向家壩水電站汛期航運調度淺析

鄒澤華，韓媛媛，趙全

（三峽水利樞紐梯級調度通信中心，四川 成都 610094）

向家壩水電站是金沙江下游河段水電規劃的最下游梯級，壩址位于四川屏山縣和云南水富縣交界的金沙江干流上，是一座以發電為主，兼有航運、灌溉、攔沙和防洪等綜合效益的特大型電站，并具備為上游梯級電站進行反調節的作用[1]。向家壩水電站與上游的溪洛渡水電站組成溪洛渡-向家壩梯級水電樞紐，三峽梯調成都調控中心（以下簡稱“成都集控”）是溪洛渡-向家壩梯級水電樞紐的調控管理機構[2]。

向家壩電站下游為天然河道，壩址以下水富至宜賓河段內港口碼頭眾多，河段按Ⅴ級航道維護，通過整治達到Ⅲ級航道標準，可常年通行1000t 級船舶。向家壩升船機最大提升高度114.2 米，為目前世界上已建成投運的單機提升高度最高的升船機，于2018年5月向家壩升船機開始正式試通航運行[3]。

1 背景介紹

溪洛渡-向家壩梯級水庫是長江防洪體系的重要組成部分，汛期水電站運行以防洪為主，水庫水位不能超出允許的上限水位。因此，當來水偏多時，電站防洪需及時下泄洪水，而升船機通航要求控制電站的泄洪流量，防洪與航運存在一定程度的矛盾。2020年汛期，自7月22日開始，向家壩出庫流量持續大于8500m3/s，超過升船機通航要求，向家壩升船機停航（升船機通航條件為向家壩泄洪流量小于2200m3/s；機組滿發流量約6300m3/s[4]）。8月初，向家壩上下游已積壓若干艘船舶等待過機，考慮向家壩升船機將于8月5日后開展2020年度計劃性停航檢修，最終采取向家壩水庫提前預泄、晝夜差別泄洪等方式，短期控制泄洪流量以疏散待過機船舶。

7月20日至8月1日向家壩出庫流量如圖1 所示，8月2日向家壩電站按出庫流量14000m3/s 進行預泄，在8月3日8 時前將出庫流量減至8400m3/s，3日20時后再逐步增加出庫流量至14000m3/s。如此盡可能地加大泄洪量，并讓積壓船舶順利過機，同時滿足了防洪調度和航運調度的要求。

2 調度過程

按向家壩水庫調度規程規定的要求，為保障下游航運安全，電站運行過程中應控制下泄流量的變幅和變率，減小下游河道的水位變幅，運行初期電站日調峰運行時下游水位最大日變幅暫按不超過4.5m/d 控制，最大小時變幅暫按不超過1.0m/h 試運行[5]。本次航運調度過程中嚴格遵守水調規程，制定閘門分檔操作計劃，以避免水位變幅越限。

2.1 8月2日加大出庫流量預泄

此前，按照汛期防洪調度要求，溪洛渡-向家壩梯級電站基本按出入庫平衡控制，為平穩控制向家壩出庫，8月1日即開始加大出庫流量。8月2日5 時至7 時，成都集控分四檔將向家壩出庫流量由11700m3/s 調整至14000m3/s 進行預泄，具體操作如表1 所示。

表1 向家壩出庫流量由11700m3/s 增加至14000m3/s 過程

2.2 8月3日白天升船機通航

8月2日23 時前向家壩出庫流量均維持在14000m3/s，8月2日23 時至8月3日7 時，成都集控分五檔將向家壩出庫流量由14000m3/s調整至8400m3/s，具體操作如表2 所示，3日8 時后向家壩升船機正常通航。

表2 向家壩出庫流量由14000m3/s 減少至8400m3/s 過程

2.3 8月3日晚通航計劃暫停

8月3日20 時至22 時，成都集控分三檔將向家壩出庫流量由8400m3/s 調整至11500m3/s，具體操作如表3 所示，此后向家壩水庫按出入庫流量基本平衡下泄。至此，此次航運調度過程結束。

