陳剛 賴見(jiàn)令

摘 要：汛期發(fā)電調(diào)度應(yīng)服從防洪調(diào)度，并兼顧航運(yùn)調(diào)度，為摸索向家壩電站泄洪工況下對(duì)航運(yùn)安全的影響，組織開(kāi)展了不同流量級(jí)泄洪工況下實(shí)船通航試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，向家壩升船機(jī)當(dāng)前最大通航流量可由7900m?/s（樞紐泄洪不超過(guò)1500m?/s）調(diào)整為：①1000噸級(jí)標(biāo)船：最大通航流量為8500m?/s（樞紐泄洪不超過(guò)2200m?/s）;②500噸級(jí)以上非標(biāo)船：最大通航流量為7500m?/s（樞紐泄洪不超過(guò)1000m?/s）。

關(guān)鍵詞：水電站;通航;泄洪;船舶

中圖分類(lèi)號(hào)：U644? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）10-0054-02

1 前言

向家壩水電站壩址位于四川省宜賓市敘州區(qū)和云南省水富市交界的金沙江峽谷出口處，電站以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、灌溉、攔沙及反調(diào)節(jié)等綜合功能。通航建筑物布置在樞紐左岸，采用全平衡齒輪爬升螺母柱保安式一級(jí)垂直升船機(jī)，按Ⅳ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，最大提升高度114.2米，設(shè)計(jì)年貨運(yùn)量112萬(wàn)噸。電站于2006年11月開(kāi)工建設(shè)，2012年11月首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2014年7月7日8臺(tái)機(jī)組全面投產(chǎn)發(fā)電，2018年5月升船機(jī)正式試通航。

根據(jù)《金沙江向家壩水庫(kù)運(yùn)用與電站運(yùn)行調(diào)度規(guī)程》，向家壩工程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)任務(wù)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。向家壩水電站正常運(yùn)行期運(yùn)行調(diào)度的主要任務(wù)是在確保工程安全的前提下，協(xié)調(diào)發(fā)電、航運(yùn)、防洪、灌溉等綜合利用功能的關(guān)系，充分發(fā)揮工程綜合利用效益。汛期發(fā)電調(diào)度應(yīng)服從防洪調(diào)度，并兼顧航運(yùn)調(diào)度，滿足設(shè)計(jì)通航條件。本文主要探究向家壩電站不同泄洪工況時(shí)對(duì)電站近區(qū)航運(yùn)安全的影響，通過(guò)開(kāi)展實(shí)船通航試驗(yàn)，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)優(yōu)化電站日調(diào)節(jié)和大壩泄洪調(diào)度，為電站運(yùn)行和航運(yùn)協(xié)調(diào)提供科學(xué)依據(jù)。

2 航運(yùn)對(duì)水力特性相關(guān)要求

根據(jù)JTJ305-2001《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，在船舶過(guò)壩期內(nèi)，引航道口門(mén)區(qū)水流條件應(yīng)滿足以下要求：平行航線的縱向流速應(yīng)不大于2m/s，垂直航線的橫向流速不大于0.3m/s，回流流速不大于0.4m/s。向家壩電站非恒定流物模試驗(yàn)研究表明，在設(shè)計(jì)的通航流量范圍內(nèi)（1200m3/s～12000 m3/s），按照下游水位最大日變幅暫按不超過(guò)4.5m/d控制，最大小時(shí)變幅暫按不超過(guò)1.0m/h試運(yùn)行的水位變幅控制，引航道口門(mén)區(qū)平行航線的縱向流速可滿足規(guī)范要求，但日調(diào)峰運(yùn)行的高水時(shí)段和樞紐泄洪時(shí)，引航道口門(mén)區(qū)仍將產(chǎn)生一定程度的橫流和局部回流，船（舶）隊(duì)進(jìn)出引航道時(shí)需注意安全、謹(jǐn)慎駕駛。

3 電站泄洪對(duì)航運(yùn)的影響分析

3.1 實(shí)船試驗(yàn)

為研究向家壩電站發(fā)電、泄洪等不同運(yùn)行工況下對(duì)電站近區(qū)航運(yùn)的影響，根據(jù)《金沙江向家壩水電站升船機(jī)特殊單項(xiàng)工程驗(yàn)收大綱》及《金沙江向家壩水電站升船機(jī)試通航前驗(yàn)收鑒定書(shū)》的要求，向家壩升船機(jī)組織開(kāi)展了兩個(gè)階段的實(shí)船試航試驗(yàn)，第一階段為不泄洪工況，第二階段為不同泄洪流量工況。

3.1.1 第一階段實(shí)船試驗(yàn)

