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第 23 卷第 6 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2003 年 12 月 三峡 电站 调峰 流量对航运 的影响分析 吴 晓黎 ， 李承 军 ， 张勇传 ， 余 波 ( 1． 华 中科技 大学 水 电与数 字化 工程 学 院 ， 湖 北 武 汉430074 ；2． 中国长 江三峡 工程 开发 总公 司 ， 湖北 宜 昌443002) 摘 要 ： 针 对 三峡 一 枝 城 河 道 的 地 形 特 征 ， 建 立一 维非 恒 定 流 模 型 ． 在 三峡 电站 预 先 给 定 的航 运 约 束 条件 下 ， 计 算 电站 下 游 的 非 恒 定 流 对 航 运 的 影 响 并 对 若 干调 峰 流 量过 程 曲 线进 行 分析 ， 找 出满 足航 运 要 求 的调 峰 曲线 ． 提 出可调 整 葛洲 坝 的 库 容一 水 位 关 系 ， 对 三 峡 调 峰 流 量 进 行 反 调 节 ， 削峰 填 谷 ， 以 满足 航 运 要 求 ． 关 键 词 ： 航 运 ； 非恒 定 流 ； 调 峰 流 量 ； 水 面 比 降 ； 表 面 流速 ； 三 峡 电站 中 图分 类 号 ： TV 122 ． 5 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1006 — 7647 (2003)06 — 0007 — 03 三峡 电站在 电力系统 中担任调峰任务 的时候 日 出力 变 化 较 大 ， 这 种 负 荷调 节 变 化 会 严 重 影 响 通航 ， 主 要 表 现 在 以下 两 个 方 面 ： 电 站 负荷 大 幅 度 变 化 ， 使 下游河道水位陡涨 陡落 ， 水 面坡 降增大 ， 流态恶化 ， 不能满足航运 要求 ； 电站 负荷 调节 使下 游河道水 位 变 化 幅 度 超 过 通 航 允 许 值 ， 造 成 船 只 搁浅 或 停 航 ? ． 因 此 ， 从 航 运 的安 全可 靠 和经 济性 考 虑 ， 航 运 部 门对 码 头 和航 道 一般 有 码 头 水 位 日变 幅 限 制 、 航 道 水 位 限 制 、 航 道 流 速 限 制 及 航 道 水 位 的 小 时 变 率 限 制 等 要求 [21． 为 满 足 航 运 要 求 ， 在 制定 三 峡 电站 和 葛 洲 坝 电 站 的 发 电计 划 时 ， 必 须 同时 考 虑 发 电 和航 运 的要 求 ； 在 对 水库 调 峰 时 ， 需 要 考 虑 下 游 水 位 和 流 速 的影 响 ． 本文采用圣维南方 程建 立数学 模 型 ， 计 算下游 河道 的非 恒 定 流 情 况 ， 进 而 分 析 讨 论 不 同调 峰 流 量 下 河 道 水 流 的 航 运 满 足 情 况 ， 为 水 库 峰 值 调 整 决 策 提 供 实例参考 ． 1数 学 模型 和 计算 为实 时掌握航 运 中若 干断 面的水位 、 硫 量 变化 情况 ， 须对航 运 区间河道 中 的水流进 行非恒 定流 计 算 ． 根 据 水 力 学 的有 关 理 论 ， 本文 对 河 道 的 非恒 定 流 加 以 描 述 ， 一 维 非 恒 定 流 状 态 可 用 圣 维 南 ( Saint V enant) 方 程 组 来 描 述 J ． 连 续 方 程 ( 或 称 水 量 平 衡 方 程 ) ： t+上B ：0 —u ( 1) ＼ a ‘ a 运 动 方 程 ： a￡ ( 式 中 ： t 为 时 间 ， s ； m； Q ( t， ) 为河段 内流量过 程 ， m ／ s； A ( z ， 水 位 对 应 的 断 面 面积 ， m ； B 为 河 宽 ， m； g 为重 力 加 速 度 ， m／ s ； 为 流 量 模 数 ． 式 ( 1) 和式 (2) 是双 曲型拟 线 性偏 微分 方程 组 ， 可 采用 隐 式差 分 Preissmann 法 进 行 离 散 J ． Preiss— mann 使用 四点空间偏 心差分格 式 ， 即： 厂 ( ， t) ： 导 (膈-+ + -) + + 十 a ＼ ( 。+业 为 流 程 ， m； z ( t ， ) 为 水 位 过 程 ， ( A )+ 小 )： 0 (2 ) )／ 十 g ， 1 、 ’ ’ ) 为各 ( 。 + n ) ： 一 + ( 1 一 。、 ) a △ △ 一一 厂上 ： ： ··J■ -— —— — -··--- — — — ～a t 2△ t 将 函 数 ／( z ， Q ) 在 ( n + 1) A t 时 间层 上 用 Taylor 级数展开 ， 可得到近似线性代数方程组 AV Qi + B U zi + C i Qi“+ D Ij zi“= A2 j △ Qi + B2 i △ zi + C2 i A Qi“+ D2 j △ zi“= E li ( 3) E 2j (4 ) 其 中 ， A ， B ， C ， D ， E ( i = 1， 2) 均 为 系 数 ． 用追赶 法进 行求解 ， 一般 只需 经 过 2 ～ 3 次 追 赶迭 代 ， 便 可得 到满 意 的 结 果 ． 必 须 指 出 ， 上述 方 程 组 对 未 知数不 封闭 ， 必 须加 上两个 边界 条件才 能得 到惟 一解 ． 基 金项 目 ： 国家重 大科 技项 目( 攻关 ) 计划 子题 ： 三峡枢纽 梯级水 库联合 优化 调度 初 步方案研究 ( 97 — 312． 06— 1— 5) 作者 简介 ： 吴晓黎 ( 1980一 ) ， 女 ， 河 南信 阳人 ， 硕士研 究生 ， 从 事电 力系统 经济运行 、 水电 站优化 调度 与 自动 化研究 - 7 ·