劉亞輝，王云莉

(重慶交通大學 西南水運工程科學研究所，重慶 400016)

瀾滄江流經(jīng)我國西南邊陲，是連接我國西南地區(qū)與南亞地區(qū)的國際性航運河流.景洪水電站位于瀾滄江干流下游，云南省西雙版納州首府景洪市北郊約5km處，是瀾滄江中下游梯級開發(fā)規(guī)劃中的第6級電站.根據(jù)有關(guān)航運規(guī)劃，瀾滄江航道等級為Ⅴ級.電站工程主體建筑物包括攔河壩、泄洪沖沙建筑物、壩后式電站廠房及通航建筑物等.電站設(shè)計裝機1750mW，攔河大壩壩頂高程612.0m，最大壩高110m，采用垂直升船機作為過壩通航建筑物.根據(jù)瀾滄江航道的實際情況，設(shè)計按Ⅴ級航道通航建筑物考慮，采用一級垂直升船機解決船舶過壩問題，設(shè)計船隊為300 t級機駁［1］.

工程建成后，由于景洪水電站裝機容量大、引用流量多，電站及大壩泄流可能對下引航道口門區(qū)通航水流條件帶來不利影響［1-2］;同時為適應(yīng)電力日負荷變化的要求，電站日下泄流量過程將相應(yīng)呈現(xiàn)陡增陡降的特性，從而引起壩下游河道水流出現(xiàn)非恒定流的特征，使河道水流條件與天然情況相比發(fā)生較大變化，對壩下河段通航水流條件造成重要影響［3-6］.因此，通過模型試驗研究景洪水電站各日調(diào)節(jié)方案對下游附近河段通航條件的影響，可為合理擬訂景洪水電站日調(diào)節(jié)方案提供科學的參考［7-9］.

1 模型概況

物理模型采用比尺1∶100的正態(tài)模型，模擬了壩址上游長約0.6km，壩址下游6.4km的河段，同時對樞紐工程主體建筑包括電站廠房、泄洪壩段和消力池、沖沙底孔、非溢流壩段、垂直升船機和上下游引航道以及白塔大橋、景洪大橋和版納大橋等均進行了全面精細模擬［10］.電站泄流過程采用我所研制的SX-1型微機流量-水位自動控制系統(tǒng)進行可視化控制，根據(jù)給定的電站日調(diào)節(jié)負荷變化曲線及相應(yīng)的版納大橋下游水位過程，用微機按預(yù)置程序自動進行電站非恒定流試驗［11］.模型整體布置見圖1.

為檢驗?zāi)Ｐ团c原型河道的阻力相似情況，通過枯水流量543m3/s，中水流量1000和2000m3/s以及洪水流量4000m3/s共4級流量的實測瞬時水邊線資料對模型進行了瞬時水邊線驗證試驗.試驗結(jié)果表明:在枯、中、洪4級流量下，模型水位與原型水位均較為接近，其差值多在0.10m以內(nèi)，最大不超過0.15m，達到了模型與原型河道阻力相似的要求.

2 模型試驗方案

2.1 測站布置

測站主要設(shè)置在景洪水電站壩下游影響航運的關(guān)鍵部位和航行條件較復(fù)雜的河段，包括升船機下閘首、下引航道彎頂、下引航道口門區(qū)、白塔大橋、CS49～CS49+、CS58～CS59、CS76～CS77、景洪水文站、景洪碼頭和景洪港10個測站，其布置詳見圖1.各測站設(shè)置水位、流速測點各1個，均布置在船舶航線上.

圖1 景洪電站下游近壩河段模型及觀測斷面布置Fig.1 Model layout of the downstream reach of Jinghong hydropower station and the measuring points

2.2 橄欖壩修建前景洪電站日調(diào)節(jié)運行工況

景洪電站下游橄欖壩修建之前，針對景洪電站日調(diào)節(jié)4種工況進行了模型試驗研究，景洪電站4種日調(diào)節(jié)流量過程見圖2.從圖2可見，對于小時最大流量增幅和小時最大流量減幅，工況1均為375m3/s;工況2分別為1920和2666m3/s;工況3均為431 m3/s;工況4均為323m3/s.工況1和2具有流量較大(Qmax=3285m3/s)，變幅也較大(流量最大變幅為5.30倍)的特點;工況3和4具有流量相對較小(最大流量分別為2007和1792m3/s)、流量變幅也相對較小(流量最大變幅分別為4.01倍和3.58倍)的特點;工況1，3，4的小時流量增幅及降幅均較工況2小，但相差不大;工況1，3，4在一晝夜中出現(xiàn)1次流量峰值，工況2出現(xiàn)3次流量峰值.

