梅雪東 楊鵬

摘 要：向家壩電站工程是以發(fā)電為主，同時(shí)改善航運(yùn)條件，兼顧防洪、灌溉等作用。為了解決向家壩電站運(yùn)行下游非恒定流對(duì)航運(yùn)的影響，在向家壩升船機(jī)下閘首的下游設(shè)置輔助閘室和輔助閘首，將船廂與下游水位對(duì)接處的水面和下游主河道水面隔開(kāi)，使承船廂水深不受下游水面波動(dòng)的影響，保證升船機(jī)在下游水位變率較大工況下安全、連續(xù)運(yùn)行的需要，最終取得了電站發(fā)電與航運(yùn)的雙贏。本文著重介紹解決電站發(fā)電與航運(yùn)矛盾的工程措施及應(yīng)用效果，可供借鑒。

關(guān)鍵詞：發(fā)電;航運(yùn);工程措施;向家壩電站

中圖分類號(hào)：U644? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）09-0088-02

向家壩水電站位于四川省宜賓市與云南省水富市交界處，是金沙江干流下游規(guī)劃的最末一座梯級(jí)電站，工程樞紐距下游水富縣城1.5km，距宜賓市33km。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)是以發(fā)電為主，同時(shí)改善航運(yùn)條件，兼顧防洪、灌溉，并具有對(duì)溪洛渡水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等作用。水庫(kù)正常蓄水位380m，死水位370m，總庫(kù)容51.63億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容9.03億m3，電站設(shè)計(jì)安裝8臺(tái)單機(jī)額定容量800MW的機(jī)組，總裝機(jī)容量6400MW。樞紐工程主要包括最大壩高為162m的混凝土重力壩、提升高度為114.2m的垂直升船機(jī)，左岸壩后式廠房、右岸地下廠房和兩岸灌溉取水口等。

按照地方航運(yùn)部門(mén)的航運(yùn)規(guī)劃，向家壩壩址至宜賓河段現(xiàn)按Ⅴ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)，規(guī)劃將通過(guò)整治達(dá)到Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn);長(zhǎng)江宜賓至重慶河段現(xiàn)為Ⅲ級(jí)航道，遠(yuǎn)期規(guī)劃為I級(jí)航道。

向家壩水電站及升船機(jī)建成運(yùn)行后給金沙江航運(yùn)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，一方面渠化了向家壩～溪洛渡之間長(zhǎng)約156km河段，同時(shí)向家壩水庫(kù)對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用也增加了枯水期平均流量，減少了洪峰頻率;另一方面，水庫(kù)及電站的調(diào)度運(yùn)行將改變天然河道水流條件，給升船機(jī)運(yùn)行、航道維護(hù)及船舶的安全航行造成一定影響。

1航運(yùn)條件

1.1水文條件

1.2升船機(jī)運(yùn)行條件

2電站運(yùn)行與航運(yùn)的主要矛盾

根據(jù)向家壩水電站下游非恒定流水力學(xué)模型試驗(yàn)研究成果，由電站日調(diào)節(jié)、大壩泄洪及電站事故等因素形成的非恒定流造成升船機(jī)下游引航道的水位變率較大，小時(shí)最大變率為2.43m～2.90m，15min最大變率為0.95m～1.89m。與此同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，現(xiàn)在當(dāng)電站泄洪時(shí)，下游引航道內(nèi)涌浪浪高一般都會(huì)超過(guò)0.5m，已經(jīng)突破了升船機(jī)能適應(yīng)的最大水位變化0.5m的設(shè)計(jì)能力和升船機(jī)通航門(mén)、船廂門(mén)運(yùn)行時(shí)允許的最大水位差0.2m的要求。

由于向家壩水電站裝機(jī)規(guī)模巨大，電站出庫(kù)流量變化范圍大，其下游為天然河道，水流條件受非恒定流影響較大，為滿足升船機(jī)安全運(yùn)行的要求，電站調(diào)度運(yùn)行的靈活性受到較大制約，無(wú)論是日內(nèi)調(diào)峰運(yùn)行，還是洪水調(diào)度（最大通航流量以下），既要在保證升船機(jī)安全運(yùn)行的前提下慎重調(diào)度，又要盡量發(fā)揮電站的調(diào)峰和水庫(kù)的防洪作用，調(diào)度運(yùn)行方式十分復(fù)雜，多數(shù)情況下，只能兼顧發(fā)電或航運(yùn)一方需求，發(fā)電和航運(yùn)運(yùn)行技術(shù)要求矛盾十分突出。

3工程措施

為解決電站運(yùn)行對(duì)航運(yùn)安全的影響，滿足升船機(jī)在下游水位變率較大工況下安全、連續(xù)運(yùn)行的需要，最終采取了在下閘首下游側(cè)設(shè)計(jì)了輔助閘室和輔助閘首工程措施，布置如圖1。

輔助閘室總長(zhǎng)118.00m，寬24米（是承船廂寬度的2倍），底高程為258.00m。輔助閘首設(shè)在輔助閘室下游側(cè)，長(zhǎng)20.00m，航槽寬24.00m，底板頂高程260.50m，布置有防撞裝置和工作閘門(mén)，保證了最淺通航水深為5.3m。

