向家壩水電站壩下河段水文特性淺析

瞿 靛 雷方亮

(1.長江上游水文水資源勘測局 宜賓分局，四川 宜賓 644000；2.長江上游水文水資源勘測局 攀枝花分局，四川 攀枝花 617000)

1 壩下河段概況

向家壩水電站位于四川省宜賓縣和云南省水富縣交界的金沙江峽谷出口處，下距宜賓市33km，是金沙江下游河段四個梯級水電站的最后一級。壩址控制流域面積45.88萬km2，占金沙江流域面積約97%，控制了金沙江的主要暴雨區(qū)和產(chǎn)沙區(qū)。流域多年平均徑流量1440億m3，多年平均流量4570m3/s；壩址地區(qū)多年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.47億t，多年平均含沙量1.72kg/m3。該電站以發(fā)電為主，兼有航運、灌溉、攔沙、防洪等綜合效益。水庫正常蓄水位380m，相應(yīng)庫容49.77億m3，調(diào)節(jié)庫容9.03億m3，具有季調(diào)節(jié)性能。向家壩水電站裝機容量600萬kW，與溪洛渡聯(lián)合運行時年發(fā)電量307.47億kW·h，保證出力200萬kW。

壩下河段地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬半年受青藏高原南支西風(fēng)環(huán)流影響，天氣晴朗干燥，降雨稀少；夏半年受副熱帶西風(fēng)和西南季風(fēng)影響，降水較為頻繁，年內(nèi)干、濕季的交替變化極其明顯；年平均氣溫基本呈緯向分布，高緯度氣溫低，低緯度氣溫高，由于山勢起伏不定，同一地區(qū)氣溫隨海拔高度的變化明顯，山勢越高，氣溫越低。測區(qū)為高山峽谷地帶，山勢陡峻，河谷深切，河道呈V字形河谷，峰谷高差1000米以上，區(qū)間無較大支流入?yún)R，向家壩下游河段為通航河道。

2 來水來沙條件

2.1 水沙特征

壩下河段來水來沙控制站為向家壩站。向家壩水文站始建于2008年5月份，測驗河段河道順直，測流斷面下游約1000m為橫江與金沙江匯合口，上游400m和2000m分別有金沙江大橋和向家壩水電站壩址。向家壩水文站測驗斷面呈“U”型，河床為亂石覆沙和巖石組成，右岸為巖石堡坎，左岸為混凝土護坡。岷江、橫江中高水對斷面有頂托現(xiàn)象。向家壩水文站集水面積458800km2。

壩下河段水沙變幅較大。據(jù)2009～2011年資料統(tǒng)計，實測最大流量和最小流量相差16倍；實測最高水位和最低水位變幅達13.45m；實測最大輸沙量和最小輸沙量相差2.8倍。

2.2 來水來沙特性

圖1 向家壩站月平均流量變化

圖2 向家壩站月平均輸沙率變化

壩下河段來水來沙主要受向家壩站控制。2011年向家壩站徑流量為103億m3，較2009、2010年均值分別偏小27%和25%。2011年，向家壩站懸移質(zhì)輸沙量為0.055億t，較2009、2010年均值分別偏少65%和59%。

從年內(nèi)變化來看，與多年均值相比，2011年向家壩站除了1月和6月水量分別偏豐3%和8%外，其它各月水量則均有所偏枯，其幅度在0～34%之間，其中水量增多最大的月份為6月，增多了8%，而9月是水量偏少最大的月份，偏少了34%。2011年與多年均值相比，向家壩站1～6月沙量增多8%～44%，6～12月沙量則偏小19%～74%，見圖1和圖2。

2.3 河段水流特性

天然情況下，測區(qū)河段水面比降主要受河道形態(tài)，岷江、橫江和金沙江三江來流相互頂托等綜合影響，變化比較復(fù)雜。向家壩專用水文站測流斷面河段較順直，高水時無漫灘，測站下游1.9km有橫江匯入，下游28km有岷江匯入，橫江中高水時有頂托作用，岷江高水時有頂托作用，水位流量關(guān)系不穩(wěn)定。

采用2008～2009年資料，摘錄出受橫江來水影響時(橫江流量超過400m3/s、岷江高場來水超過7000m3/s)的實測點據(jù)，擬定水位流量綜合線，2009年點據(jù)較2008年右偏，即同流量下水位偏低，但向家壩專用水文站受下游來水頂托影響較大使其年際變化并不明顯。當(dāng)橫江、岷江無較大來水時，實測點據(jù)與水位流量關(guān)系線擬合較好，當(dāng)橫江來水超過400m3/s、岷江來水超過7000m3/s時，水位明顯抬高，粗略估計，每增加 100m3/s 流量水位分別抬高 0.03～0.07m、0.01～0.03m，整體水位流量關(guān)系見圖3。

圖3 向家壩(宜)站水位流量關(guān)系

3 壩下河段沖淤特性

根據(jù)向家壩水文站2009-2011年測驗斷面收集的資料分析，壩下河段岸坡部分穩(wěn)定，但主河床呈逐年沖刷狀態(tài)，中水位對應(yīng)的斷面面積2011年比2009年增大7%左右。為客觀掌握向家壩水電站對壩下游橋梁、碼頭、堤壩的影響情況，壩下河段分別于2008、2012年進行了兩次地形測量，用其收集的資料來分析沖淤特性。沖淤量的計算方法采用的是容積法，計算時利用的斷面從地形圖上切取，為了便于計算，一共切取了39個斷面。

3.1 沖淤量

分析河段從2008.3～2012.2河段總共沖刷36.7萬噸。從沖淤分布來看，觀測河段內(nèi)有沖也有淤。淤積主要集中在向家壩水文站上游150m、春風(fēng)里商品房下游400m范圍內(nèi)，淤積12.7萬噸，測區(qū)內(nèi)其它河段則沖刷了50.8萬噸。

3.2 沖淤強度

沖淤強度最大沖刷了3.8萬噸，單位河長沖刷量為0.072萬噸/m，對應(yīng)的地形實貌就是金沙江公路大橋下游60m范圍。金沙江公路橋沖刷了2.2萬噸，單位河長沖刷量為0.061萬噸/m。鐵路橋沖刷了1.8萬噸，單位河長沖刷量為0.035萬噸/m，水富縣港口碼頭沖刷了1.8萬噸，單位河長沖刷量為0.030萬噸/m。金沙江公路大橋附近河段沖刷強度相對其它斷面比較大，向家壩水文站測驗斷面上游幾十米范圍內(nèi)淤積強度比較大。

4 總體認(rèn)識

向家壩水電工程工程由建設(shè)期轉(zhuǎn)入發(fā)電期。大壩落成使上游來水受導(dǎo)流影響而具有明顯的削峰作用，大壩出流因消能作用對近程河段產(chǎn)生沖刷作用，并隨壩下消能池而有所改善。壩下斷面流量既受大壩出流方式的影響，還受下游橫江和岷江支流不同程度的頂托影響；同時上游來沙經(jīng)壩前沉積后懸移質(zhì)粒徑有所減小，年輸沙率影響顯著。

隨著水電開發(fā)進程，受水電工程影響的河段水文特性必將越來越多，這給傳統(tǒng)水文資料收集帶來困難，必將推進水文方式方法創(chuàng)新，促進水文事業(yè)全新發(fā)展。

[1]LS247-1999水文資料整編規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2]王浩，王建華.中國水資源與可持續(xù)發(fā)展[J].中國科學(xué)院院刊，2012(03).

[3]陳永紅，王濤，林天才，黃錦鑫.長江三峽工程對螺山水文站水文特性影響研究[J].長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011(04).