2.3 橄欖壩修建后景洪水電站日調(diào)節(jié)運行工況

根據(jù)瀾滄江中下游河段梯級開發(fā)規(guī)劃，在下游距景洪電站壩址約32km處的橄欖壩河段規(guī)劃有橄欖壩電站，該電站的修建可對景洪電站日調(diào)節(jié)進行反調(diào)節(jié)，以減小對航運的影響.設(shè)計初步擬定的橄欖壩電站壩前運行水位變化范圍是534～540m.正常蓄水位與死水位之間的水位差為3～4 m.按照設(shè)計單位要求，在修建橄欖壩電站后應(yīng)著重針對景洪電站日調(diào)節(jié)工況2研究其非恒定流特征.據(jù)此，按橄欖壩電站壩前水位不同，試驗分為2種情況進行:一是壩前水位約534～537m;二是壩前水位約536～540m.

圖2 橄欖壩修建前景洪電站日調(diào)節(jié)運行工況Fig.2 Daily regulation schemes of Jinghong hydropower station without Ganlanba dam

考慮橄欖壩電站建成后的4種運行工況分別為:工況5:景洪電站發(fā)電流量過程同工況2，同時考慮橄欖壩電站日調(diào)節(jié)，其壩前水位在534.04～537.83m之間變化.工況6:景洪電站發(fā)電流量過程同工況2，同時考慮橄欖壩電站日調(diào)節(jié)，其壩前水位在536～540m之間變化.工況7:該方案為工況5的優(yōu)化方案，即在保持景洪電站的日均下泄流量不變及下泄流量變化過程與方案3相似的基礎(chǔ)上，將流量瞬時最大增幅減小至700m3/s，最大降幅減至1200m3/s，以減小非恒定流對下游近壩河段水位變幅的影響，同時橄欖壩電站日調(diào)節(jié)過程中壩前水位在533.99～537.20m之間變化.工況8:該方案為工況6的優(yōu)化方案，即在保持景洪電站的日均下泄流量不變及下泄流量變化過程與方案3相似的基礎(chǔ)上，將流量瞬時最大增幅減小至1200m3/s，最大降幅減至1900m3/s，以減小非恒定流對下游近壩河段水位變幅的影響，同時橄欖壩電站日調(diào)節(jié)過程中壩前水位在536.83～540.04 m之間變化.

工況5至工況8壩址下泄流量過程見圖3.從圖3可以看出，景洪水電站日調(diào)節(jié)與橄欖壩電站反調(diào)節(jié)過程中，工況5和6仍具有流量較大(Qmax=3285m3/s)、流量變幅也較大(流量最大變幅為5.30倍)的特點;工況7和工況8具有流量相對較小(最大流量分別為2700和2850m3/s)，流量變幅相對也較小(最大流量變幅分別為4.35倍和4.60倍)的特點;所有工況均在一晝夜中出現(xiàn)3次流量峰值.

圖3 橄欖壩修建后景洪電站日調(diào)節(jié)運行工況Fig.3 Daily regulation schemes of Jinghong hydropower station with Ganlanba dam

3 電站日調(diào)節(jié)非恒定流對下游近壩河段通航條件影響

3.1 橄欖壩電站修建前

橄欖壩修建前，景洪電站在4種日調(diào)節(jié)工況下，景洪電站壩址下游河段非恒定特征參數(shù)沿程變化見圖4(a).從圖中可以看出，水位最大日變幅、最大小時變幅和20分鐘最大變幅基本呈沿程遞減趨勢.其中，工況1水位最大日變幅、最大小時變幅和最大20分鐘變幅分別為3.41～4.15m，0.62～0.84 m和0.35～0.56m;工況2相應(yīng)的變幅為為3.59～4.33m，1.96～2.54 m和0.92～1.99 m;工況3為2.13～2.87m，0.68～0.97m和0.37～0.60m;工況4為1.84～2.56m，0.49～0.85m和0.27～0.58 m.試驗表明，工況2由于下引航道內(nèi)水面波動較大，水位漲落較頻繁，將給船舶進出升船機承船廂造成困難，工況1、3、4下引航道內(nèi)水面波動較小，對船舶進出升船機承船廂的影響較小;工況2水位變幅最大，嚴重影響景洪碼頭及景洪港區(qū)的船舶作業(yè)與錨泊?？康恼＿M行，工況3，4對其影響較小，工況1由于其水位日變幅較大，其影響較工況3，4大;4種日調(diào)節(jié)工況下，升船機下引航道在日調(diào)節(jié)過程中的瞬時最小航深為4.12～4.48 m，均滿足航深大于2.50m的要求(瀾滄江航道等級為Ⅴ級)［12］.

