陈刚 赖见令

摘 要：汛期发电调度应服从防洪调度，并兼顾航运调度，为摸索向家坝电站泄洪工况下对航运安全的影响，组织开展了不同流量級泄洪工况下实船通航试验，试验结果表明，向家坝升船机当前最大通航流量可由7900m?/s（枢纽泄洪不超过1500m?/s）调整为：①1000吨级标船：最大通航流量为8500m?/s（枢纽泄洪不超过2200m?/s）;②500吨级以上非标船：最大通航流量为7500m?/s（枢纽泄洪不超过1000m?/s）。

关键词：水电站;通航;泄洪;船舶

中图分类号：U644              文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）10-0054-02

1 前言

向家坝水电站坝址位于四川省宜宾市叙州区和云南省水富市交界的金沙江峡谷出口处，电站以发电为主，兼有防洪、航运、灌溉、拦沙及反调节等综合功能。通航建筑物布置在枢纽左岸，采用全平衡齿轮爬升螺母柱保安式一级垂直升船机，按Ⅳ级航道标准设计，最大提升高度114.2米，设计年货运量112万吨。电站于2006年11月开工建设，2012年11月首台机组投产发电，2014年7月7日8台机组全面投产发电，2018年5月升船机正式试通航。

根据《金沙江向家坝水库运用与电站运行调度规程》，向家坝工程设计开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有对溪洛渡水电站进行反调节等作用。向家坝水电站正常运行期运行调度的主要任务是在确保工程安全的前提下，协调发电、航运、防洪、灌溉等综合利用功能的关系，充分发挥工程综合利用效益。汛期发电调度应服从防洪调度，并兼顾航运调度，满足设计通航条件。本文主要探究向家坝电站不同泄洪工况时对电站近区航运安全的影响，通过开展实船通航试验，以实测数据指导优化电站日调节和大坝泄洪调度，为电站运行和航运协调提供科学依据。

2 航运对水力特性相关要求

根据JTJ305-2001《船闸总体设计规范》的相关规定，在船舶过坝期内，引航道口门区水流条件应满足以下要求：平行航线的纵向流速应不大于2m/s，垂直航线的横向流速不大于0.3m/s，回流流速不大于0.4m/s。向家坝电站非恒定流物模试验研究表明，在设计的通航流量范围内（1200m3/s～12000 m3/s），按照下游水位最大日变幅暂按不超过4.5m/d控制，最大小时变幅暂按不超过1.0m/h试运行的水位变幅控制，引航道口门区平行航线的纵向流速可满足规范要求，但日调峰运行的高水时段和枢纽泄洪时，引航道口门区仍将产生一定程度的横流和局部回流，船（舶）队进出引航道时需注意安全、谨慎驾驶。

3 电站泄洪对航运的影响分析

3.1 实船试验

为研究向家坝电站发电、泄洪等不同运行工况下对电站近区航运的影响，根据《金沙江向家坝水电站升船机特殊单项工程验收大纲》及《金沙江向家坝水电站升船机试通航前验收鉴定书》的要求，向家坝升船机组织开展了两个阶段的实船试航试验，第一阶段为不泄洪工况，第二阶段为不同泄洪流量工况。

3.1.1 第一阶段实船试验

向家坝升船机第一阶段实船试航于2018 年1月21 日～27 日开展，实船试航组次共22 组次（含防撞测试的船舶上下行及配合船舶的2 次上行），包括辅助闸室投用与不投用两种工况下货船（空载、重载）、客船过机试验，船舶超设计吃水试验，船舶夜航试验，防撞装置撞击试验等，实船试航结果并结合数学模型计算、物理模型试验、原型观测等成果分析表明，在不泄洪情况下，机组满发流量6400m3/s 以下，升船机上、下游航道通航水流条件满足规范要求，船舶可安全进出下游引航道及口门区，满足第一阶段机组满发流量6400m3/s 以下试通航要求。

3.1.2 第二阶段实船试验

为验证向家坝水电站机组满发+泄洪条件下，下游引航道、口门区及连接段通航水流情况（实际出力560）;检验不同动力条件下，不同船型通过引航道、口门区及连接段通航水流情况;验证设计通航流量上限;与第一阶段实船试航中向家坝升船机下游引航道口门区实船试航（泄洪750m3/s）进行对比，探讨不同泄洪工况对船舶通过口门区影响。向家坝升船机第二阶段泄洪工况实船试航于2018 年9 月20 日-22 日开展。共计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 个量级工况。

