景洪水电站对下游近坝河段通航条件的影响

刘亚辉，王云莉

(重庆交通大学 西南水运工程科学研究所，重庆 400016)

澜沧江流经我国西南边陲，是连接我国西南地区与南亚地区的国际性航运河流.景洪水电站位于澜沧江干流下游，云南省西双版纳州首府景洪市北郊约5km处，是澜沧江中下游梯级开发规划中的第6级电站.根据有关航运规划，澜沧江航道等级为Ⅴ级.电站工程主体建筑物包括拦河坝、泄洪冲沙建筑物、坝后式电站厂房及通航建筑物等.电站设计装机1750mW，拦河大坝坝顶高程612.0m，最大坝高110m，采用垂直升船机作为过坝通航建筑物.根据澜沧江航道的实际情况，设计按Ⅴ级航道通航建筑物考虑，采用一级垂直升船机解决船舶过坝问题，设计船队为300 t级机驳［1］.

工程建成后，由于景洪水电站装机容量大、引用流量多，电站及大坝泄流可能对下引航道口门区通航水流条件带来不利影响［1-2］;同时为适应电力日负荷变化的要求，电站日下泄流量过程将相应呈现陡增陡降的特性，从而引起坝下游河道水流出现非恒定流的特征，使河道水流条件与天然情况相比发生较大变化，对坝下河段通航水流条件造成重要影响［3-6］.因此，通过模型试验研究景洪水电站各日调节方案对下游附近河段通航条件的影响，可为合理拟订景洪水电站日调节方案提供科学的参考［7-9］.

1 模型概况

物理模型采用比尺1∶100的正态模型，模拟了坝址上游长约0.6km，坝址下游6.4km的河段，同时对枢纽工程主体建筑包括电站厂房、泄洪坝段和消力池、冲沙底孔、非溢流坝段、垂直升船机和上下游引航道以及白塔大桥、景洪大桥和版纳大桥等均进行了全面精细模拟［10］.电站泄流过程采用我所研制的SX-1型微机流量-水位自动控制系统进行可视化控制，根据给定的电站日调节负荷变化曲线及相应的版纳大桥下游水位过程，用微机按预置程序自动进行电站非恒定流试验［11］.模型整体布置见图1.

为检验模型与原型河道的阻力相似情况，通过枯水流量543m3/s，中水流量1000和2000m3/s以及洪水流量4000m3/s共4级流量的实测瞬时水边线资料对模型进行了瞬时水边线验证试验.试验结果表明:在枯、中、洪4级流量下，模型水位与原型水位均较为接近，其差值多在0.10m以内，最大不超过0.15m，达到了模型与原型河道阻力相似的要求.

2 模型试验方案

2.1 测站布置

测站主要设置在景洪水电站坝下游影响航运的关键部位和航行条件较复杂的河段，包括升船机下闸首、下引航道弯顶、下引航道口门区、白塔大桥、CS49～CS49+、CS58～CS59、CS76～CS77、景洪水文站、景洪码头和景洪港10个测站，其布置详见图1.各测站设置水位、流速测点各1个，均布置在船舶航线上.

图1 景洪电站下游近坝河段模型及观测断面布置Fig.1 Model layout of the downstream reach of Jinghong hydropower station and the measuring points

2.2 橄榄坝修建前景洪电站日调节运行工况

景洪电站下游橄榄坝修建之前，针对景洪电站日调节4种工况进行了模型试验研究，景洪电站4种日调节流量过程见图2.从图2可见，对于小时最大流量增幅和小时最大流量减幅，工况1均为375m3/s;工况2分别为1920和2666m3/s;工况3均为431 m3/s;工况4均为323m3/s.工况1和2具有流量较大(Qmax=3285m3/s)，变幅也较大(流量最大变幅为5.30倍)的特点;工况3和4具有流量相对较小(最大流量分别为2007和1792m3/s)、流量变幅也相对较小(流量最大变幅分别为4.01倍和3.58倍)的特点;工况1，3，4的小时流量增幅及降幅均较工况2小，但相差不大;工况1，3，4在一昼夜中出现1次流量峰值，工况2出现3次流量峰值.

2.3 橄榄坝修建后景洪水电站日调节运行工况

根据澜沧江中下游河段梯级开发规划，在下游距景洪电站坝址约32km处的橄榄坝河段规划有橄榄坝电站，该电站的修建可对景洪电站日调节进行反调节，以减小对航运的影响.设计初步拟定的橄榄坝电站坝前运行水位变化范围是534～540m.正常蓄水位与死水位之间的水位差为3～4 m.按照设计单位要求，在修建橄榄坝电站后应着重针对景洪电站日调节工况2研究其非恒定流特征.据此，按橄榄坝电站坝前水位不同，试验分为2种情况进行:一是坝前水位约534～537m;二是坝前水位约536～540m.

图2 橄榄坝修建前景洪电站日调节运行工况Fig.2 Daily regulation schemes of Jinghong hydropower station without Ganlanba dam

考虑橄榄坝电站建成后的4种运行工况分别为:工况5:景洪电站发电流量过程同工况2，同时考虑橄榄坝电站日调节，其坝前水位在534.04～537.83m之间变化.工况6:景洪电站发电流量过程同工况2，同时考虑橄榄坝电站日调节，其坝前水位在536～540m之间变化.工况7:该方案为工况5的优化方案，即在保持景洪电站的日均下泄流量不变及下泄流量变化过程与方案3相似的基础上，将流量瞬时最大增幅减小至700m3/s，最大降幅减至1200m3/s，以减小非恒定流对下游近坝河段水位变幅的影响，同时橄榄坝电站日调节过程中坝前水位在533.99～537.20m之间变化.工况8:该方案为工况6的优化方案，即在保持景洪电站的日均下泄流量不变及下泄流量变化过程与方案3相似的基础上，将流量瞬时最大增幅减小至1200m3/s，最大降幅减至1900m3/s，以减小非恒定流对下游近坝河段水位变幅的影响，同时橄榄坝电站日调节过程中坝前水位在536.83～540.04 m之间变化.

