三峡工程水建筑物抗冲磨防空化设计.doc

1 三峡工程水建筑物抗冲磨防空化设计摘要: 泥沙对三峡工程泄水建筑物的冲磨没有葛洲坝那么严重, 但由于目前我们对泥沙冲磨的规律的认识还有待深化,所以有些部位还是应作抗冲磨防空化设计。关键词:三峡工程建筑物抗冲磨防空化 1 泄水建筑物抗冲磨特征 抗悬沙冲磨设计水流挟带泥沙磨蚀泄流建筑物表面,与抗冲磨层厚度,冲磨的时间, 检修的时间间隔和抗磨材料的强度有关, 在相同的检修时间内,抗冲磨层厚度又与冲磨材料的强度成反比。根据泄水建筑物特征,拟定检修年限内要求抗冲磨强度,按 2 下式计算: R= 24KnT/ δ(1) 式中: R—抗冲磨强度(h/cm · m2) ,即单位面积上磨蚀 1cm 深所需的小时数。也可以用磨损率表示: 单位面积上单位小时磨去的深度(cm/h · m2) , 目前的试验都是把磨去的深度用重量(kg) 表示;T—一年内冲磨天数, 对于径流电站来说冲磨天数为大于河流造床流量的泄洪天数;N ——检修年限;K ——安全系数 2; δ——抗磨层厚度以 cm 计。混凝土抗冲磨强度与混凝土抗压强度、水流流速、水中挟沙量,四者的关系如下式: 3 R= .38 (2) 式中: R0 ——混凝土抗压强度; P ——水中挟沙量以%计; V ——水流流速(m/s) ;R ——同前。此次笔者根据葛洲坝水利枢纽抗冲磨设计和运行情况,对(2) 式中的一个指数作了修改。将(1) 、(2) 式合并如下: 4 = / δ(3) 抗石渣、推移质的冲磨设计石渣、推移质对泄水建筑物表面的冲磨与石渣和椎移质的数量、水流流速、冲磨的时间、抗冲磨的材料强度、冲磨层厚度等有关。根据葛洲坝水利枢纽运行经验, 石渣和石块对泄水闸水底板表面混凝土冲磨的规律性, 分析后得出如下关系式 Y= (4) 5 式中: Y ——冲磨深度(cm) ;G ——石渣量(t) ;若 G 为一年的数则 Y 为一年的冲磨深度。石渣、推移质对侧壁的冲磨,在距底板 以上的,不冲磨或有很少冲磨。底板抗磨层厚度, 根据检修年限内石渣量、椎移量,按(4) 式计算抗磨层厚度。由于石渣和推移质在水下运行规律不是均匀分布的, 目前尚未完全掌握, 因此应有一定安全余度。取安全系数为 。 2 三峡工程泥沙特征长江三峡枢纽坝址处,现在多年平均输砂总量为 亿t, 其中粗砂为 6000 万t, 推移质 50万t。一年内汛期输砂量占全年的 70% 以上。根据计算三峡水库运行 10、 30、 50、 70、 90 年平均每年进入坝区的悬移质沙量分别为 、 、 、 、 0 亿t。水库运行 20、 30、 60、 90 年进入坝区河段泥沙级配的中值粒径分别为 、 、 、 。建坝前多年平均中值粒径为 。 6 从模型试验成果看,水库运行 30 年,长江科学院、南京水科院和清华大学的三个模型泥沙淤积成果基本一致,淤积量很少。运行 50 年,三个模型相差 1 倍。其次水库运行 30 年和 50 年后各加一次 1954 年大水大沙年,实属苛刻。其三, 计算和模型试验均未考虑上游建库水土保持, 减少泥沙来源的工程措施。金沙江年输沙量为宜昌的 % ,嘉陵江为 % ,眠江为 % , 乌江为 % , 横江为 % 。随着社会的发展泥沙会逐渐减少。(1) 国家电力政策实行一条江河水电滚动开发,在三峡上游干流和交流上将兴建一系列水电枢纽的梯级开发。如金沙江上游不只是只有向家坝、溪洛渡两个枢纽, 而是还有很多个高坝枢纽。大部分泥沙拦在水库内。其他支流也是如此。美国哥伦比亚河和田纳西流域也都用几十年的时间建成梯级水电枢纽一个接一个。(2) 坡地开荒是水土流失的主要原因之一。 50 年代坡地禁止开荒, 进行水土保持, 与农民生活有直接的矛盾, 所以禁而不止。现在的政策鼓励农民进行小流域和荒山荒坡地治理与农民的致富联系在一起,因而得到农民的支持积极参与,又 7 得到国家和社会上的支持帮助,到那时泥沙基本不出沟,进入大江大河的泥沙就大大减少。现在不是 50 年代,不会再出现三门峡枢纽在泥沙上的问题的教训。(3) 在三峡工程建成后 30 年内我国经济在高速发展。现在就有财力、人力、兴建三峡工程, 几十年后, 国家更有巨大的财力、人力在上游干支流上兴建更多的水利水电工程、植树造林、水土保持和小流域治理。(4) 国家的环保政策不允许国家大面积的水土流失。总之, 现在国家和社会正在集中财力、人力兴建三峡工程, 在上游正在植树造林和小流域治理。上游泥沙输移量逐渐减少, 几十年后