向家壩水文站斷面沖淤變化及過流能力分析

摘要：為了研究上游水庫蓄放水對壩下水文站斷面沖淤變化規(guī)律及過流能力影響，基于金沙江下游向家壩水文站歷年大斷面及歷年水位流量過程線，對比分析了壩下水文站斷面沖淤變化及過洪能力。結果表明：2008～2009年向家壩水文站斷面呈淤積，年斷面面積變化幅度約為-2.8%～-8.3%，斷面過流能力減小。2020～2021年受上游水庫蓄放水影響較大，斷面呈沖刷狀態(tài)，年斷面面積變化幅度約為4.3%～10.2%，斷面過流能力增加。壩下水文站斷面沖淤變化及過流能力受上游水庫蓄放水影響較大。

關鍵詞：水文測驗； 水位； 流量； 斷面沖淤變化； 向家壩水電站

中圖法分類號：P335文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.001

文章編號：1006-0081（2024）S2-0001-03

0引言

隨著水利水電工程建設，天然河道受工程影響越來越大，尤其水庫蓄放水對下游斷面沖淤變化及過流能力影響顯著。因此，為了對流量進行準確測量，需要研究河道沖淤變化規(guī)律，確定合理的斷面施測時機，以便準確采用斷面資料計算流量。

受水利工程建設影響，金沙江來水來沙情況與天然狀況下有很大差異。烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站建成后庫區(qū)河床逐年抬高，受水庫蓄放水影響，下游河床沖刷，導致同水位下流量增加，河道過流能力增加。目前，對壩下水文站斷面沖淤變化和過流能力分析較少。本文通過分析向家壩水文站2008～2024年斷面形態(tài)、同水位面積、水位校正流量關系曲線等，研究該河段斷面沖淤變化及過流能力。

1河段基本情況

向家壩水文站位于四川省宜賓市敘州區(qū)安邊鎮(zhèn)蓮花池村，屬長江流域、金沙江下段水系，集水面積458 800 km2，離河口距離2 912 km，測驗河段順直段約1.5 km，河槽橫斷面呈“U”形，中高水位主河槽寬150～200 m，斷面最大水深位于起點距140～150 m，斷面處無岔流、串流、逆流、回水、死水等情況。右岸為混凝土堤防，左岸為混凝土護坡，河床由亂石夾沙和巖石組成，斷面基本穩(wěn)定。受電站蓄放水影響，測驗河段附近無水生植物、種植植物。下游約1 km 和約33 km分別有橫江從右岸和岷江從左岸匯入，上游約400 m和2 km分別有金沙江大橋和向家壩水電站。岷江、橫江中高水對該站水位流量關系有頂托影響。

向家壩水文站是金沙江下游國家一類精度流量、泥沙站，測流斷面與基本水尺斷面重合，受向家壩水電站工程調(diào)節(jié)影響，斷面水位和流量變化頻繁、變幅大，主泓受開啟閘孔位置不同而變化，集中于起點距80～100 m。自2012年向家壩水電站首臺機組正式運行至今，向家壩水文站斷面含沙量明顯減少，年平均含沙量均小于100 g/m3，斷面平均流速明顯增大，年平均流速均大于0.70 m/s。2012年7月與2020年9月相比，向家壩水文站測驗河段河床沖刷變化較大，隨著逐年沖刷，河床同一水位下過流能力逐漸增加。

2沖淤變化規(guī)律

2.1歷年斷面沖淤變化

向家壩水文站斷面于2008年5月設立。根據(jù)2008～2024年實測大斷面資料分析，受到向家壩水電站主體建設影響，大量沙石被沖至斷面，造成2008，2010年斷面呈淤積狀態(tài)，見圖1。隨著大壩建成，河道水流形態(tài)受到工程調(diào)控。2010～2024年斷面呈沖刷趨勢，其中，2010～2013年河道沖刷，斷面變化較大；2013～2020年，河道沖淤結合，斷面趨于穩(wěn)定；2020年發(fā)生庫區(qū)蓄水以來最大洪水，因此2020～2021年河道沖刷，斷面變化較大；2021～2024年河道沖淤結合，斷面趨于穩(wěn)定，見圖2。

