位控制

1、雅口航電梯級(jí)概述

雅口航電樞紐是漢江干流航道規(guī)劃及梯級(jí)水電開發(fā)的重要樞紐工程，樞紐壩址位于湖北襄陽(yáng)宜城市境內(nèi)，樞紐建成后與上、下游梯級(jí)聯(lián)合運(yùn)行，可使?jié)h江丹江口以下航道標(biāo)準(zhǔn)由近期的Ⅳ級(jí)提升至Ⅲ級(jí)。雅口水庫(kù)正常蓄水位55.22m，死水位54.72m，電站裝機(jī)容量74.2MW，機(jī)組最大水頭為8.72m，最小發(fā)電水頭為2.0m，為低水頭日調(diào)節(jié)電站。

2、水庫(kù)回水分析計(jì)算

2.1 水庫(kù)淹沒(méi)回水分析

漢江干流下游河段地形開闊，兩岸耕地、人口眾多，對(duì)水庫(kù)回水比較敏感。雅口樞紐庫(kù)容較小，不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，但庫(kù)區(qū)防洪形勢(shì)較為嚴(yán)峻。為減少庫(kù)區(qū)淹沒(méi)并緩解庫(kù)區(qū)防洪壓力；雅口航運(yùn)樞紐遭遇洪水時(shí)，電站停止發(fā)電，泄洪閘全部打開，庫(kù)區(qū)基本恢復(fù)天然河道，保證壩前水位壅高值小于30cm，頻率洪水回水在壩前即可尖滅。因此，影響水庫(kù)淹沒(méi)范圍的主要是非汛期正常蓄水位運(yùn)行時(shí)，電站停機(jī)流量以下的常年淹沒(méi)。為避免影響庫(kù)區(qū)防洪，入庫(kù)流量大于臨界流量5000m3/s時(shí)，電站即逐步開啟閘門，逐步降低壩前水位，遭遇頻率洪水時(shí)，基本可恢復(fù)天然河道。水庫(kù)淹沒(méi)及庫(kù)區(qū)防護(hù)設(shè)計(jì)回水線取相應(yīng)頻率洪水回水及正常蓄水位與臨界流量5000m?/s及以下各級(jí)流量的對(duì)應(yīng)回水的外包線。

2.2 航道設(shè)計(jì)回水分析

雅口庫(kù)區(qū)航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，航道最高設(shè)計(jì)水面線取如下兩條回水線外包線：① 20年一遇洪水壩前最高水位53.82m，與相應(yīng)洪峰流量17000m3/s對(duì)應(yīng)回水；②正常蓄水位與降低水位臨界流量5000m?/s對(duì)應(yīng)回水。庫(kù)區(qū)航道最低設(shè)計(jì)水面線取如下兩種情況內(nèi)包線：①發(fā)電工況：壩前水位為死水位，考慮上游崔家營(yíng)不下泄流量；②敞泄工況：2年一遇壩前最高水位52.38m與相應(yīng)洪峰流量8710m?/s對(duì)應(yīng)回水。

3、水庫(kù)運(yùn)行方式研究

3.1 水庫(kù)運(yùn)行約束條件分析

結(jié)合雅口航電樞紐的特點(diǎn)，水庫(kù)運(yùn)行方式主要從庫(kù)區(qū)淹沒(méi)控制、庫(kù)區(qū)防洪安全、機(jī)組發(fā)電及下游航運(yùn)要求等方面進(jìn)行分析研究。

（1）庫(kù)區(qū)淹沒(méi)及防洪對(duì)水庫(kù)運(yùn)行方式的要求

根據(jù)調(diào)查，雅口庫(kù)區(qū)無(wú)較大的支流匯入，漢江干流兩岸大部分河段由堤防防護(hù)，沿程堤腳高程54.03m～63.7m。樞紐壩址上距宜城市區(qū)15.3km，宜城市防洪控制水位為55.47m，市區(qū)內(nèi)漢江大橋橋底高程為67.2m，通航凈空不宜低于10m。雅口水庫(kù)正常發(fā)電運(yùn)行及逐步降低水位過(guò)程中，需保障庫(kù)區(qū)水位不超過(guò)淹沒(méi)回水線，不影響宜城市防洪及庫(kù)區(qū)通航。

（2） 機(jī)組發(fā)電對(duì)水庫(kù)運(yùn)行方式的要求

雅口樞紐為低水頭電站，水頭價(jià)值較高，水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中盡量抬高發(fā)電。另一方面，雅口航運(yùn)樞紐設(shè)計(jì)最小發(fā)電水頭為2.0m，當(dāng)水庫(kù)入庫(kù)流量較大，上、下游發(fā)電水頭低于2m時(shí)，機(jī)組停止運(yùn)行。

（3）下游航運(yùn)對(duì)水庫(kù)運(yùn)行方式的要求

雅口航運(yùn)樞紐下游碾盤山梯級(jí)未建成前，需要下泄航運(yùn)基荷流量。

3.2 分級(jí)流量控制運(yùn)行水位研究

各類約束條件是航電樞紐運(yùn)行方式設(shè)計(jì)需要考慮的主要因素，正常運(yùn)行過(guò)程中壩前運(yùn)行水位與庫(kù)區(qū)沿程對(duì)應(yīng)的流量推算的回水位不能超過(guò)各類制約因素的高程。