工况5至工况8坝址下泄流量过程见图3.从图3可以看出，景洪水电站日调节与橄榄坝电站反调节过程中，工况5和6仍具有流量较大(Qmax=3285m3/s)、流量变幅也较大(流量最大变幅为5.30倍)的特点;工况7和工况8具有流量相对较小(最大流量分别为2700和2850m3/s)，流量变幅相对也较小(最大流量变幅分别为4.35倍和4.60倍)的特点;所有工况均在一昼夜中出现3次流量峰值.

图3 橄榄坝修建后景洪电站日调节运行工况Fig.3 Daily regulation schemes of Jinghong hydropower station with Ganlanba dam

3 电站日调节非恒定流对下游近坝河段通航条件影响

3.1 橄榄坝电站修建前

橄榄坝修建前，景洪电站在4种日调节工况下，景洪电站坝址下游河段非恒定特征参数沿程变化见图4(a).从图中可以看出，水位最大日变幅、最大小时变幅和20分钟最大变幅基本呈沿程递减趋势.其中，工况1水位最大日变幅、最大小时变幅和最大20分钟变幅分别为3.41～4.15m，0.62～0.84 m和0.35～0.56m;工况2相应的变幅为为3.59～4.33m，1.96～2.54 m和0.92～1.99 m;工况3为2.13～2.87m，0.68～0.97m和0.37～0.60m;工况4为1.84～2.56m，0.49～0.85m和0.27～0.58 m.试验表明，工况2由于下引航道内水面波动较大，水位涨落较频繁，将给船舶进出升船机承船厢造成困难，工况1、3、4下引航道内水面波动较小，对船舶进出升船机承船厢的影响较小;工况2水位变幅最大，严重影响景洪码头及景洪港区的船舶作业与锚泊停靠的正常进行，工况3，4对其影响较小，工况1由于其水位日变幅较大，其影响较工况3，4大;4种日调节工况下，升船机下引航道在日调节过程中的瞬时最小航深为4.12～4.48 m，均满足航深大于2.50m的要求(澜沧江航道等级为Ⅴ级)［12］.

3.2 橄榄坝电站修建后

各工况景洪电站坝址下游河段非恒定特征参数沿程变化如图4(b)所示.可见，所有工况下景洪电站下游河段水位最大小时变幅及20分钟变幅均呈沿程递减的趋势.其中，工况5水位最大日变幅、最大小时变幅和20分钟最大变幅分别为4.44～4.59 m，1.26～2.44 m和0.85～1.96m;工况6分别为3.93～4.36m，0.90～1.86m和0.75～1.64 m;工况7分别为3.73～3.87m，0.80～1.19 m和0.46～0.88 m;工况8分别为3.81～4.26m，0.80～1.32m和0.48～1.18 m.工况5与工况2无橄榄坝反调节相比情况没有明显改善;工况6与工况5相比有一定程度的改善，但对河段通航水流条件仍有较大影响;工况7与工况5和工况6相比有较大程度的改善，对河段通航水流条件的影响相对较小;工况8与工况5和工况6相比有较大程度的改善，但比工况7方案稍差，对河段船舶的安全通航仍有一定程度的影响.因此，橄榄坝电站修建后的4个工况中，工况7方案对景洪电站下游河段通航水流条件的影响最小，其余依次为工况8，工况6和工况5.

此外，在所有试验工况下，在日调节过程中瞬时最小航深为4.12～5.62m均满足船舶航行对航深的要求(水深2.5m)［12］.景洪电站修建后，按不同方案进行日调节过程中，坝址下游白塔大桥河段为控制性河段，其流速、比降在整个河段中均达到最大.经对设计船舶航行阻力及推力比较分析，在机驳船功率为220.5kW的情况下，各运行方案下船舶基本可以通过该河段.

图4 非恒定流特征参数沿程变化Fig.4 Variations in the characteristic parameters of unsteady flow in the downstream of Jinghong hydropower station

4 结语

(1)电站运行工况的流量最大日变幅以及小时变幅是影响下游水位变化特征参数的两个重要因素，所有工况下景洪电站下游河段水位日最大变幅、小时最大变幅及20分钟最大变幅均呈沿程递减的趋势.

(2)8种运行工况中，工况4由于流量变幅较小(323m3/s)，其调节非恒定流产生的水面波动、流速和比降变化都较其他7种工况小.因此，该工况对船舶航行的影响相对较小，可作为景洪电站制定日调节方案的参考依据.

(3)鉴于景洪电站日调节工况2方案为设计推荐方案，而该方案中电站下泄流量变化频繁，变幅较大，建议针对橄榄坝电站不同运行方式分别按试验拟定的优化方案作为景洪电站日调节方案的参考依据.

(4)根据发电的需要，对于所选景洪电站日调节工况2方案以及考虑橄榄坝建成后的工况5、工况6及其优化方案工况7和工况8方案，其最大日变幅为3.8～4.6m，对船舶的安全停泊将造成较大影响，因此，在港口及码头船舶停泊区域应采取响应的措施以保证船舶的安全停泊及靠岸.

(5)由于景洪电站日调节过程中下引航道内水面存在频繁的波动现象，对升船机承船箱与下游水位的正常对接产生不利影响，建议采取适当措施，如增设辅助闸门等，以减小水面波动的影响，确保船舶安全顺利进出承船箱.

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