2.2大斷面歷年同水位面積變化分析

根據(jù)向家壩水文站歷年大斷面資料，選擇具有代表性的水位級進行年際斷面面積變化比較，見表1。

經(jīng)統(tǒng)計分析，向家壩水文站大斷面2008～2009年、2010～2013年、2020～2021年年際斷面面積變化幅度相對較大，最大值為2013年水位265.00 m下的年際斷面面積變化10.2%。各水位級下，隨著水位逐漸升高，斷面面積變幅逐漸變小。從歷年綜合面積變幅可知，雖2010年以后向家壩水文站大斷面整體呈沖刷，但主要是受到特殊水情及水利工程影響，其余時段大斷面相對穩(wěn)定，影響時段主要為汛期（5月1日至10月15日）。

胡創(chuàng) 等向家壩水文站斷面沖淤變化及過流能力分析2.3斷面不穩(wěn)定分析

根據(jù)向家壩水文站歷年大斷面對比及資料分析，2008～2010年、2010～2013年、2020～2021年大斷面出現(xiàn)顯著沖淤變化。2008～2010年向家壩水電站截流后，巖壁、地基施工的大量泥沙淤積使起點距90～160 m的河底發(fā)生明顯淤積現(xiàn)象。2010～2013年向家壩基礎建設完成，大斷面逐漸由淤積轉(zhuǎn)變?yōu)闆_刷，上述范圍河段河底發(fā)生明顯沖刷。為方便來往船只通行，2020～2021年進行河道整治，汛期遭遇建站以來最大流量，使大斷面進一步?jīng)_刷，起點距110～160 m河底發(fā)生明顯沖刷。

3過洪能力分析

3.1典型年水位流量關系線分析

從建站以來，向家壩水文站水位-流量關系曲線逐漸偏右。為了驗證測站同水位級下斷面過洪能力變化，選擇2008，2010，2013，2021年和2023年作為代表性年份，對比分析歷年水位-流量關系曲線，見圖3。

由圖3可知，向家壩水文站水位-流量關系從2010年開始逐年偏右，同水位下流量增大，斷面過洪能力也隨之增大。2021～2023年為枯水年份，斷面沖刷影響較小，水位-流量關系線接近重合。

3.2典型年份同水位級下過流能力分析

向家壩水文站建站以來最低水位265.10 m，最高水位283.18 m，歷年水位變化區(qū)間為266.00～275.00 m。為了更好地分析斷面過流能力，分別選取水位266.00，269.00，272.00 m和275.00 m四個水位級進行比較，見表2。

由表2可知，同水位級下流量逐年增大，相比2008年，2023年向家壩水文站斷面過流能力低水位（266.00 m）偏大約2022%、中水位（269.00 m）偏大約19.44%、高水位（272.00 m）偏大約17.65%。對比2021年、2023年可知，逐年沖刷使斷面趨于穩(wěn)定，水位-流量關系曲線基本穩(wěn)定。因此，用2021～2023年實測流量點繪制綜合報汛曲線，估算2024年向家壩斷面的過流能力。

3.32024年向家壩水文站斷面過洪能力估算

向家壩水文站2021～2023年施測流量共計74次，其中，2021年施測33次，2022年施測22次，2023年施測19次，繪制水位流量綜合曲線，見圖4。

根據(jù)圖4水位流量綜合曲線，估算出2024年向家壩水文站斷面不同水位下過洪能力，見表3。

4結論

（1） 向家壩水文站斷面沖淤變化、過流能力受上游水庫蓄放水影響較大，當遇特大洪水時，斷面沖淤變化較大，應增加斷面測次，以保證水文測驗數(shù)據(jù)準確性、合理性。

（2） 向家壩水文站斷面沖淤變化、過流能力分析結果表明，壩下河床沖刷達到一定程度，斷面沖淤變化將趨于穩(wěn)定，受水庫蓄放水影響有限。

（3） 當壩下河段遇下游頂托時，可通過水位、流量關系，推算水文站斷面水位、過洪能力的受影響程度。

（編輯：李慧）