本文在進(jìn)行庫(kù)區(qū)回水計(jì)算時(shí)，考慮天然河道槽底地形復(fù)雜性，先將整段河道用斷面劃分成小的河段，設(shè)某段河流長(zhǎng)為△L，上游、下游斷面分別命名為斷面1和斷面2，則兩斷面滿足明渠恒定流的能量方程：

根據(jù)模型流程框圖，編制水庫(kù)按流量分級(jí)控制水位計(jì)算模塊，計(jì)算平臺(tái)給定所需的壩前水位、入庫(kù)流量、預(yù)報(bào)流量等信息，進(jìn)行不同壩前水位及分段的回水迭代計(jì)算，當(dāng)任一斷面的回水位與控制約束高程接近相等時(shí)，相應(yīng)的壩前水位即為該流量下的分級(jí)控制水位（即為允許的最高蓄水位或安全運(yùn)行水位）。

應(yīng)用開發(fā)軟件對(duì)雅口航電樞紐運(yùn)行水位進(jìn)行計(jì)算及分析，雅口航電樞紐降低水位臨界流量的取值主要由宜城市防洪控制水位確定（表1）。雅口水庫(kù)正常蓄水位運(yùn)行時(shí)，入庫(kù)流量5000m?/s對(duì)應(yīng)宜城水位站水位達(dá)到55.47m，此時(shí)雖上、下游水位差仍有3.84m，為庫(kù)區(qū)防洪計(jì)，仍需降低水位運(yùn)行。根據(jù)庫(kù)區(qū)各類約束分析雅口航運(yùn)樞紐各流量對(duì)應(yīng)壩前最高水位隨入庫(kù)流量增加而降低（圖2），可見，依據(jù)該運(yùn)行圖，入庫(kù)流量逐步增大到2年一遇洪水洪峰8710m?/s時(shí)，閘門全開，基本已恢復(fù)天然河道行洪能力。

3.3 水庫(kù)運(yùn)行方式研究

結(jié)合雅口航電樞紐開發(fā)任務(wù)，水庫(kù)運(yùn)行需兼顧航運(yùn)與發(fā)電兩方面需求，為改善庫(kù)區(qū)航運(yùn)條件及增加電站發(fā)電效益，電站運(yùn)行過(guò)程中水庫(kù)盡量維持在較高水位運(yùn)行，但從防洪和控制庫(kù)區(qū)淹沒(méi)角度考慮，汛期預(yù)報(bào)來(lái)水大于5000m3/s時(shí)，可分級(jí)控制以逐步降低庫(kù)水位。水庫(kù)運(yùn)行方式如下：①當(dāng)入庫(kù)流量小于450m3/s（下游航運(yùn)基荷流量）時(shí)，通過(guò)機(jī)組發(fā)電泄放航運(yùn)基荷流量，水庫(kù)水位自然下降；②當(dāng)入庫(kù)流量大于等于450 m3/s，但小于2291m3/s（機(jī)組最大過(guò)機(jī)流量）時(shí)，入庫(kù)水量通過(guò)機(jī)組發(fā)電，水庫(kù)維持正常蓄水位運(yùn)行；③當(dāng)入庫(kù)流量大于2291m3/s但小于5000 m3/s，機(jī)組全開發(fā)電，水庫(kù)維持正常蓄水位運(yùn)行，多余棄水通過(guò)閘門下泄；④當(dāng)入庫(kù)流量大于等于5000 m3/s但小于8710 m3/s（時(shí)，根據(jù)洪水預(yù)報(bào)情況，通過(guò)泄水閘控制預(yù)泄，分級(jí)控制逐步降低庫(kù)水位；水頭小于2m時(shí)，電站停止發(fā)電，啟用備用電源，船閘正常運(yùn)行；⑤當(dāng)入庫(kù)流量大于等于8710m3/s但小于10年一遇洪峰流量13500m3/s時(shí)，泄水閘敞泄；⑥當(dāng)入庫(kù)流量大于13500m3/s時(shí)，船閘停止運(yùn)行；洪水退去后，入庫(kù)流量小于13500m3/s時(shí)，船閘恢復(fù)通航；當(dāng)入庫(kù)流量小于8710m3/s時(shí)，水庫(kù)開始分級(jí)逐步回蓄到正常蓄水位55.22m。

4 結(jié)論與建議：

（1）庫(kù)區(qū)淹沒(méi)對(duì)水庫(kù)水位十分敏感，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，應(yīng)盡量加大樞紐泄流能力，保證頻率洪水可在壩前尖滅，減少庫(kù)區(qū)淹沒(méi)影響及相關(guān)投資。

（2）樞紐運(yùn)行受庫(kù)區(qū)防洪約束，臨界流量相對(duì)較小，為增加發(fā)電效益，改善庫(kù)區(qū)航運(yùn)條件，宜在不增加淹沒(méi)及影響庫(kù)區(qū)的前提下適當(dāng)提高水位運(yùn)行方式。

（3）建議利用流域水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，采用預(yù)報(bào)預(yù)泄方式根據(jù)預(yù)報(bào)流量及水庫(kù)運(yùn)行圖進(jìn)行水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]卜繼勘，李玲，羅純軍. 低水頭電站水庫(kù)回水分析研究[J].廣東水利水電，2003， （06） .

[2]沙錫林.等. 貫流式水電站M .北京 ：中國(guó)水利水電出版社 ，1999 .