向家壩水電站運行調度對壩下游水位日變幅影響分析

王世平 王渺林 姜利玲

(長江水利委員會水文局長江上游水文水資源勘測局，重慶 400020)

1 概述

向家壩水電站是金沙江下游河段水電規(guī)劃的最下游梯級，壩址位于四川省宜賓縣和云南省水富縣交界的金沙江干流上。工程設計開發(fā)任務以發(fā)電為主，同時改善航運條件，兼顧防洪、灌溉，并具有對溪洛渡水電站進行反調節(jié)等作用。電站于2012年10月10日下閘蓄水，10月16日水位蓄至354 m左右運行。

向家壩水電站運行調度將改變天然流量特征，使壩下水流條件發(fā)生較大變化。壩下距水富港2.5km，距宜賓港約33km，距瀘州港約163km。壩址下游涉及岷江、橫江、沱江、南廣河等多條河流。其中，橫江在壩址下游約3.5km處自右岸匯入金沙江，控制流域面積1.54萬km2;岷江在壩址下游約33km處自左岸匯入長江，控制流域面積13.6萬km2;南廣河在壩址下游約36km處自右岸匯入長江，控制流域面積4600km2;沱江在壩址下游約163km處自左岸匯入長江，流域面積2.78萬km2。

本文分析研究向家壩不同下泄流量級條件下，流量變化對下游碼頭水位的影響。研究成果將為向家壩電站實時調度提供技術支持。

2 分析方法與軟件

結合下游河段河勢與資料情況，采用河道一維水力學模型對向家壩不同下泄流量對下游河道水位變化情況進行模擬計算?？紤]到向家壩電站下游－瀘州區(qū)間有岷江、橫江、南廣河、沱江等支流匯入，因此在計算過程中還必須考慮上述支流的不同來水量情況。

向家壩水電站下游河段水位測算軟件，主要是采用河道一維水力學模型，預測向家壩下游水位及其變化。研究得出，向家壩壩址至瀘州水位站，河道里程約163km。

單機運行軟件采用VB、FORTRAN等開發(fā)語言進行開發(fā)，利用FORTRAN開發(fā)的核心河道一維水力學模型，通過VB進行界面和數(shù)據(jù)的集成和處理。軟件采用微軟的辦公軟件系統(tǒng)Office中的Microsoft Excel作為數(shù)據(jù)輸入界面，中間數(shù)據(jù)交換和讀取采用文本文件的方式。

軟件計算流程為:輸入向家壩電站的下泄流量過程，以及下游支流岷江高場站、橫江流域橫江站、南廣河福溪站、沱江富順站流量過程，通過河道一維水力學模型，計算輸出下游重點碼頭、水位(水文)站斷面水位，流程見圖1。

圖1 計算軟件流程

3 計算條件與成果

3.1 計算條件

3.1.1 支流流量

為分析不同支流來水對向家壩電站下游水位日變幅的影響，擬定下列4種支流條件:

(1)條件1。各支流站流量采用歷年均值。

(2)條件2。岷江漲水，岷江流量采用歷年均值加上歷年最大日變幅均值，其他支流站流量采用歷年均值。

(3)條件3。橫江和南廣河漲水，橫江和南廣河流量采用歷年均值加上歷年最大日變幅均值，其他支流站流量采用歷年均值。

(4)條件4。橫江、岷江、南廣河、沱江都漲水，流量采用歷年均值加上歷年最大日變幅均值。根據(jù)各站1990～2012年的流量資料統(tǒng)計，支流計算條件見表1。

表1 支流計算條件 m3/s

3.1.2 向家壩下泄流量

在支流條件1下，為確定下游向家壩站水位日變幅不超過3 m的可增加的最大下泄流量，從3700 m3/s開始，依次通過試算，得到 3700，6800，10900，16000，22200 m3/s共5個向家壩下泄流量條件。

