白鶴灘水電站受溪洛渡水電站回水頂托影響的分析

曹 輝，張繼順，董先勇，王漢濤

(1.中國長江三峽集團公司，北京 100038;2.三峽水利樞紐梯級調度通信中心，四川 成都 610041)

0 引言

水位流量關系曲線是用來描述水文斷面的水位與通過該斷面的流量兩者之間關系的曲線，是水文預報、水文計算基本依據［1］。水庫蓄水后，改變了河道天然水沙屬性，河段水文測驗條件也隨之發生變化，尤其是水利工程位于水文站測驗斷面的下游時，測驗斷面處于水庫回水區內，原有穩定的河流流態受到破壞［2］，不穩定的流態使得水位與流量喪失原有穩定關系［3］。

溪洛渡水電站2013年5月首次蓄水，起蓄水位為440.78 m，12月底抬升至540 m，2014年9月蓄水至正常蓄水位600 m，2015年和2016年均成功蓄水至600 m。根據溪洛渡水電站可研階段設計回水成果，溪洛渡水位達到600 m時，水庫回水長度199 km，此時回水末端將達到白鶴灘壩區，非汛期溪洛渡水庫高水位運行將使白鶴灘壩區同時具有水庫和天然河道的雙重特性［4］，水位流量關系變得復雜，這對正在建設中的白鶴灘水利工程在施工安全和進度產生將產生較大影響。因此，急需確定溪洛渡水電站成庫后新的水位流量關系［5］。本文根據溪洛渡水電站蓄水后白鶴灘壩區不同水文站點的實測資料，研究溪洛渡水庫在600 m附近運行時對白鶴灘壩區水位的影響。

1 梯級電站及水位站概況

白鶴灘水電站是金沙江下游河段4個梯級電站的第2級，距上游烏東德水電站182 km，距下游溪洛渡水電站195 km。該電站為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289 m，水庫總庫容206.27億m3，裝機規模16 000 MW，位列世界第2。白鶴灘電站于2011年開始籌建，預計2021年7月首臺機組發電，2022年全部機組投產發電。

溪洛渡水電站是金沙江下游河段4座梯級電站的第3級，以發電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等綜合效益，正常蓄水位600 m，防洪限制水位560 m，死水位540 m。正常蓄水位時，水庫庫容115.7億m3，調節庫容64.6億m3，死庫容51.1億m3，具有不完全年調節性能。電站總裝機13 860 MW，位列世界已建成電站的第3位。

白鶴灘水電站壩區分布有水文站2個、水位站4個。目前，電站已經完成大江截流;因此，受溪洛渡水電站回水頂托影響的水文(位)站集中在白鶴灘圍堰以下，主要包括白鶴灘水文站、右尾水和下導出水位站，站點位置見圖1。其中，白鶴灘水文站是白鶴灘水電站設計依據站華彈站的遷建站，2014年由白鶴灘壩址上游40 km遷至白鶴灘壩址下游約5 km處，距離溪洛渡水電站約190 km，該站控制流域面積425 948 km2，具有1958年以來的水文資料，是白鶴灘水電站水情預報的重要依據站和溪洛渡庫區進口控制站，該站水位流量關系基本穩定。右尾水和下導出水位站建于2013年，分別位于白鶴灘壩址下游1 km和2 km處，主要為電站建設期提供水情預報服務。

圖1 白鶴灘水電站壩區水位站點示意

溪洛渡水電站調度規程規定水位運行調度原則為:主汛期(7月～8月)控制溪洛渡水庫水位不高于汛期防洪限制水位560 m，9月水庫開始蓄水，9月底庫水位抬高到正常蓄水位600 m運行，12月至次年5月為供水期，水庫水位由600 m消落至死水位540 m。2015年～2016年，具體水位變化過程線如圖2所示。

圖2 2015年～2016年溪洛渡水電站水位運行過程線

2 溪洛渡蓄水對白鶴灘壩區水位流量關系影響

2.1 水位流量關系影響分析

由圖3～5可知，在溪洛渡水電站蓄水發電前，白鶴灘、右尾水和下導出3個水文(位)站實測點緊緊圍繞相關線，水位-流量之間相關性十分緊密，水位-流量呈現單值關系。當溪洛渡壩水電站蓄水后，3個水文(位)站受到溪洛渡水電站不同程度回水頂托影響。

