戴陽豪, 郭穗豐2, 馬利軍， 陳艷春

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司， 湖南 長沙 410008；2.湖南省水利電力工程建設監(jiān)理咨詢有限公司, 湖南 長沙 410007)

0 引言

遙田水電站工程[1]屬于耒水(湘江主要支流)13個梯級開發(fā)中的第12個梯級，位于遙田鎮(zhèn)建新村。上承珠磯灘水電站工程(即原耒陽水電站工程)，距離耒陽市26 km，距離東江水電站118 km。下接白魚潭水電站工程，距離衡陽市73 km。遙田電站位于耒水下游丘陵區(qū)，壩址控制流域面積為10 470 km2，占總流域面積(11 905 km2)的87.95%。電站利用耒水自龍頸上至雙和圩之間“S”形彎道，裁彎取直，獲得天然落差6.2 m，加上建壩雍水，共獲得11.8 m水頭。電站以發(fā)電為主，兼有通航及灌溉等綜合效益。電站總裝機容量為5萬kW，年發(fā)電量為2.028 3億kW·h，船閘年貨運量為100萬t。

上世紀七、八十年代，修建遙田電站時，裁掉該河段內(nèi)的2個彎道。第1次是對遙田至新市段1個近16 km長的彎道進行裁彎取直，直道長約2.4 km，直道內(nèi)建有1個水電站(遙田電站)，裝4臺發(fā)電機組，并配套建了1座100 t船閘，彎道內(nèi)建1座攔河壩，以抬高電站中、枯水期上游水位，增大電站的發(fā)電水頭，攔河壩中、枯水期露出水面，洪水期壩頂溢流泄洪[2]。過后，又進行了第2次裁彎，對樞紐下游1個長約11 km彎道進行了裁彎取直，直道長不到200 m，進、出口與河道幾乎正交。第2次裁彎的目的是降低電站下游中枯水期的水位，增大電站的有效水頭[3]。航道整治地理位置示意圖見圖1。

2個裁彎取直工程完工后，本河段的水流結構變得比較復雜，中、枯水期，第1個彎道斷流，水流由遙田電站下泄，而對下游第2個彎道來說，直道比彎道短很多，河床高程又比較低，大部分水流由直道下泄，彎道過流很小。洪水期水位上漲，上彎道內(nèi)的攔河壩過流泄洪，對下游第2個彎道段來說，由于直道底寬較窄，邊坡又比較陡，隨著水位的升高，河寬和過流面積的增幅還不如老河道(彎道)大。也就是說，洪水期，彎道的流程雖然還是比直段長，但過流面積也比直道大很多，與中枯水期相比，彎道洪水期的分流比會明顯增大。

圖1 航道整治地理位置示意圖

1 研究對象

工程完工后至今，2段裁彎取直河段發(fā)生了幾次船舶安全事故，據(jù)調(diào)查分析，事故主要是遙田電站發(fā)電機組發(fā)電放水引起的不良水流流態(tài)造成的。中、枯水期電站發(fā)電，船閘正常運行，1臺機組發(fā)電的流量為117.9 m3/s，對應的水位為船閘下游最低通航水位58.34 m；當4臺機組全部發(fā)電時，對應的流量為468.2 m3/s，水位為60.32 m，大于船閘下游最高通航水位60 m，船閘不通航，船舶不運營。綜合分析，本項目主要解決中、枯水期不同數(shù)量(1、2、3臺)機組發(fā)電時尾水流量下對船舶航行的影響。

