长江三峡明渠导流的试验研究与原型运行调查.doc

1 长江三峡明渠导流的试验研究与原型运行调查摘要:该文阐述三峡明渠导流的模型试验研究成果,含明渠池流能力,过流断面形式,渠道进口纵向堰头部形状, 河岸保护, 航道河段整治及船只上行航线等。并对原型泄洪运行中尤其是 1998 年大洪水作了观测, 包括明渠水流情况, 两岸水位, 明渠底面冲淤变化, 围堰护坡淘刷及船只航行等。关键词:明渠导流纵向围堰河岸保护航道整治航迹线运行观测三峡第二期纵向围堰左侧的主河道,修建河床溢流坝和左岸厂房,以及左岸 5 级连续船闸,由导流明渠泄流,由明渠和临时船闸通航。试验研究是长江科学院、中国水利水电科学院、西南水运工程科研所各自的水力学整体模型( 比例尺为 1∶ 100 ;1∶ 120 ;1∶ 150) 进行的。施测了明渠泄流能力,流速、水流形态、水面坡降及船队航行轨迹线,船 2 舶对岸流速、操作使用舵角和航行漂角等。在明渠导流运行期间, 长江科学院、长江委水文局和葛洲坝工程管理局进行了原型观测,现将有关调研成果资料整理如下。 1 水力学模型试验研究 明渠布置与渠道尺寸明渠布置在长江右岸(图 1) ,沿中堡岛右侧的后河,明渠是由上、下游引航道,上、下游园弧连接段, 直线渠身段所组成。试验比较明渠宽度 450 、 465 m及 410 、 400 、 350 m 的不同规模方案[1] 。在试验流量 10 000 ~ 35 000 m3/s , 观测到混凝土纵向围堰头部的位置和形式对明渠影响很大,在堰头形式不适宜时, 纵向围堰侧旁会形成回流, 最大回流宽度占到明渠一半, 水流挤向凹岸一侧, 更增大右侧航道流速。为调整断面流速, 降低凹岸一侧航道宽度内流速, 模型试验曾比较过加设隔流提、斜潜坝,采用右高左低的复式断面, 而以上纵头部段为弧形曲线及以凹岸一侧航宽内渠底升高的复式断面效果最好,其升高度应以满足航道水深为限。经综合论证,按所提试验成果比较分析,决定采用明渠结合临时船闸的施工通航方案, 故选定明渠宽度 350 m。 3 该方案在流量 10 000 m3/s 时, 可满足省市县地方船队的航行要求。当流量为 20 000 m3/s 时, 静水率定流速 m/s 的3×1 000 t+1 kW 长航公司船队可沿明渠左、右航线上、下航行安全通过。 明渠断面及纵向围堰形式在设计选定明渠宽度 350 m 后,对明渠上、下口引航道的开挖范围、纵向围堰头部曲线形状、渠底开挖高程,泄洪水位流量作了深入的试验研究。 1998 年提出的布置为:右岸边线长 3 950 m, 其中渠身段长 1 700 m。明渠采用复式断面: 右侧高渠底高程 m ,宽度 100 m; 左侧低渠宽 250 m, 底高程顺水流向为:距坝轴线 44m 的上游高程 m ,坝轴线上游 44m 到坝轴线下游 113 m为 m, 坝轴线 113 m 以下为 m。明渠上游引航道段长约 1 050 m, 其右侧 100 m 宽范围高程 m, 左侧高程 m。下游引航道段长约 1 200 m, 其右侧宽 100 m 范围高程 m, 左侧高程 m。导流明渠左侧为混凝土纵向围堰,其轴线长度为 1 209 m, 其中上纵段长 m, 坝身段长 m, 下纵段长 m。上纵头部位置及曲线, 经过 20 个方案的比较试验和多次修改,最后选定: 左侧为半圆台,其顶圆半径为 m ,底圆半径为 m ,上纵头部右侧为 1/4 椭圆曲线。 4 明渠的泄流能力及其防冲保护 泄流能力明渠泄流能力是确定围堰高程及渠道断面尺寸、渠底防护的重要依据。将导流整体模型试验的有关上游水位、流量系列试验数据列入表 1 供设计、施工和管理单位参考。从表 1 可知,在 100 年一遇的校核流量 83 700 m3/s 时,上游水位为 m ,为此设计决定将第二期上横围堰和上纵围堰的顶高程从原设计 m 降为 m。由于围堰建在淤积沙土上,考虑沉陷及风浪爬高的影响,留有一定的超高。 防冲保护在通过设计导流流量 79 000 m3/s 时, 航道范围内的最大垂线平均流速为 8~9 m/s ,而在明渠的高程范围, 基础的岩石存在严重的风化情况, 因此在渲泄洪水时,难免遭受冲刷破坏,将导致明渠通航水流条件恶化。在渠底弱风化层全部冲光条件下,在流量 10 000 m3/s 、 15 000 m3/s 、 20 000 m3/s 时,测量明渠右侧岸距 75m 范围最大表面流速分别为 m/s 、 m/s 、 m/s ,均超过了通航要求标准, 还出现了不利航行的泡漩水流