實現向家壩電站發電與航運共贏的工程措施和建議

梅雪東 楊鵬

摘 要：向家壩電站工程是以發電為主，同時改善航運條件，兼顧防洪、灌溉等作用。為了解決向家壩電站運行下游非恒定流對航運的影響，在向家壩升船機下閘首的下游設置輔助閘室和輔助閘首，將船廂與下游水位對接處的水面和下游主河道水面隔開，使承船廂水深不受下游水面波動的影響，保證升船機在下游水位變率較大工況下安全、連續運行的需要，最終取得了電站發電與航運的雙贏。本文著重介紹解決電站發電與航運矛盾的工程措施及應用效果，可供借鑒。

關鍵詞：發電;航運;工程措施;向家壩電站

中圖分類號：U644? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0088-02

向家壩水電站位于四川省宜賓市與云南省水富市交界處，是金沙江干流下游規劃的最末一座梯級電站，工程樞紐距下游水富縣城1.5km，距宜賓市33km。工程開發任務是以發電為主，同時改善航運條件，兼顧防洪、灌溉，并具有對溪洛渡水電站進行反調節等作用。水庫正常蓄水位380m，死水位370m，總庫容51.63億m3，調節庫容9.03億m3，電站設計安裝8臺單機額定容量800MW的機組，總裝機容量6400MW。樞紐工程主要包括最大壩高為162m的混凝土重力壩、提升高度為114.2m的垂直升船機，左岸壩后式廠房、右岸地下廠房和兩岸灌溉取水口等。

按照地方航運部門的航運規劃，向家壩壩址至宜賓河段現按Ⅴ級航道標準維護，規劃將通過整治達到Ⅲ級航道標準;長江宜賓至重慶河段現為Ⅲ級航道，遠期規劃為I級航道。

向家壩水電站及升船機建成運行后給金沙江航運發展帶來了新的機遇和挑戰，一方面渠化了向家壩～溪洛渡之間長約156km河段，同時向家壩水庫對徑流的調節作用也增加了枯水期平均流量，減少了洪峰頻率;另一方面，水庫及電站的調度運行將改變天然河道水流條件，給升船機運行、航道維護及船舶的安全航行造成一定影響。

1航運條件

1.1水文條件

1.2升船機運行條件

2電站運行與航運的主要矛盾

根據向家壩水電站下游非恒定流水力學模型試驗研究成果，由電站日調節、大壩泄洪及電站事故等因素形成的非恒定流造成升船機下游引航道的水位變率較大，小時最大變率為2.43m～2.90m，15min最大變率為0.95m～1.89m。與此同時，根據現場實際情況，現在當電站泄洪時，下游引航道內涌浪浪高一般都會超過0.5m，已經突破了升船機能適應的最大水位變化0.5m的設計能力和升船機通航門、船廂門運行時允許的最大水位差0.2m的要求。

由于向家壩水電站裝機規模巨大，電站出庫流量變化范圍大，其下游為天然河道，水流條件受非恒定流影響較大，為滿足升船機安全運行的要求，電站調度運行的靈活性受到較大制約，無論是日內調峰運行，還是洪水調度（最大通航流量以下），既要在保證升船機安全運行的前提下慎重調度，又要盡量發揮電站的調峰和水庫的防洪作用，調度運行方式十分復雜，多數情況下，只能兼顧發電或航運一方需求，發電和航運運行技術要求矛盾十分突出。

3工程措施

為解決電站運行對航運安全的影響，滿足升船機在下游水位變率較大工況下安全、連續運行的需要，最終采取了在下閘首下游側設計了輔助閘室和輔助閘首工程措施，布置如圖1。

輔助閘室總長118.00m，寬24米（是承船廂寬度的2倍），底高程為258.00m。輔助閘首設在輔助閘室下游側，長20.00m，航槽寬24.00m，底板頂高程260.50m，布置有防撞裝置和工作閘門，保證了最淺通航水深為5.3m。

緊接輔助閘首下游端沿引航道左側布置輔導航墻，長13.045m。沿下游引航道停泊段左側布置4個靠船墩，其墩中心線間距為40.0m;另外，沿原泄水渠岸邊布置了8個靠船墩供停泊區內船舶靠泊，在每個靠船墩的右側（通航側）立面沿高程267.00m至279.00m及頂部共設置8個固定式系船柱，供船舶在不同水位條件下系纜。

由于輔助閘室上沒有布置機電設備，按照使用要求，其防洪僅需滿足通航水位的要求，由此確定輔助閘室防洪標準采用洪水重現期2年;而輔助閘首防洪標準同下閘首防洪標準，采用洪水重現期1000年。

輔助閘室與輔助閘首的功能是在升船機運行時，將船廂與下游水位對接處的水面和下游主河道水面隔開，不受下游水面波動的影響，保證升船機的對接安全。根據非恒定流模型試驗成果，確定輔助閘室與輔助閘首的最大運行水頭為3.0m。采用門下輸水方式，沒有另外設置輸水系統。考慮到輔助閘室內沒有設備需要檢修，也沒有輸水系統，輔助閘室與輔助閘首不設置檢修工況。輔助閘首只布置了一道工作門和一道防撞裝置。

4實例與成效

實例：2020年5月15日從11：30至12：00期間，出力由3720MW調整為2920MW，降低出力800MW，下游水位由268.792m降至268.277m，變幅為0.515m，對此，升船機運行管理人員提前將計劃上行過壩船舶乘龍2號調至輔助閘室內，并關閉輔助閘室工作門，此時下行船舶長順68在上游發令進廂，升船機完成上游解除對接、下行、下游對接運行后，12：16分船舶長順68出廂，乘龍2號立即從輔助閘室內啟航進入升船機，乘龍2號開始上行過壩流程，長順68下行過壩歷時53min，乘龍2號上行過壩歷時48min。由于輔助閘首工作門關閉，船廂水位不再受電站調整負荷影響而產生變化，船舶長順68和乘龍2號在輔助閘室內實現無縫錯船，不僅消除了船廂水位變幅過大安全隱患，也減少了一次船廂解除對接和重新對接流程，通航效率沒有任何影響。

由于輔助閘室、輔助閘首工程設施可以隨時將升船機與下游主河道隔斷，有效地避免了電站調峰運行、大壩泄洪和事故切機對升船機安全運行的影響，實現了電站發電正常運行條件下，升船機也能安全運行的雙贏目標。

向家壩升船機自2018年5月26日投入試通航運行至2020年5月17日，累計安全運行495天，未發生一次因電站下游非恒定流導致水位變率過大航運安全事故。

與此同時，通過優化船舶調度，充分利用輔助閘室有效水域面積，提出在輔助閘室內靜水錯船調度方式，大大降低了輔助閘室投運對升船機通航效率的影響，實現了升船機連續運行的目標，單船平均過壩歷時54min。

5建議

升船機是解決高壩大庫通航問題的主要措施之一，具有經濟安全、高效快捷、提升高度大、節省能源和投資較少等優點。實踐證明采取增設輔助閘室、輔助閘首工程措施解決高壩大庫下游水位變率、變幅大對通航安全的影響，是實現電站運行與航運共贏的有效措施。

作為向家壩升船機的運行管理人員，后續將進一步優化升船機設備操作流程、船舶調度流程，實現“精準調度、精確操作、精益維護”，不斷提升升船機的通航效率。

參考文獻：

[1]黃文利等. 金沙江向家壩水電站可行性研究報告專題報告31-一級垂直升船機型式必選專題報告[R]. 長沙： 中國電建中南勘測設計研究院有限公司，2004.