工学-水利工程）三峡工程上引航道低水位冲沙方案研究-水库不恒定流分析

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1、三峡工程上引航道低水位冲沙方案研究-水库不恒定流分析摘要：本文利用一维不平衡输沙及不恒定流数学模型，针对三峡水库1～130年的各种淤积状态，研究了坝前水位降低2m冲沙所引起的水库泄水和充水的不恒定流。文中首先给出了三峡水库1～130年淤积的计算结果。淤积成果与前人的研究成果基本一致。在此基础上分别给出了不同淤积年份中,坝前水位降低2m冲沙和恢复正常水位需要的时间、排水量、下泄洪水过程、水库沿岸水位变幅以及对三峡发电水头的影响。研究表明三峡采鹊低水位冲沙的方案是可行的。由于小幅度降低水位冲沙可以缩小冲沙设施的规

2、模及减少工程投资和技术上的困难，该方案具有明显的优点。关键词：三峡工程引航道泥沙淤积动水冲沙1前言　　三峡工程上引航道的泥沙淤积在水库运行30年后将逐步加剧，到50年以后，最大年淤积量将超过200万m3[1]，而且，由于泥沙淤积主要集中在汛期大洪水的时候，大水大沙年高强度淤积将是机械挖泥所难以胜任的。因此，三峡工程引航道应考虑布置有效的冲沙设施，以确保通航条件的满足。　　葛洲坝的长期运行经验证明，采取“静水通航，动水冲沙”的策略解决通航与泥沙淤积的矛盾是正确的。葛洲坝在大江和三江引航道都布置了相当规模的冲沙闸

3、，大江航道的泄洪冲沙流量为15000m3/s,三江航道的冲沙流量为8000m3/s[2]。这一规模的冲沙设施不但保证了上下游引航道的畅通，而且也为葛洲坝增加了可观的泄洪能力。“静水通航，动水冲沙”的原则对三峡引航道也是适用的。但是，三峡和葛洲坝工程的规模和条件相差较大。葛洲坝工程汛期水头仅20m左右，而三峡工程的水头约80m。由于水头大，三峡工程冲沙闸（隧洞）设计在处理高速水流问题方面的困难更大。而且，如果在隧洞两侧开凿冲沙隧洞，对高边坡稳定是否会有不利影响，还有不同看法。何况这类冲沙设施的造价高而且在前期利

4、用率低，投资积压严重。另一方面，三峡工程又具有葛洲坝所不具备的优势。三峡下游水位处于葛洲坝水库的控制范围内，三峡引航道冲沙时可以临时要求葛洲坝降低库水位而增加其下游引航道的冲沙能力；三峡水库的坝前水位汛期一般为145m，上引航道水深较小，可以采用比葛洲坝工程更小的流量冲沙。通过分析对比葛洲坝的实际冲沙情况，清华大学曾提出了三峡工程小流量冲沙的建议[3，4]，认为三峡引航道的冲沙流量可以控制在4000m3/s以内。后来，又提出了临时小幅度降低三峡库水位冲沙的方案[5]，可望将冲沙流量的规模进一步降低到3000m

5、3/s左右。三峡工程汛期存在大量的弃水，通过超泄流量降低水位冲沙在原理上是可行的。而且，降低水位冲沙的方案属于非结构措施。对于三峡这样的高水头枢纽，节约冲沙流量，减小冲沙设施的规模，无论在经济技术上，还是在安全等方面都具有重要的意义。　　然而三峡水库的回水范围长达600多公里，降低坝前水位需要排泄大量的水体，如果水库的反馈过程太慢，导致冲沙过程持续时间太长，则可能对通航和发电都造成较大的影响。坝前水位降低对水库下游附加的洪水、上游重要码头的运行以及对发电的影响等也值得分析研究。这些问题对降低水位冲沙方案的能否

6、成立具有重要的影响。　　本文基于一维不平衡输沙和不恒定水流数学模型计算了三峡建库后130年内的淤积情况和不同年份水库在小幅度降低水位运用中产生的不恒定流动。随着水库淤积的发展，后期以很少的弃水就可以达到要求的坝前水位降低值，这时，坝前水位降低2m仅仅需要几个小时的时间，弃水量小于2(后期)～5(前期)亿m3。降低水位冲沙对航运，下游防洪、发电及库区港口作业影响都不大。特别是当50年以后，水库淤积接近平衡，降低水位2m时相应的弃水量仅1.2～1.5亿m3，降低坝前水位非常快。因此，采用降低水位冲沙方案是可行的；

7、而且，考虑到这一方案可以缩小冲沙设施的规模，减少工程投资和技术上的困难，所以它也是可取的。2三峡水为的淤积　　三峡水库的泥沙淤积对水流状态，特别是对不同运行条件下的回水曲线影响很大。为了正确计算小幅度降低坝前水位所需要的弃水量和时间，必须首先计算水库的淤积情况。　　关于三峡水库的泥沙淤积，中国水利水电科学研究院[6]和长江科学院[7]先后进行了长期的研究，为三峡工程做出了重要的贡献。为了便于详细分析，作者对三峡工程175-145-155水位方案1～130年的淤积情况又进行了计算。在计算中应用了新近建立的侧向积

8、分悬移质输移数学模型[8]，根据包括嘉陵江和乌江在内大约100个水库河道断面资料和与文献[6]，[7]相同的水沙系列资料，并采用文献[6]提供的30000m3/s流量条件下的天然糙率和水库淤积平衡的糙率资料。有关计算的详细情况，作者将另文报道。`图1三峡水库130年内长江干流淤积总量及其与[7]的结果比较图2三峡水库坝前太平溪断面变化过程Accumulateddepositioninmainstre