(1)白鶴灘水文站。溪洛渡壩前水位低于575 m時，白鶴灘水文站水位-流量關系線與天然狀態時期水位-流量線基本重合，說明溪洛渡壩前水位低于575 m時，白鶴灘水位站不受影響;當溪洛渡水電站壩前水位達到575 m時，白鶴灘水文站水位-流量關系點開始發生偏離，可將575 m作為白鶴灘水文站受溪洛渡回水影響的臨界水位;溪洛渡水電站壩前水位在575－585 m間時，白鶴灘水文站水位-流量關系比較散亂，當溪洛渡壩前水位達到590 m及以上時，白鶴灘水文站水位-流量關系較天然狀態時期成系統性抬升趨勢，可以擬合新的水位流量關系曲線。

(2)右尾水水位站。在溪洛渡壩前水位低于575 m時，右尾水水位站水位-流量關系線與天然狀態時期水位-流量線重合度非常高;當溪洛渡壩前水位達到580～585 m時，右尾水水位站水位-流量關系點開始發生偏離，即575 m作為右尾水水位站受溪洛渡回水影響的臨界水位，當溪洛渡壩前水位達到590 m左右時，水位-流量關系較天然時期成系統性抬升，重新擬定水位流量關系曲線。

表1 白鶴灘壩區水文(位)站受溪洛渡回水頂托影響程度 m

圖3 白鶴灘水文站水位流量關系

圖4 右尾水水位站水位流量關系

圖5 下導出水位站水位流量關系

(3)下導出水位站。溪洛渡壩前水位低于590 m時，下導出水位站基本不受回水頂托托影響;當溪洛渡水電站壩前水位超過590 m時，下導出水位站水位-流量實測點分布較寬，即受到溪洛渡回水頂托影響;當溪洛渡壩前水位達到595 m左右時，同流量級水位呈系統性增加趨勢，需要擬合新水位-流量關系線。

2.2 影響程度分析

根據水庫回水特點，相同壩前水位，當流量越小時，回水距離越遠［6］，因此，對于溪洛渡和白鶴灘水電站來說，相同的溪洛渡壩前庫水位，上游來水越小，水庫回水末端距離溪洛渡壩址越遠，白鶴灘壩區水位受影響程度也越大［7］;當上游來水一定時，溪洛渡水庫水位越高，水庫回水末端離溪洛渡壩址越遠，對白鶴灘壩區水位影響程度也越大［8］。

根據實測流量數據分析(見表1)，白鶴灘水位站在溪洛渡壩前水位575 m時，在不同流量級下，回水頂托影響程度在0.1～1.4 m;在溪洛渡壩前水位達600 m左右、壩址流量在1 000 m3/s時，白鶴灘水文站受回水頂托影響可達18 m，10 000 m3/s以上流量時，頂托影響接近9 m。

右尾水水位站在溪洛渡壩前水位585 m時，回水影響在1 m左右，溪洛渡壩前水位590 m時，回水頂托約2 m;在溪洛渡壩前水位達到600 m左右時，影響程度為10 m以內。

下導出水位站在溪洛渡壩前水位595 m，回水頂托影響在1 m以內，在溪洛渡壩前水位達到600 m時，影響程度在2～4 m之間。

3 結論

(1)溪洛渡水庫蓄水至575～595 m時，回水頂托將依次影響到白鶴灘壩區的白鶴灘水文站、右尾水水位站、下導出水位站。

(2)白鶴灘壩區受溪洛渡回水頂托影響與溪洛渡壩前水位有關外;另外，對于不同壩址流量，回水頂托影響程度也有所差異。即，通常流量越小，影響程度越大［9］。

(3)溪洛渡水庫一般9月中旬開始蓄水，9月底蓄至正常蓄水位600 m，12月下旬開始消落，5月底消落結束。根據溪洛渡水庫運行情況，白鶴灘受溪洛渡回水頂托影響時段為每年9月中旬至翌年3月。

(4)水位頂托影響分析是一項比較復雜的工作，不僅受壩前水位和壩址流量影響還與河道地形變化密切相關［10］。由于溪洛渡水電站2014年才進行蓄水發電，實測資料有限，為完整地分析溪洛渡水庫運行調度對白鶴灘壩區的影響情況，還需根據溪洛渡水庫蓄水后不同運行方式累計實測數據，作進一步的分析研究。

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