3.1.3 补充实船试验

由于第二阶段泄洪工况下实船试航测试工况机组均未满发，受洪水调控困难影响，参试船舶样本较少，为进一步提升向家坝升船机可安全通航流量标准，掌握多样本船舶在泄洪工况下的航行特性，对向家坝升船机进行了补充实船试验。补充实船试航于2019 年7 月19 日-20 日及8 月15 日分阶段开展。共计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 个量级工况。

3.2 泄洪通航安全分析

3.2.1 泄洪状态下的通航流量

经过不同泄洪流量下实船试航情况看，升船机整体运行平稳，升船机及助导航设备设施性能良好、船舶安检调度组织科学合理。根据《向家坝升船机第一阶段实船试航成果报告技术评审意见》有关结论，出库流量6400m3/s（泄洪不超750m3/s）工况条件下，船舶可安全进出口门区。根据第二阶段实船试航8250m3/s（泄洪2500m3/s）工况下升船机运行、水动力学及船舶等观测成果，结合试航船舶航行特性、口门区通航水流条件等分析，综合认为电站总出库流量8900m3/s（泄洪不超2500m3/s）工况下，1000 吨级船舶可安全进出口门区，由于下游引航道口门区水流条件复杂，影响因素较多，在试通航过程中，应继续加强观测，总结经验，探索进一步提高最高通航流量标准的可能。

3.2.2 泄洪对升船机的影响

升船机船厢无船静水时，船厢水面非常平稳，各测点波动小于0.5cm。船厢升降运行全程，船厢内水面平稳，波动2～4cm 左右，与船厢关门前厢内初始波动有关，船厢门关闭后，船厢水面在3～5min内可基本恢复平稳状态，不会对船舶及升船机运行产生不利影响。船厢调整水深时，未发现不良流态，船厢水面波动较小，波动约3～5cm。

在大流量泄洪工况试航，辅助闸室投入运行，升船机下游对接条件较优，不存在非恒定流波动影响，故在对接过程中产生的不平衡荷载很小，锁定机构受力总体较小，实测支承油缸最大受力约40t，合力最大约200t，总体在设计允许范围之内（单只支撑油缸额定载荷为150t）。船厢在容许的10cm 对接水位差条件下对接，锁定机构合力波动约200t，较正常对接工况波动（60～100t）明显增大，但各锁定装置受力仍远小于设计承载力。

总体上看，船舶进出船厢航速较低，最大船速基本能控制在0.5m/s 以内，船舶进厢综合下沉量总体较小，均在10cm 以内，船舶出厢综合下沉量正常在15cm 左右，最大值为23.1cm，受对接水位差影响较大。船舶综合下沉量是水面波动与船舶航行下沉的叠加，对于2.0m 吃水的代表性船舶，船舶航速控制在0.5m/s 内，因航行引起的下沉在10cm 以内，略小于水面波动引起的船舶下沉，过机船舶不存在触底风险。

3.2.3 泄洪时口门区通航水流条件对通航的影响

在补充试航期间，完成了出库流量7900m3/s、8400m3/s、8900m3/s、9500m3/s 四个工况下游引航道口门区通航水流条件观测。从测试结果可以看出，口门区流速随出库流量增大而增大，口门区范围内纵向流速最大在2.5m/s，即使超过2m/s 的规范限值，对船舶顺利进出引航道不产生大的影响。实测最大回流流速已远超出规范要求，但较大的回流流速出现在岸边，从流场结构和船舶航迹线可以看出，船舶不经过岸边回流区，因此不受其影响。口门区实测范围内横向流速随流量增大也有明顯的增大，但由于超标范围不大，且船舶看水行驶，减小了横流的影响，因此船舶在8900m3/s、9500m3/s 条件下，依然能够通过口门区。

4 建议

升船机试通航后，通过不断完善航行基础设施、船舶监测手段、调度方式等，通航能力稳步提升。特别是经过泄洪工况下的实船通航试验，为下一步向家坝升船机泄洪工况下试通航及通航验收提供了可靠的数据支撑。将泄洪状态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），结合补充实船试验，向家坝升船机最大通航流量可由7900m?/s（枢纽泄洪不超过1500m?/s）调整为：①1000吨级标船：最大通航流量为8500m?/s（枢纽泄洪不超过2200m?/s）;②500吨级以上非标船：最大通航流量为7500m?/s（枢纽泄洪不超过1000m?/s）。当电站流量级别接近通航流量上限附近时，需要做好来水的预测和提前预警，研究建立临时停航预警机制和正式停航信息发布机制。