三峡工程右地下电站泥沙问题.doc

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1、三峡工程右岸地下电站泥沙问题模型试验研究李大志郭炜陈义武摘要：三峡工程右岸地下电站远离主河槽，电厂引水为支汊取水形式，水库蓄水后，厂前水流为缓流和回流区，为研究地下电站厂前泥沙淤积等问题，采用数学模型和实体模型相结合方法进行研究，对排沙底孔的排沙效果和改善地下电站工程措施进行了试验。关键词：三峡工程地下电站；实体正态模型；系列年淤积试验；排沙效果。1前言三峡水利枢纽地下电站位于右岸白岩尖山脊下，与右岸电厂相邻，是三峡电站的组成部分，装机共6台，总装机容量为420万千瓦。电厂进水口的闸门孔口为9.5m×15m，底板高程为116m。三峡工程蓄水

2、运用后，右岸地下电站厂前处于缓流区和回流区，泥沙淤积。随着枢纽长期运行，地下电站厂前淤积厚度增加、流态复杂，对地下电站的长期安全运用产生威胁，因此在三峡工程设计及施工阶段过程中，采用三峡坝区1/150正态模型[1]，进行了试验研究，模型模拟的河段全长31.5km，其中坝址以上河段长17.5km，模型进行了多次长系列年(70+6年)淤积试验，研究了电站底孔的排沙效果，以及改善电站进流而设置右岸电厂与地下电厂连通道等工程措施。2、试验条件[2](1)模型进口的流量和含沙量过程，采用1961~1970年水文系列年数学模型计算成果。该项计算未考虑三

3、峡水库以上干支流新建水库及水土保持工程的减沙效果，故淤积量偏大。(2)坝前水位和枢纽各建筑物的调度方案为：坝区汛期限制水位第1~10年为135m，从第11年开始为145m，坝下游水位按葛洲坝枢纽坝前水位66m控制。(3)考虑到1954年型大水大沙年，坝前汛期水位控制在145m以上的历时较长，为了研究其对坝区泥沙冲淤的影响，在枢纽运用30年末、50年末和70年末各插入1954年和1955年典型水文年，相当于枢纽运用76年中出现3次1954年型大水年。实际上宜昌站1954年洪水约为80年一遇，沙量为1950年以来实测最大值，故试验采用的水沙年系

4、列偏于安全。(4)考虑到地下厂房布置在原茅坪溪累积淤积区，为了确保泥沙淤积不致影响地下厂房的正常运行，在调度原则上优先考虑地下厂房，在汛期20000m3/s流量以上时，6台机组全开，在枯季也保证不少于2台机组运行。2、地下电厂前水流泥沙运动规律(1)枢纽运用后，坝上游河势逐步向微弯、平顺态势调整(图1)。主流流向在坝前正对溢流坝段，在左、右电厂段前形成两个方向相反的回流，而地下电站位于右岸边滩茅坪溪内，白云尖山体将其与主河槽隔离，电站运行时，一部分水流从茅坪溪口门绕流进入地下电站，形成支汊取水的形式。另一部分水流从连通道侧向进入地下电站。(

5、2)三峡枢纽采用“蓄清排浑”的方式调度，汛期坝前水位一般控制在145m运行。大量泥沙随洪水从溢流坝段的泄洪深孔下泄至坝下游，而地下电站远离主流，进水形式为支汊进水，因此流进地下电站的泥沙粒径相对较细。(3)地下厂房前水流垂向交换较强，含沙量沿垂线分布均匀。三峡枢纽汛期限制水位为145m，非汛期坝前水位为175m，因此，地下厂房开启后，水流由水面向29~59m深的电站进水口通过水轮机流到下游，从而造成厂前水流垂向交换较强，含沙量和泥沙粒径垂向分布均匀。(4)地下厂房上游590m处为茅坪溪口门，原属累积性淤积区，当地下电站运用时，则有流量最大为

6、4800m3/s、最少为1600m3/s的水流由此经过，口门不致完全淤塞。枢纽运用到76年即水库达到冲淤平衡后在145m水位时口门宽约350m，淤积高程一般在140m以下。4、地下电厂厂前及尾水渠泥沙淤积情况4.1地下电厂前泥沙淤积在排沙洞全关的情况下，枢纽运用初期30年末，地下电厂前缘30m处的最大淤积高程为119.4m，一般淤积高程为115.6~119.4m，已有4台机组厂前淤积高程超过进水口底板高程116m，但不影响地下厂房的机组正常取水。枢纽运用50+4年末，地下电厂前缘30m处最大淤积高程为119.8m，地下厂房全部机组前缘30m

7、处的淤积高程，均超过进水口底板高程116m，但不影响电厂正常取水。枢纽运用70+6年末，地下电厂前缘30m处的淤积高程，均超过了电厂进水口底板高程，最大高程为120.3m，但仍不影响地下厂房正常取水。由于地下电站远离河槽，其进水形式为支汊进水，因此，地下厂房前缘的淤积物粒径较主厂房右电厂细，枢纽运用初期30年末，淤积物中值粒径d50一般为0.015mm；枢纽运用中期54年末，淤积物中值粒径一般为0.015~0.020mm；枢纽运用后期76年末，淤积物中值粒径一般为0.022~0.028mm。4.2地下电厂尾水渠泥沙淤积地下厂房尾水由三条排水

8、隧洞下泄，直接注入右电厂尾水渠。由于地下厂房尾水流向与右电厂尾水流向交角较小，约15度，所以对右电厂尾水下泄的干扰较小，仅因两股水流交汇后，由于水流的离解作用，局部形成了回流流态