永久船闸引航道隔流堤方案试验

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：无隔流堤方案的试验结果表明，在枢纽运行的50+4年中，水沙进入模型后，泥沙即发生淤积，并逐步向坝前推进。与天然情况相比，深泓位置有所变化，最大偏移的位置在9号断面处，偏移的距离约400m。在30年末、最不利的条件组合下，即Q=56700m3/s、H=145.0m时，永久船闸和升船机都能安全航行。在50+3年前后，在各种水流条件下，升船机口门区基本能满足通航要求，但在Q=56700m3/s、H=147.0m 的条件下，永久船闸引航道口门区超标面积为34%，通航已很困难。

此项模型试验是依据三峡工程的原运行方案进行的，即在水库建成后初期10年，坝前水位按照156m—135m—140m 进行调度，汛期水库的防洪限制水位为135m，自第11年起，坝前水位按175m—145m—155m 进行调度，即汛期的防洪限制水位为145m。比初期10年抬高了10m。鉴于汛期来沙占全年沙量的绝大部分，在流量较大时，才会引起床面形态的冲淤变化，因此在坝区模型试验中，主要是模拟汛期流量大于15000m3/s以上时段的泥沙冲淤变化。

模型地形依据1979～1980年1∶5000地形图塑造，枢纽建筑物按照初步设计方案制作 (图4-1)。三峡工程坝区泥沙模型进口逐年的水沙条件根据1993年10月长科院提供的三峡水库泥沙冲淤计算结果统计得出。在坝区模型水流流态与流速分布的观测中，采用了摄像技术与图像处理的方法，采集与分析了瞬时流场的资料，获得了水流流态与流速分布的成果，这个方法具有速度快、精度高，可同步反映流场内水流流态的特点。

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图4-1　清华大学三峡坝区模型布置图

根据模型试验结果可以得到坝区泥沙冲淤平衡的年限 (王桂仙等，1994b)。从开始运行到70+6年末，坝区泥沙冲淤发展过程可分为四个阶段，即平行淤积阶段、滩槽趋平阶段、新的高滩深槽形成阶段和冲淤平衡阶段。第一阶段从0～30+2年，这一阶段床面平行淤积，原始河床滩槽相对位置保持不变，主槽和滩面都为单向淤积，但主槽淤积速率快，滩面淤积速率慢。深泓位置及河势保持不变。第二阶段从31～42年，原始床面滩槽消失，向动平整床面发展。河道上段在30+2年末时已形成较为平整的床面，而河道下段到42年末时才发展成为平整床面。该阶段不能保持单向淤积状态，大流量时部分河段发生冲刷。由于原始深槽消失，深泓位置开始发生变化。第三阶段从43～60年，为深槽、深泓及河势发生调整向平衡发展的河道重新塑造阶段。从43年开始，在平整床面上冲刷出新的主槽，深泓位置发生较大的改变。到50+4年，形成较稳定的滩槽关系，深泓稳定，河势顺直。到60年达到平衡状态。第四阶段从61～70+6年，为冲淤平衡阶段 (图4-2～图4-5)。

无隔流堤方案的试验结果表明(王桂仙等，1994c)，在枢纽运行的50+4年中，水沙进入模型后，泥沙即发生淤积，并逐步向坝前推进。在断面形态上，初期30年左右，泥沙在断面上平行淤积抬高，河床仍保持与天然情况相近的滩槽形状，30年以后，槽内淤积不断增加，河底趋向平整，40年以后，床面淤积的泥沙又进行调整，塑造出新的滩与槽。枢纽运行50+4年，试验河段淤积总量达10.74亿m3，太平溪以下到坝轴线6.8km的河段内，淤积量达5.56亿m3。在泥沙淤积的过程中，坝区的河势不断变化，向着较为顺直的方向发展。与天然情况相比，深泓位置有所变化，最大偏移的位置在9号断面处，偏移的距离约400m。在30年末、最不利的条件组合下，即Q=56700m3/s、H=145.0m时，永久船闸和升船机都能安全航行。在50+3年前后，在各种水流条件下，升船机口门区基本能满足通航要求，但在Q=56700m3/s、H=147.0m 的条件下，永久船闸引航道口门区超标面积为34%，通航已很困难。Q=45000m3/s、H=145.0m 时，也有10%的面积超过通航标准。

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图4-2　三峡坝区实体模型试验结果

(a)模型第0号断面 (距大坝250m)淤积过程;(b)坝区断面平均淤积厚度沿程变化;(c)坝区断面平均淤积厚度沿程变化

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图4-3　三峡坝区的淤积形态试验结果

(a)30+2年末;(b)70+6年末

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图4-4　三峡坝区145m 水位下过水面积变化过程

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图4-5　坝区145m 以下断面平均过水面积逐年变化过程

设隔流堤方案的试验结果表明(王桂仙等，1994b)，枢纽运行50+4年，试验河段淤积总量达10.65亿m3，太平溪以下到坝轴线6.8km 的河段内，淤积量达5.57亿m3。枢纽运行70+6年，试验河段淤积总量达11.39亿m3，太平溪以下到坝轴线6.8km 的河段内，淤积量达5.92亿m3。坝区深泓位置最大偏移的位置在7号断面处，偏移的距离约500m。试验结果表明，坝区模型设隔流堤方案30+1～50+4年时，永久船闸引航道可以满足通航的要求;46年时，坝前淤积的滩面高程多在140m 高程以下，升船机引航道也可以满足通航的要求，48年以后引航道流速超标范围较大，通航比较困难。但在隔流堤右侧100多m 处即进入主流区，流速较大，船舶航行将会比较困难。70+6年时，永久船闸引航道及升船机引航道都是在滩面上开挖出来的，只要及时清淤保持引航道的尺度，通航的水流条件均可满足要求。但升船机引航道与主流交汇的区域，流速较大已不具备通航的条件。

试验结果表明，随着枢纽运用时间的增长，水库的排沙比增大，通过电厂水轮机泄水中泥沙的含量也不断增加。38年时，电厂汛期泄水的含沙量约2.0kg/m3左右，到56年时达到2～3.5kg/m3。70+6年时，达到3～4kg/m3。泄水中泥沙的粒径也随着入库泥沙粒径的增大而变粗。电厂前可以保留25°～28°的冲刷漏斗。

永久船闸引航道隔流堤方案试验

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