表3 向家壩出庫流量由8400m3/s 增加至11500m3/s 過程

3 晝夜差異化泄洪航運調度可行性研究

3.1 調度過程分析

此次航運調度過程從8月1日晚開始，至8月3日晚結束。期間，最大出庫流量調整幅度5600m3/s（由14000 m3/s 減少至8400 m3/s，跨越8月2日、3日兩個自然日），下游水位最大日變幅3.83m、最大滾動日變幅4.26m。8月1日至8月3日向家壩出庫流量變化及下游水位變化情況如圖2 所示。

目前，向家壩升船機通航時間為每日8:00 至20:00，在滿足防洪調度要求的前提下，為提高升船機的通航天數，實時調度可采用晝夜差別下泄的方式，即控制8:00 至20:00 向家壩出庫流量為8400m3/s 保證升船機通航，20:00 后逐步加大閘門下泄。考慮下游水位變化對金沙江航運及沿岸居民生產生活的影響，推薦不同下游水位日變幅下的航運調度方案如表4 所示，可供實施升船機航運調度參考。考慮向家壩下游水位受岷江、橫江頂托等因素影響，表4 中下游日變幅數據與實際會有少許差別。

表4 汛期升船機航運調度參考方案

3.2 開展晝夜差異化調度的建議

雖然水庫調度規程規定向家壩下游水位最大日變幅按不超過 4.5m/d 控制，但按照交通運輸部的要求，向家壩電站實時調度過程中，宜控制下游水位日變幅不超3m。表4 中方案3 至方案5 的下游水位日變幅已超出日常調度3m 的限制要求，且日內平均出庫流量相比方案1、方案2 增加不明顯，因此不建議采用。

實時調度中為應對突發狀況，還應留出一定的調度裕度，在可預見情況下一般控制下游水位日變幅不超2m；當預計下游水位日變幅將達到2.5m 時，宜提前一天向相關單位發送重要水情信息，提醒其做好監測及防范措施。

因此，汛期溪向梯級電站按出入庫基本平衡調度時，可按以下原則開展航運調度：

（1）當預測溪向梯級總入庫流量（溪洛渡入庫與溪向區間產流之和）小于9500m3/s 時，向家壩航運調度可每天開展，日內最大出庫流量小于11100m3/s，下游水位日變幅約2m。

（2）當預測溪向梯級總入庫流量在9500m3/s～9700m3/s 時，向家壩航運調度可每天開展，日內最大出庫流量11100～11900m3/s，下游水位日變幅2～2.5m。

（3）當預測溪向梯級總入庫流量大于9700m3/s、小于10800m3/s 時，若向家壩升船機航運需求較大，可采用隔日通航的方式開展航運調度，即第一日預泄、第二日通航。考慮向家壩升船機航運調度期間不影響下游河段的正常通航，建議控制每日下游水位日變幅不超過2.5m，最大出庫流量不超最高通航流量12000m3/s，推薦表5 的隔日通航調度方式。在表5 隔日通航調度方式下，第一日預泄、第二日通航，兩日日均出庫流量10800m3/s。

表5 隔日通航調度方式

（4）當預測溪向梯級總入庫流量大于10800m3/s時，即使采用隔日通航的方式，第二日下游水位變幅將超過2.5m，因此不建議開展航運調度。

4 總結

向家壩升船機自2018年投運后，進一步促進了金沙江航運的發展，過機船舶逐年增加，實時調度過程中，盡量保證升船機的通航，可以更好地發揮向家壩水電站的綜合效益。本文根據向家壩航運調度的實際情況進行分析研究得出，汛期采用晝夜差異化泄洪航運調度，既能滿足防洪調度的需要，也能及時緩解航運調度的壓力，為優化向家壩電站汛期運行方式提供更好的技術參考，同時也為其他流域大型水電站汛期的航運調度提供借鑒作用。