向家壩升船機(jī)第一階段實(shí)船試航于2018 年1月21 日～27 日開(kāi)展，實(shí)船試航組次共22 組次（含防撞測(cè)試的船舶上下行及配合船舶的2 次上行），包括輔助閘室投用與不投用兩種工況下貨船（空載、重載）、客船過(guò)機(jī)試驗(yàn)，船舶超設(shè)計(jì)吃水試驗(yàn)，船舶夜航試驗(yàn)，防撞裝置撞擊試驗(yàn)等，實(shí)船試航結(jié)果并結(jié)合數(shù)學(xué)模型計(jì)算、物理模型試驗(yàn)、原型觀測(cè)等成果分析表明，在不泄洪情況下，機(jī)組滿發(fā)流量6400m3/s 以下，升船機(jī)上、下游航道通航水流條件滿足規(guī)范要求，船舶可安全進(jìn)出下游引航道及口門(mén)區(qū)，滿足第一階段機(jī)組滿發(fā)流量6400m3/s 以下試通航要求。

3.1.2 第二階段實(shí)船試驗(yàn)

為驗(yàn)證向家壩水電站機(jī)組滿發(fā)+泄洪條件下，下游引航道、口門(mén)區(qū)及連接段通航水流情況（實(shí)際出力560）;檢驗(yàn)不同動(dòng)力條件下，不同船型通過(guò)引航道、口門(mén)區(qū)及連接段通航水流情況;驗(yàn)證設(shè)計(jì)通航流量上限;與第一階段實(shí)船試航中向家壩升船機(jī)下游引航道口門(mén)區(qū)實(shí)船試航（泄洪750m3/s）進(jìn)行對(duì)比，探討不同泄洪工況對(duì)船舶通過(guò)口門(mén)區(qū)影響。向家壩升船機(jī)第二階段泄洪工況實(shí)船試航于2018 年9 月20 日-22 日開(kāi)展。共計(jì)7350m3/s（泄洪1550 m3/s）、6800m3/s（泄洪1000 m3/s）、7700m3/s（泄洪2000m3/s）、8250m3/s（泄洪2500m3/s）等4 個(gè)量級(jí)工況。

3.1.3 補(bǔ)充實(shí)船試驗(yàn)

由于第二階段泄洪工況下實(shí)船試航測(cè)試工況機(jī)組均未滿發(fā)，受洪水調(diào)控困難影響，參試船舶樣本較少，為進(jìn)一步提升向家壩升船機(jī)可安全通航流量標(biāo)準(zhǔn)，掌握多樣本船舶在泄洪工況下的航行特性，對(duì)向家壩升船機(jī)進(jìn)行了補(bǔ)充實(shí)船試驗(yàn)。補(bǔ)充實(shí)船試航于2019 年7 月19 日-20 日及8 月15 日分階段開(kāi)展。共計(jì)7900m3/s（泄洪1500m3/s）、7900m3/s（泄洪2000m3/s）、7900m3/s（泄洪2500m3/s）、7900m3/s（泄洪3100m3/s）4 個(gè)量級(jí)工況。

3.2 泄洪通航安全分析

3.2.1 泄洪狀態(tài)下的通航流量

經(jīng)過(guò)不同泄洪流量下實(shí)船試航情況看，升船機(jī)整體運(yùn)行平穩(wěn)，升船機(jī)及助導(dǎo)航設(shè)備設(shè)施性能良好、船舶安檢調(diào)度組織科學(xué)合理。根據(jù)《向家壩升船機(jī)第一階段實(shí)船試航成果報(bào)告技術(shù)評(píng)審意見(jiàn)》有關(guān)結(jié)論，出庫(kù)流量6400m3/s（泄洪不超750m3/s）工況條件下，船舶可安全進(jìn)出口門(mén)區(qū)。根據(jù)第二階段實(shí)船試航8250m3/s（泄洪2500m3/s）工況下升船機(jī)運(yùn)行、水動(dòng)力學(xué)及船舶等觀測(cè)成果，結(jié)合試航船舶航行特性、口門(mén)區(qū)通航水流條件等分析，綜合認(rèn)為電站總出庫(kù)流量8900m3/s（泄洪不超2500m3/s）工況下，1000 噸級(jí)船舶可安全進(jìn)出口門(mén)區(qū)，由于下游引航道口門(mén)區(qū)水流條件復(fù)雜，影響因素較多，在試通航過(guò)程中，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)觀測(cè)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索進(jìn)一步提高最高通航流量標(biāo)準(zhǔn)的可能。