緊接輔助閘首下游端沿引航道左側(cè)布置輔導(dǎo)航墻，長(zhǎng)13.045m。沿下游引航道停泊段左側(cè)布置4個(gè)靠船墩，其墩中心線間距為40.0m;另外，沿原泄水渠岸邊布置了8個(gè)靠船墩供停泊區(qū)內(nèi)船舶靠泊，在每個(gè)靠船墩的右側(cè)（通航側(cè)）立面沿高程267.00m至279.00m及頂部共設(shè)置8個(gè)固定式系船柱，供船舶在不同水位條件下系纜。

由于輔助閘室上沒(méi)有布置機(jī)電設(shè)備，按照使用要求，其防洪僅需滿足通航水位的要求，由此確定輔助閘室防洪標(biāo)準(zhǔn)采用洪水重現(xiàn)期2年;而輔助閘首防洪標(biāo)準(zhǔn)同下閘首防洪標(biāo)準(zhǔn)，采用洪水重現(xiàn)期1000年。

輔助閘室與輔助閘首的功能是在升船機(jī)運(yùn)行時(shí)，將船廂與下游水位對(duì)接處的水面和下游主河道水面隔開(kāi)，不受下游水面波動(dòng)的影響，保證升船機(jī)的對(duì)接安全。根據(jù)非恒定流模型試驗(yàn)成果，確定輔助閘室與輔助閘首的最大運(yùn)行水頭為3.0m。采用門(mén)下輸水方式，沒(méi)有另外設(shè)置輸水系統(tǒng)?？紤]到輔助閘室內(nèi)沒(méi)有設(shè)備需要檢修，也沒(méi)有輸水系統(tǒng)，輔助閘室與輔助閘首不設(shè)置檢修工況。輔助閘首只布置了一道工作門(mén)和一道防撞裝置。

4實(shí)例與成效

實(shí)例：2020年5月15日從11：30至12：00期間，出力由3720MW調(diào)整為2920MW，降低出力800MW，下游水位由268.792m降至268.277m，變幅為0.515m，對(duì)此，升船機(jī)運(yùn)行管理人員提前將計(jì)劃上行過(guò)壩船舶乘龍2號(hào)調(diào)至輔助閘室內(nèi)，并關(guān)閉輔助閘室工作門(mén)，此時(shí)下行船舶長(zhǎng)順68在上游發(fā)令進(jìn)廂，升船機(jī)完成上游解除對(duì)接、下行、下游對(duì)接運(yùn)行后，12：16分船舶長(zhǎng)順68出廂，乘龍2號(hào)立即從輔助閘室內(nèi)啟航進(jìn)入升船機(jī)，乘龍2號(hào)開(kāi)始上行過(guò)壩流程，長(zhǎng)順68下行過(guò)壩歷時(shí)53min，乘龍2號(hào)上行過(guò)壩歷時(shí)48min。由于輔助閘首工作門(mén)關(guān)閉，船廂水位不再受電站調(diào)整負(fù)荷影響而產(chǎn)生變化，船舶長(zhǎng)順68和乘龍2號(hào)在輔助閘室內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫錯(cuò)船，不僅消除了船廂水位變幅過(guò)大安全隱患，也減少了一次船廂解除對(duì)接和重新對(duì)接流程，通航效率沒(méi)有任何影響。

由于輔助閘室、輔助閘首工程設(shè)施可以隨時(shí)將升船機(jī)與下游主河道隔斷，有效地避免了電站調(diào)峰運(yùn)行、大壩泄洪和事故切機(jī)對(duì)升船機(jī)安全運(yùn)行的影響，實(shí)現(xiàn)了電站發(fā)電正常運(yùn)行條件下，升船機(jī)也能安全運(yùn)行的雙贏目標(biāo)。

向家壩升船機(jī)自2018年5月26日投入試通航運(yùn)行至2020年5月17日，累計(jì)安全運(yùn)行495天，未發(fā)生一次因電站下游非恒定流導(dǎo)致水位變率過(guò)大航運(yùn)安全事故。

與此同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化船舶調(diào)度，充分利用輔助閘室有效水域面積，提出在輔助閘室內(nèi)靜水錯(cuò)船調(diào)度方式，大大降低了輔助閘室投運(yùn)對(duì)升船機(jī)通航效率的影響，實(shí)現(xiàn)了升船機(jī)連續(xù)運(yùn)行的目標(biāo)，單船平均過(guò)壩歷時(shí)54min。

5建議

升船機(jī)是解決高壩大庫(kù)通航問(wèn)題的主要措施之一，具有經(jīng)濟(jì)安全、高效快捷、提升高度大、節(jié)省能源和投資較少等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明采取增設(shè)輔助閘室、輔助閘首工程措施解決高壩大庫(kù)下游水位變率、變幅大對(duì)通航安全的影響，是實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行與航運(yùn)共贏的有效措施。

作為向家壩升船機(jī)的運(yùn)行管理人員，后續(xù)將進(jìn)一步優(yōu)化升船機(jī)設(shè)備操作流程、船舶調(diào)度流程，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)調(diào)度、精確操作、精益維護(hù)”，不斷提升升船機(jī)的通航效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃文利等. 金沙江向家壩水電站可行性研究報(bào)告專題報(bào)告31-一級(jí)垂直升船機(jī)型式必選專題報(bào)告[R]. 長(zhǎng)沙： 中國(guó)電建中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，2004.