水利工程論文-長(zhǎng)江三峽明渠導(dǎo)流的試驗(yàn)研究與原型運(yùn)行調(diào)查.doc

水利工程論文-長(zhǎng)江三峽明渠導(dǎo)流的試驗(yàn)研究與原型運(yùn)行調(diào)查摘要：該文闡述三峽明渠導(dǎo)流的模型試驗(yàn)研究成果，含明渠池流能力，過(guò)流斷面形式，渠道進(jìn)口縱向堰頭部形狀，河岸保護(hù)，航道河段整治及船只上行航線(xiàn)等。并對(duì)原型泄洪運(yùn)行中尤其是1998年大洪水作了觀測(cè)，包括明渠水流情況，兩岸水位，明渠底面沖淤變化，圍堰護(hù)坡淘刷及船只航行等。關(guān)鍵詞：明渠導(dǎo)流縱向圍堰河岸保護(hù)航道整治航跡線(xiàn)運(yùn)行觀測(cè)三峽第二期縱向圍堰左側(cè)的主河道，修建河床溢流壩和左岸廠房，以及左岸5級(jí)連續(xù)船閘，由導(dǎo)流明渠泄流，由明渠和臨時(shí)船閘通航。試驗(yàn)研究是長(zhǎng)江科學(xué)院、中國(guó)水利水電科學(xué)院、西南水運(yùn)工程科研所各自的水力學(xué)整體模型(比例尺為1100；1120；1150)進(jìn)行的。施測(cè)了明渠泄流能力，流速、水流形態(tài)、水面坡降及船隊(duì)航行軌跡線(xiàn)，船舶對(duì)岸流速、操作使用舵角和航行漂角等。在明渠導(dǎo)流運(yùn)行期間，長(zhǎng)江科學(xué)院、長(zhǎng)江委水文局和葛洲壩工程管理局進(jìn)行了原型觀測(cè)，現(xiàn)將有關(guān)調(diào)研成果資料整理如下。1水力學(xué)模型試驗(yàn)研究1.1明渠布置與渠道尺寸明渠布置在長(zhǎng)江右岸(圖1)，沿中堡島右側(cè)的后河，明渠是由上、下游引航道，上、下游園弧連接段，直線(xiàn)渠身段所組成。試驗(yàn)比較明渠寬度450、465m及410、400、350m的不同規(guī)模方案1。在試驗(yàn)流量1000035000m3/s，觀測(cè)到混凝土縱向圍堰頭部的位置和形式對(duì)明渠影響很大，在堰頭形式不適宜時(shí)，縱向圍堰側(cè)旁會(huì)形成回流，最大回流寬度占到明渠一半，水流擠向凹岸一側(cè)，更增大右側(cè)航道流速。為調(diào)整斷面流速，降低凹岸一側(cè)航道寬度內(nèi)流速，模型試驗(yàn)曾比較過(guò)加設(shè)隔流提、斜潛壩，采用右高左低的復(fù)式斷面，而以上縱頭部段為弧形曲線(xiàn)及以凹岸一側(cè)航寬內(nèi)渠底升高的復(fù)式斷面效果最好，其升高度應(yīng)以滿(mǎn)足航道水深為限。經(jīng)綜合論證，按所提試驗(yàn)成果比較分析，決定采用明渠結(jié)合臨時(shí)船閘的施工通航方案，故選定明渠寬度350m。該方案在流量10000m3/s時(shí)，可滿(mǎn)足省市縣地方船隊(duì)的航行要求。當(dāng)流量為20000m3/s時(shí)，靜水率定流速4.9m/s的31000t1960.65kW長(zhǎng)航公司船隊(duì)可沿明渠左、右航線(xiàn)上、下航行安全通過(guò)。1.2明渠斷面及縱向圍堰形式在設(shè)計(jì)選定明渠寬度350m后，對(duì)明渠上、下口引航道的開(kāi)挖范圍、縱向圍堰頭部曲線(xiàn)形狀、渠底開(kāi)挖高程，泄洪水位流量作了深入的試驗(yàn)研究。1998年提出的布置為:右岸邊線(xiàn)長(zhǎng)3950m，其中渠身段長(zhǎng)1700m。明渠采用復(fù)式斷面:右側(cè)高渠底高程58.0m，寬度100m；左側(cè)低渠寬250m，底高程順?biāo)飨驗(yàn)椋壕鄩屋S線(xiàn)44m的上游高程50.0m，壩軸線(xiàn)上游44m到壩軸線(xiàn)下游113m為45.0m，壩軸線(xiàn)113m以下為38.0m。明渠上游引航道段長(zhǎng)約1050m，其右側(cè)100m寬范圍高程58.0m，左側(cè)高程54.0m。下游引航道段長(zhǎng)約1200m，其右側(cè)寬100m范圍高程58.0m，左側(cè)高程48.0m。導(dǎo)流明渠左側(cè)為混凝土縱向圍堰，其軸線(xiàn)長(zhǎng)度為1209m，其中上縱段長(zhǎng)530.0m，壩身段長(zhǎng)113.0m，下縱段長(zhǎng)566.0m。