3.2.2 泄洪對(duì)升船機(jī)的影響

升船機(jī)船廂無(wú)船靜水時(shí)，船廂水面非常平穩(wěn)，各測(cè)點(diǎn)波動(dòng)小于0.5cm。船廂升降運(yùn)行全程，船廂內(nèi)水面平穩(wěn)，波動(dòng)2～4cm 左右，與船廂關(guān)門(mén)前廂內(nèi)初始波動(dòng)有關(guān)，船廂門(mén)關(guān)閉后，船廂水面在3～5min內(nèi)可基本恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)，不會(huì)對(duì)船舶及升船機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。船廂調(diào)整水深時(shí)，未發(fā)現(xiàn)不良流態(tài)，船廂水面波動(dòng)較小，波動(dòng)約3～5cm。

在大流量泄洪工況試航，輔助閘室投入運(yùn)行，升船機(jī)下游對(duì)接條件較優(yōu)，不存在非恒定流波動(dòng)影響，故在對(duì)接過(guò)程中產(chǎn)生的不平衡荷載很小，鎖定機(jī)構(gòu)受力總體較小，實(shí)測(cè)支承油缸最大受力約40t，合力最大約200t，總體在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)（單只支撐油缸額定載荷為150t）。船廂在容許的10cm 對(duì)接水位差條件下對(duì)接，鎖定機(jī)構(gòu)合力波動(dòng)約200t，較正常對(duì)接工況波動(dòng)（60～100t）明顯增大，但各鎖定裝置受力仍遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)承載力。

總體上看，船舶進(jìn)出船廂航速較低，最大船速基本能控制在0.5m/s 以內(nèi)，船舶進(jìn)廂綜合下沉量總體較小，均在10cm 以內(nèi)，船舶出廂綜合下沉量正常在15cm 左右，最大值為23.1cm，受對(duì)接水位差影響較大。船舶綜合下沉量是水面波動(dòng)與船舶航行下沉的疊加，對(duì)于2.0m 吃水的代表性船舶，船舶航速控制在0.5m/s 內(nèi)，因航行引起的下沉在10cm 以內(nèi)，略小于水面波動(dòng)引起的船舶下沉，過(guò)機(jī)船舶不存在觸底風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 泄洪時(shí)口門(mén)區(qū)通航水流條件對(duì)通航的影響

在補(bǔ)充試航期間，完成了出庫(kù)流量7900m3/s、8400m3/s、8900m3/s、9500m3/s 四個(gè)工況下游引航道口門(mén)區(qū)通航水流條件觀測(cè)。從測(cè)試結(jié)果可以看出，口門(mén)區(qū)流速隨出庫(kù)流量增大而增大，口門(mén)區(qū)范圍內(nèi)縱向流速最大在2.5m/s，即使超過(guò)2m/s 的規(guī)范限值，對(duì)船舶順利進(jìn)出引航道不產(chǎn)生大的影響。實(shí)測(cè)最大回流流速已遠(yuǎn)超出規(guī)范要求，但較大的回流流速出現(xiàn)在岸邊，從流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和船舶航跡線可以看出，船舶不經(jīng)過(guò)岸邊回流區(qū)，因此不受其影響。口門(mén)區(qū)實(shí)測(cè)范圍內(nèi)橫向流速隨流量增大也有明顯的增大，但由于超標(biāo)范圍不大，且船舶看水行駛，減小了橫流的影響，因此船舶在8900m3/s、9500m3/s 條件下，依然能夠通過(guò)口門(mén)區(qū)。

4 建議

升船機(jī)試通航后，通過(guò)不斷完善航行基礎(chǔ)設(shè)施、船舶監(jiān)測(cè)手段、調(diào)度方式等，通航能力穩(wěn)步提升。特別是經(jīng)過(guò)泄洪工況下的實(shí)船通航試驗(yàn)，為下一步向家壩升船機(jī)泄洪工況下試通航及通航驗(yàn)收提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。將泄洪狀態(tài)下的通航流量由之前6400m3/s（泄洪不超750m3/s）上升到7900m3/s（泄洪不超1500m3/s），結(jié)合補(bǔ)充實(shí)船試驗(yàn)，向家壩升船機(jī)最大通航流量可由7900m?/s（樞紐泄洪不超過(guò)1500m?/s）調(diào)整為：①1000噸級(jí)標(biāo)船：最大通航流量為8500m?/s（樞紐泄洪不超過(guò)2200m?/s）;②500噸級(jí)以上非標(biāo)船：最大通航流量為7500m?/s（樞紐泄洪不超過(guò)1000m?/s）。當(dāng)電站流量級(jí)別接近通航流量上限附近時(shí)，需要做好來(lái)水的預(yù)測(cè)和提前預(yù)警，研究建立臨時(shí)停航預(yù)警機(jī)制和正式停航信息發(fā)布機(jī)制。