3.2 橄欖壩電站修建后

各工況景洪電站壩址下游河段非恒定特征參數(shù)沿程變化如圖4(b)所示.可見，所有工況下景洪電站下游河段水位最大小時變幅及20分鐘變幅均呈沿程遞減的趨勢.其中，工況5水位最大日變幅、最大小時變幅和20分鐘最大變幅分別為4.44～4.59 m，1.26～2.44 m和0.85～1.96m;工況6分別為3.93～4.36m，0.90～1.86m和0.75～1.64 m;工況7分別為3.73～3.87m，0.80～1.19 m和0.46～0.88 m;工況8分別為3.81～4.26m，0.80～1.32m和0.48～1.18 m.工況5與工況2無橄欖壩反調(diào)節(jié)相比情況沒有明顯改善;工況6與工況5相比有一定程度的改善，但對河段通航水流條件仍有較大影響;工況7與工況5和工況6相比有較大程度的改善，對河段通航水流條件的影響相對較小;工況8與工況5和工況6相比有較大程度的改善，但比工況7方案稍差，對河段船舶的安全通航仍有一定程度的影響.因此，橄欖壩電站修建后的4個工況中，工況7方案對景洪電站下游河段通航水流條件的影響最小，其余依次為工況8，工況6和工況5.

此外，在所有試驗工況下，在日調(diào)節(jié)過程中瞬時最小航深為4.12～5.62m均滿足船舶航行對航深的要求(水深2.5m)［12］.景洪電站修建后，按不同方案進行日調(diào)節(jié)過程中，壩址下游白塔大橋河段為控制性河段，其流速、比降在整個河段中均達到最大.經(jīng)對設(shè)計船舶航行阻力及推力比較分析，在機駁船功率為220.5kW的情況下，各運行方案下船舶基本可以通過該河段.

圖4 非恒定流特征參數(shù)沿程變化Fig.4 Variations in the characteristic parameters of unsteady flow in the downstream of Jinghong hydropower station

4 結(jié)語

(1)電站運行工況的流量最大日變幅以及小時變幅是影響下游水位變化特征參數(shù)的兩個重要因素，所有工況下景洪電站下游河段水位日最大變幅、小時最大變幅及20分鐘最大變幅均呈沿程遞減的趨勢.

(2)8種運行工況中，工況4由于流量變幅較小(323m3/s)，其調(diào)節(jié)非恒定流產(chǎn)生的水面波動、流速和比降變化都較其他7種工況小.因此，該工況對船舶航行的影響相對較小，可作為景洪電站制定日調(diào)節(jié)方案的參考依據(jù).

(3)鑒于景洪電站日調(diào)節(jié)工況2方案為設(shè)計推薦方案，而該方案中電站下泄流量變化頻繁，變幅較大，建議針對橄欖壩電站不同運行方式分別按試驗擬定的優(yōu)化方案作為景洪電站日調(diào)節(jié)方案的參考依據(jù).

(4)根據(jù)發(fā)電的需要，對于所選景洪電站日調(diào)節(jié)工況2方案以及考慮橄欖壩建成后的工況5、工況6及其優(yōu)化方案工況7和工況8方案，其最大日變幅為3.8～4.6m，對船舶的安全停泊將造成較大影響，因此，在港口及碼頭船舶停泊區(qū)域應(yīng)采取響應(yīng)的措施以保證船舶的安全停泊及靠岸.

(5)由于景洪電站日調(diào)節(jié)過程中下引航道內(nèi)水面存在頻繁的波動現(xiàn)象，對升船機承船箱與下游水位的正常對接產(chǎn)生不利影響，建議采取適當措施，如增設(shè)輔助閘門等，以減小水面波動的影響，確保船舶安全順利進出承船箱.

