基于向家坝水电站下游非恒定水沙特性研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期水利水运工程学报N0．12011年3月ANDENGD旺砸飘Mar．2011向家坝水电站下游非恒定水沙特性研究曹民雄，庞雪松，王秀红，蔡国正(1．南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210029；2．广西壮族自治区港航管理局，广西南宁530012)捅要：水电站日调节和泄洪引起的非恒定流改变了下游河道的天然水沙过程，将影响下游河道的防洪、航道、港I：1及船舶航行安全，需研究坝下非恒定流的传播规律、关注航道内比降与流速的变化以及航槽内的输沙特性，实现水电与航运协调发展．结合向家坝水电站下游滩段的物

2、理模型试验与坝下一维数模计算的成果，开展了电站下泄非恒定流对下游水位、流量、比降、流速及输沙的影响研究．结果表明：日调节引起的坝下水位、流量变化沿程坦化，水位与流量变幅沿程减小；随着电站泄水波的行进，峰前瞬时比降和水流速度相应增大，退水时沿程水面比降与流速随谷减小，随后恢复原有的比降(流速)与流量关系；泄水波峰前最大比降随流量变率的增大而增加，与流量的变幅无关；非恒定流输沙率大于恒定流的输沙率．关键词：向家坝水电站；非恒定流；水沙特性；瞬时比降；非恒定流输沙中图分类号：TV133文献标志码：A文章编号：1009—640X(2011)01—0028—07水电站下游

3、河道受电站Et调节影响，河道水流往往每天水位涨落频繁，非恒定流特征明显．水电站日调节和泄洪引起的非恒定流改变了下游河道的天然水沙过程，对坝下游河道的防洪、航道、港口、通航设施正常使用以及船舶安全航行等将造成一定影响，需研究电站下泄非恒定流的传播规律、关注航道内比降与流速的变化以及航槽内的输沙特性．近年来，有些水电站建设中【1-3]或建设后[4-6]陆续开展了电站对下游航道的影响、电站下泄非恒定流的传播规律和水面比降的影响¨。。等研究，但坝下水沙特性研究较少．本文结合向家坝水电站下游滩段的物理模型试验与坝下一维数模计算的成果，研究电站下泄非恒定流对下游水位、流量、

4、比降、流速及输沙的影响．1向家坝水电站简介向家坝水电站是金沙江下游梯级开发中的最末一个梯级，坝址位于四川、云南两省交界的水富港以上3km(图1)，金沙江与岷江在宜宾汇合后进人川江．向家坝水电站坝址控制流域面积占金沙江全流域面积的97％．向家坝水电站总装机640万kW，水电装机规模仅次于三峡电站和溪洛渡电站，位列中国第三，是一座以发电为主，兼具航运、防洪、灌溉、生态和拦沙等综合效益，并对溪洛渡水电站进行反调节的巨型水电站．电站于2006年12月26日开工，2008年12月完成了大江截流，工程计划2012年首批机组发电，2015年完工．水电站日调节有2种典型日运行工

5、况(开机时间为5min)11]：工况1为设计枯水年电站保证出力的最不利情况，按坝下水位变幅小于1．0m／h控制；工况2为枯水期各月电站发电多年平均出力的一般情况，2种工况的下泄流量过程见图2．可见，向家坝水电站日调节流量幅度较大(Q=1200～5589m／s)，最大变幅为4．66倍，坝下水位最大Et变幅为4．33m．在一昼夜中18：00—19：00出现一次峰值，24：00至次日6：00向家坝电站负荷减小，相应下泄流量为全天的低谷．收稿日期：2010—04—20基金项目：西部交通建设科技项目(200432874639)作者简介：曹民雄(1965一)，男，江西永新人

6、，教授级高级工程师，博士，主要从事港口航道与工程泥沙研究E—mail：mxcao@nhri．cn学兔兔www.xuetutu.com第1期曹民雄，等：向家坝水电站下游非恒定水沙特性研究29图1向家坝水电站位置与坝下河段Fig．1ThelocationoftheXiangjiabahydropowerplantandthedownstreamreach向家坝水电站泄洪过程为稳定基流(Q=6300m／s)一不稳定泄洪一稳定泄流的过程(图2)．泄洪是在稳定基流的印暑色基础上，闸门按中孔对称开启，2扇闸门在12．5min内增加0、删50％开度，相应下泄流量增加2000m

7、／s左右，每级流量持煺续14h，使得下游水位相对稳定，再开启闸门增加泄流，直至时刻下泄流量达到各工况最大流量．泄流工况2和3的总下泄流图2向家坝水电站日调节与泄洪的流量过程量相同，只是左右泄水坝中孔数不同，可统一作为泄流工况Fig．2Theprocessofdailyregulatinganddischarge2．本文选择流量较小、水位较低的日调节工况1与泄流量较flowoftheXiangjiabahydropowerplant大的泄洪工况1进行研究与分析．2模型及研究条件向家坝以下6．5～14．5km为和尚岩滩群，由马皮包滩、和尚岩滩、二郎滩与栈桥滩等4个滩

8、组成，其中和尚岩滩、二郎