上縱頭部位置及曲線(xiàn)，經(jīng)過(guò)20個(gè)方案的比較試驗(yàn)和多次修改，最后選定:左側(cè)為半圓臺(tái)，其頂圓半徑為2.5m，底圓半徑為28.75m，上縱頭部右側(cè)為1/4橢圓曲線(xiàn)。1.3明渠的泄流能力及其防沖保護(hù)1.3.1泄流能力明渠泄流能力是確定圍堰高程及渠道斷面尺寸、渠底防護(hù)的重要依據(jù)。將導(dǎo)流整體模型試驗(yàn)的有關(guān)上游水位、流量系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表1供設(shè)計(jì)、施工和管理單位參考。從表1可知，在100年一遇的校核流量83700m3/s時(shí)，上游水位為83.77m，為此設(shè)計(jì)決定將第二期上橫圍堰和上縱圍堰的頂高程從原設(shè)計(jì)90.0m降為88.5m。由于圍堰建在淤積沙土上，考慮沉陷及風(fēng)浪爬高的影響，留有一定的超高。1.3.2防沖保護(hù)在通過(guò)設(shè)計(jì)導(dǎo)流流量79000m3/s時(shí)，航道范圍內(nèi)的最大垂線(xiàn)平均流速為89m/s，而在明渠的高程范圍，基礎(chǔ)的巖石存在嚴(yán)重的風(fēng)化情況，因此在渲泄洪水時(shí)，難免遭受沖刷破壞，將導(dǎo)致明渠通航水流條件惡化。在渠底弱風(fēng)化層全部沖光條件下，在流量10000m3/s、15000m3/s、20000m3/s時(shí)，測(cè)量明渠右側(cè)岸距75m范圍最大表面流速分別為2.15m/s、2.38m/s、4.16m/s，均超過(guò)了通航要求標(biāo)準(zhǔn)，還出現(xiàn)了不利航行的泡漩水流。為保證明渠通航水流條件，必須對(duì)明渠進(jìn)行防沖保護(hù)。經(jīng)比較試驗(yàn)最終確定的明渠渠底保護(hù)方案為:對(duì)高渠壩軸線(xiàn)上游255m到壩軸線(xiàn)下游100m范圍底澆混凝土保護(hù)。高低渠之間以11的坡度連接。對(duì)左側(cè)低渠碾壓混凝土壩上游緊鄰縱向圍堰的寬60m，長(zhǎng)100m范圍的渠底同樣澆筑混凝土保護(hù)。按上述措施保護(hù)后，經(jīng)流量20000m3/s試驗(yàn)結(jié)果表明:明渠右側(cè)航線(xiàn)上的表面流速降低，泡漩水流消失，長(zhǎng)航船隊(duì)自航船模，可沿明渠左、右兩條航線(xiàn)上水通過(guò)明渠，全程平均對(duì)岸航速大于1.0m/s，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)通航要求。1.4明渠上、下游航道連接河段的整治整治措施是將上、下游航道連續(xù)河段規(guī)劃航道內(nèi)的礁石開(kāi)挖到高程600m，沙包開(kāi)挖到高程61m，進(jìn)行了整治前與整治后對(duì)比試驗(yàn)。在流量1000030000m3/s的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明:從保證上游航道連接段航深、消除跌水，泡漩等礙航流態(tài)，減少水流與航線(xiàn)夾角，減少橫向流速看，此項(xiàng)整治措施是必要的，也是有效的。2導(dǎo)流期間原型觀測(cè)(1)明渠水流情況2。水流受渠道混凝土縱向圍堰縮窄的影響，在縱向圍堰首部樁號(hào)19480至19200的20m范圍產(chǎn)生跌水，按模型上游水位與渠道原型樁號(hào)19560處水面差計(jì)，在流量3590061000m3/s時(shí)落差2.303.3m，并有波浪，堤頭有挑流作用，挑流線(xiàn)上流速較大；在渠身段，即河床高程由50m過(guò)渡到45m的區(qū)段，產(chǎn)生水面降落波動(dòng)外，整個(gè)明渠過(guò)流平順，水流條件好，主流偏右(圖1)。(2)明渠水位變化。在流量3590061000m3/s時(shí)，縱向水位差1.21.65m，縱向比降i=0.00100.0014。受渠道進(jìn)口和出口彎道段水流離心力的影響，在渠道產(chǎn)生橫向水位差，在右岸護(hù)坡一側(cè)的凹岸產(chǎn)生壅高水位，在縱向圍堰一側(cè)的凸岸水位降低，水位差1.62.lm，橫比降0.00430.0056。(3)渠道糙率。進(jìn)入明渠的水流在進(jìn)口段受縱向圍堰束窄作用產(chǎn)生跌水和回流漩渦區(qū)，再往后水流