［1］劉亞輝，王云莉，張緒進，等.瀾滄江景洪水電站日調(diào)節(jié)非恒定流對下游近壩河段通航條件影響水力學模型試驗研究報告［R］.重慶:重慶西南水運工程科學研究所，2004.(LIU Ya-hui，WANG Yun-li，ZHANG Xu-jin，et al.Hydraulic model test report on influence of daily regulation schemes of Jinghong Hydropower Station in Lancang River on downstream navigation flow conditions［R］.Chongqing:Chongqing Southwest Hydro Engineering and Science Research Institute for Waterways，2004.(in Chinese))

［2］王云莉，劉亞輝，石永燕.瀾滄江景洪電站日調(diào)節(jié)運行方案的研究［J］.重慶建筑大學學報，2006，28(5):43-46.(WANG Yun-li，LIU Ya-hui，SHI Yong-yan.Study on the projects of the daily regulation of Jinghong Hydroelectric Station on Lancang River［J］.Journal of Chongqing Jianzhu University，2006，28(5):43-46.(in Chinese))

［3］ZHOU Jia-yu，MIAO Ji-lun，WANG Zhao-bing.Experimental study on effect of unsteady flow on mooring conditions in Shuifu port［C］//International Conference Proceeding of Multimedia Technology(ICMT)，Hangzhou:IEEE，2011:1070-1073.

［4］曹民雄，馬愛興，胡金義.電站日調(diào)節(jié)非恒定流對航道整治效果的影響［J］.水利水運工程學報，2011(3):10-17.(CAO Ming-xiong，MA Ai-xing，HU Jin-yi.Influence of unsteady flow of hydropower station's daily regulation on channel regulation［J］Hydro-Science and Engineering，2011(3):10-17.(in Chinese))

［5］唐銀安，吳學良.白龍江碧口水電站下泄不穩(wěn)定流沿程變化及其對下游航道的影響［J］.水運工程，1983(2):13-16.(TANG Yin-an，WU Xue-liang.Influence of unsteady flow of Bishui hydropower station in Bailong River on downstream navigation channel［J］.Port＆ Waterway Engineering，1983(2):13-16.(in Chinese))

［6］唐銀安，晏建奇，蔣世春，等.日調(diào)節(jié)電站非恒定流航道追峰通航的實用性探討［J］.水道港口，2005(增1):106-110.(TANG Yin-an，YAN Jian-qi，JIANG Shi-chun，et al.Study on navigation practicality in downstream channel after flood peak of unsteady flow of daily regulating of hydropower station［J］.Journal of Waterway and Harbour，2005(Suppl1):106-110.(in Chinese))

［7］劉亞，李義天，孫昭華.電站日調(diào)節(jié)波對葛洲壩下游枯期通航條件影響［J］.武漢大學學報:工學版，2009(2):147-152.(LIU Ya，LI Yi-tian，SUN Zhao-hua.Impact of daily regulation for hydropower station on navigation conditions of downstream side of Gezhouba project in dry season［J］.Engineering Journal of Wuhan University，2009(2):147-152.(in Chinese))

［8］傅湘，紀昌明.三峽電站日調(diào)節(jié)非恒定流對航運的影響分析［J］.武漢水利電力大學學報，2000(6):6-10.(FU Xiang，JI Chang-ming.Influence analysis of unsteady flow of daily regulation of Three Gorges Hydropower Station on navigation［J］.Journal of Wuhan University of Hydraulic and Electric Engineering，2000(6):6-10.(in Chinese))

［9］李新通，林其東.水口電站日調(diào)節(jié)不穩(wěn)定流數(shù)值模擬［J］.福建師范大學學報:自然科學版，1993，9(1):98-104.(LI Xintong，LIN Qi-dong.Numerical simulation of unsteady flow of daily regulation of Shuikou Hydropower Station［J］.Journal of Fujian Normal University(Natural Science Edition)，1993，9(1):98-104.(in Chinese))

［10］JTJ/T 232-1998，內(nèi)河航道與港口水流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程［S］.(JTJ/T 232-1998，Technical regulation of modelling for flow and sediment in inland waterway and harbour［S］.(in Chinese))

［11］汪擁赤.通航工程模型試驗中非恒定流量測技術(shù)的研究［J］.水運工程，2007(1):38-41.(WANG Yong-chi.Measurement technology study for unsteady flow in physical model test on waterway engineering［J］.Port＆ Waterway Engineering，2007(1):38-41.(in Chinese))

［12］GB 50139-2004，內(nèi)河通航標準［S］.(GB 50139-2004，Navigation standard of inland waterway［S］.(in Chinese))