謝德祁

（四川涼山水洛河電力開發(fā)有限公司， 四川 成都 610213）

中小型電站閘壩下游河道沖淤及調(diào)控研究

謝德祁

（四川涼山水洛河電力開發(fā)有限公司， 四川 成都 610213）

閘下河道的沖淤變化直接影響到河道的泄洪與航道的演變，影響下游燕尾港的沖淤變化。以四川涼山州金沙江某一級支流為研究對象，利用泥沙模型計算閘下水動力情況和沖淤變化，分析了大潮水位變化對該河河道的影響，并提出了合理的控閘方式，對該河下游工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要具有一定意義。

中小型電站；閘壩，河道沖淤；泥沙模型；控閘方式

1 背景簡介

閘壩下游河道的沖淤演變一般會受到上游日常下泄流量的控制影響，下泄流量是關(guān)鍵，流量的多少與上游河道的蓄水容量有密切關(guān)系[1-2]。閘下河道沖淤受上游四節(jié)制閘所控制的對應關(guān)系：本文研究對象為金沙江某一級支流，該河沖淤主要受閘泄流量控制，根據(jù)閘壩多年運營的狀況，下泄流量并非連續(xù)下泄沖淤，而是間斷性的，這主要是上游河道蓄水水量的限制。特別在枯水季節(jié)，由于降雨有限，上游河道所蓄水還必須滿足當?shù)毓まr(nóng)業(yè)的需要，因此實際用來下泄沖淤的水量是有限的，為此如何利用這些有限水量通過一定的閘門控制盡可能起到最大沖淤效果較為重要，保證閘下河道的沖淤積平衡。

考慮到閘下河道的河床沖淤主要受閘的實際過閘流量的控制。計算所設計的下泄流量根據(jù)閘在長期運行過程的下泄流量統(tǒng)計確定。同時為了能夠?qū)⒂邢薜乃科鸬阶畲蟮臎_刷效果，閘門只在落潮時候開閘泄水，直到開始落平，下泄時間一般控制在7小時左右。

2 沖淤計算工況

根據(jù)該河閘實際運行泄流量資料，該河閘日常泄流量在150～250m3/s范圍內(nèi)，導致該河河道沖刷變化的流量主要在此范圍內(nèi)，分級設計該河過流量作為該河沖淤計算的上游邊界，其各級流量分別采用100 m3/s、200m3/s和300m3/s 3個等級。下游邊界尾港的水位同該河計算，即選擇一大潮過程和一小潮過程作為其下游水位邊界分別進行計算。為能起到最大的沖淤效果，泄流控制在落潮時段，計算采用的落潮時刻以該河為參考點來確定落潮時刻，在一漲一落的潮周期內(nèi)，開閘放水時間從漲平時刻到落平時刻基本保持在7小時。

3 水流計算分析

圖 1為不同工況下，該河河段中部斷面的平均流速值。從大潮流速變化、小潮流速變化過程和流速統(tǒng)計表可以看出，隨著上游閘門泄流量的增加，該河閘下河道流速增大顯著。當下泄流量為200m3/s時，大潮落潮平均流速為0.86m/s，最大流速超過1.0m/s；小潮落潮時均流速為1.05m/s，最大流速超過1.3m/s。在漲潮時期，由于閘無下泄流量，流速迅速恢復到無泄流條件下的流速，河道出現(xiàn)上漲流速，不過其流速很小。說明潮汐動力對該河河道影響相對小。

圖1 落潮時平均流速表

4 沖淤計算分析及節(jié)制閘調(diào)控

4.1 沖淤計算

表1為不同下泄流量和潮型組合下，該河閘下河道沿程落潮沖淤平均厚度。

表3 不同泄流流量下該河落潮平均沖淤厚度

從表 1可以看到，沖淤厚度無論在大潮潮型還是小潮潮型都隨著下泄流量的增加而增大。大小潮兩種潮型下，在相同的過流量情況下，其沖刷厚度差異性較大，小潮的沖刷厚度略大于大潮條件下，主要是因為小潮的平均水位要略小于大潮，而下泄流量小潮時流速要大于大潮流速導致。

根據(jù)該河閘的實際下泄流量資料，該河閘的日常下泄流量一般控制在150～250m3/s范圍內(nèi)，按日常下泄流量200m3/s來調(diào)控。根據(jù)表1落潮期間平均沖刷厚度，為了保證閘下河道沖刷淤積的動態(tài)平衡，當下游尾港潮型為大潮時，平均每間隔3.4天需要開閘泄水沖淤，而在小潮潮型下，平均4.7天需要開閘泄水沖淤。大小潮平均，則也就是說需要每間隔4天，該河閘需要開閘泄水1次。開閘時間為落潮時段，一般控制在7小時，以便獲得最大沖淤效果。

4.2 閘壩調(diào)控分析

上文計算了不同下泄流量下，閘下各河道發(fā)生沖刷厚度；為保證各河道的沖淤平衡，計算了在日常控制下泄流量下，閘下各河道為保持沖淤平衡所需要開閘泄水的周期。節(jié)制閘的實際操控，可本著以下原則操作：

首先按照閘下游河道功能規(guī)劃制定各河道保港要求，如按照目前的功能劃分，該河是作為行船航道，必須維持一定航道等級要求的水深，需要經(jīng)常泄水沖淤；閘下河道作為泄洪水道，只要在泄洪期間維持河道行洪要求，因此泄水是為保證相應行洪能力的過流水深。

其次，閘的調(diào)控還要根據(jù)閘上的蓄水量狀況，一般而言枯季水量偏少，可以優(yōu)先考慮有通航要求的該河泄水，而其它各河道少泄水甚至不泄水；在洪季，則優(yōu)先保證行洪需要，對各河道要及時的泄水沖淤，保證河道的行洪能力。

最后，依據(jù)計算結(jié)果，按上述需求，進行閘實際操控的合理協(xié)調(diào)。如在日常時期，為了保證該河航運需要，保證航道的沖淤的動態(tài)平衡，若按該河閘日常下泄流量為300 m3/s，開閘時間安排在落潮期7個小時，按計算結(jié)果，該河閘宜每隔2天泄水一次，可保證該河航運需要。表2為閘在日常泄水流量下，為保持閘下河道沖淤平衡所需要的每周泄水頻率表。按以往下泄流量記錄，該河閘的日常流量為200m3/s，在此流量下，為保證閘下河道沖淤平衡，該河閘須每周泄水次數(shù)是1～2次。

表2 日常泄水流量下該河啟閉泄水頻率表

5 結(jié)論

以該河為研究對象，通過水力分析和沖淤分析，得到了下游水位及淤積情況。日淤積厚度在0.012m，不同潮型對河道淤積影響小。有下泄流量時，沖淤厚度隨流量增加而增大，相同流量下，大小潮位對沖刷略有影響，小潮是沖刷厚度略大于大潮條件下。該河日常下泄流量按200m3/s調(diào)控，為達到該河沖淤平衡，每間隔4天，該河閘需泄水1次，開閘時間為落潮時段7小時。

[1]張瑞瑾、謝鑒衡、王明甫和黃金堂，河流泥沙運動力學，水利水電出版社，1989.

[2]M.S.Yalin，Mechanics of Sediment Transport，2nd Edition，Pergamon Press，1977.中譯本：M.S.亞林，孫振東，輸沙力學，科學出版社，1983.

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1007-6344（2017）09-0319-01

謝德祁，男，漢，1988-今，本科畢業(yè)于四川大學水利水電學院，助理工程師，現(xiàn)工作于四川涼山水洛河電力開發(fā)有限公司。