3.2 計算結果

(1)支流來水保持不變情況下，向家壩不同下泄流量的下游水位變化。①分析4種支流來水情況下的向家壩不同下泄流量的下游水位變化情況。以支流來水條件1為例，向家壩下泄流量增加時，距離壩址較近的河段，即華龍到普安河段(距壩址約4～17km范圍)大部分水位變幅超過3 m，其他河段水位時變幅均未超過3 m(如圖2所示)。支流條件2、條件3和條件4的分析結果基本與支流條件1一致。②水位變幅在距壩址約8km的打魚村斷面為最大，下游沿程有逐漸衰減的趨勢。③水位變幅有隨流量增加而變大的趨勢。如支流條件1下，打魚村斷面水位變幅隨流量增加由3.31 m增加到3.69 m。

圖2 向家壩下游水位變幅(支流來水條件1)

(2)向家壩下泄流量保持不變，不同支流來水的下游水位變化情況。根據(jù)計算結果，分析同一向家壩下泄流量遭遇不同支流來水的下游水位變化情況。向家壩下泄流量不變時，當支流由條件1變?yōu)闂l件4時，即下游橫江、岷江、南廣河、沱江都漲水時，離岷江匯合口較近的河段，即普安到宜賓河段(距壩址約17～47km范圍)大部分水位變幅超過3 m/d，其他河段水位時變幅均未超過3 m/d。其中向家壩下泄流量為3700 m3/s時，隨著支流條件的改變，下游水位變化相對最大(如圖3所示)。

圖3 支流都漲水時向家壩下游水位變幅(即支流來水條件1變?yōu)闂l件4)

(3)向家壩可能運行方案分析。①在支流條件1下，從3700 m3/s開始試算，以確定向家壩站水位變化不超過3 m的可增加的最大下泄流量。②若下游岷江漲水，當下游支流條件由條件1變?yōu)闂l件2時，通過試算得到向家壩站水位變幅為3 m的可增加的最大下泄流量。③若下游橫江和南廣河漲水，當下游支流條件由條件1變?yōu)闂l件3時，通過試算得到向家壩站水位變幅為3 m的可增加的最大下泄流量。

以上3種情況下，向家壩下泄流量的變化比較見圖4。由圖4可以看出，①在支流不變時，流量增加量隨著向家壩出庫量級的增加而增加，但相對變化率減小。②下游同時漲水時，如當下游支流條件由條件1變?yōu)闂l件2時，向家壩可增加的下泄流量將顯著減少。如當向家壩流量為3700 m3/s時，支流流量保持不變，要滿足向家壩站日變幅不超過3 m，則向家壩下泄流量可以增加3070 m3/s。而在支流條件同時由條件1變?yōu)闂l件2時，向家壩下泄流量只能增加2710 m3/s。流量增加量隨著向家壩出庫量級的增加而增加，但相對變化率減小。

圖4 向家壩下泄流量變化比較

4 結論與建議

本文給定向家壩電站不同下泄流量條件，并考慮下游岷江、橫江、南廣河、沱江等支流不同來水條件，采用以河道一維水力學模型為基礎的計算軟件，對向家壩不同出庫流量下的下游河道水位日變幅進行分析計算，結論如下:

(1)在擬定的向家壩下泄流量條件下，支流不變時，可以保證向家壩站水位日變幅不超過3 m，但下游華龍碼頭到普安河段(距向家壩壩址約4～17km范圍)水位變幅超過3 m。

(2)下游河道水位日變幅有沿程逐漸衰減的趨勢，且變幅隨下泄流量增加而變大。

(3)即使向家壩電站下泄流量保持不變，當橫江、岷江、南廣河、沱江等支流漲水時，普安到宜賓河段(距壩址約17～47km范圍)水位日變幅仍可能會超過3 m。

(4)在下游支流同時漲水情況下，要滿足向家壩站水位日變幅不超過3 m，向家壩水電站可增加的下泄流量將顯著減少。