2 工程方案設計與數(shù)值模型計算

2.1 工程方案設計

河流中的灘險可分為淺灘、急灘[4]和險灘3類,就山區(qū)河流而言,很多的灘都是這3種的組合。急流灘的整治原則與整治方法有多種[5]。

分析已建樞紐船閘下游引航道口門區(qū)急流礙航[6-7]以及石質(zhì)急流灘航道整治的原則與方法[8]，工程段按Ⅵ級航道實施整治，布置30 m寬航線，并將其淺段疏通，考慮到本項目主要目的是減緩第2次裁彎取直直段流速，因此通過將航槽斷面(K0+000～K0+454)航道寬度由30 m拓寬至45 m，拓深航槽斷面(K0+000～K0+360)至設計河底高程以下0.3 m(滿足1.5 m的水深)及K0+360～K0+454斷面至設計河底高程以下0.5 m(滿足1.7 m的水深),見圖2。同時對于灘尾以下流速較緩的、過流斷面較大的平直河段的航道外的深槽，可利用上游棄渣土進行填充,以減緩灘上比降和流速，見圖3。

圖2 航道整治方案布置圖(單位： m)

圖3 工程前后航道河床縱斷面圖

2.2 數(shù)值模型驗證

將整個河道建立為1個二維恒定流計算模型[9]，模型長15 km，采用三角數(shù)值網(wǎng)格，第2次裁彎區(qū)域局部加密。采用遙田電站最小下泄流量(1臺機組發(fā)電)117.9 m3/s，對應的壩下水位為58.34 m，按實測枯水比降推算沿程各段設計水位并分別驗證。數(shù)值模型驗證結果表明，模型水位與原河道實測水位誤差均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)程要求。

2.3 模型結果分析

水位驗證后，分別在1、2、3臺機組發(fā)電的尾水流量下進行模擬。

工程前，2、3臺機組發(fā)電流量下直段航道內(nèi)均存在水流速度大于3 m/s的航段，尤其為D02所處的位置(見表1)，流速非常大，為急流，船舶航行較為危險，且往上游行駛的船舶存在上行困難等問題。

表1 工程前各級流量下流速值(m·s-1)點號不同流量(m3·s-1)下流速117.9242.2355.2D011.872.513.06D022.93.714.15D032.063.243.93

工程后，由數(shù)值模擬計算結果顯示，在各個流量下的流速與初始狀態(tài)下的流速有較大的緩解。在1臺機發(fā)電的流量下，直段最大流速可以控制在2 m/s以下，工程河段流速減緩0.12～0.91 m/s，流速減緩程度較大，取得較明顯的工程效果；在2臺機組同時發(fā)電的流量下，直段最大流速可以控制在3 m/s以下，工程河段流速減緩0.01～ 0.79 m/s，流速減緩較明顯，取得一定的工程效果；但在3臺機組同時發(fā)電的流量下，直段處的流速均大于3 m/s，通過本次簡單的疏浚措施無法解決3臺機組同時發(fā)電的流量下的通航問題，從安全角度來講，船舶此時不宜通航，以減少安全事故。

因此該工程方案實施后，分別在1、2臺機組發(fā)電流量下能保證安全通航，流速為3 m/s以下，見表2。

表2 工程后各級流量下流速值(m·s-1)點號不同流量(m3·s-1)下流速117.9242.2355.2D011.752.503.04D021.992.923.31D031.782.763.15

3 結論

1) 電站尾水航道同以往灘險整治條件不同，整治設計時要充分認識灘險水流條件，以及電站的調(diào)度情況，有針對性地布置整治方案。

2) 分別在1、2、3臺發(fā)電機組發(fā)電流量下，對工程河段采取分段布置不同疏挖斷面來設計方案。方案實施前、后進行數(shù)值模擬，得出1、2臺機組發(fā)電流量下，方案實施對比實施前流速取得了較大的改善，控制在3 m/s以下，同時流態(tài)相對較好，有利于船舶航行。

3) 通過本次簡單的疏浚措施無法解決3臺機組同時發(fā)電流量下尾水航道通航問題。結合電站調(diào)度情況，對船舶采用集中放行，禁止2臺以上機組同時發(fā)電的情況下船舶過閘，該方案能緩解尾水航道通航難的現(xiàn)狀問題。

4) 對于電站下游航道，電站應與當?shù)睾Ｊ戮直３志o密聯(lián)系，海事局將電站調(diào)度的情況及時通知各船長，同時加強管理，將海損事故降至最低。