三峽導(dǎo)流明渠通航條件淺析

1、三峽導(dǎo)流明渠通航條件淺析            摘要：導(dǎo)流明渠是三峽工期工程施工期的重要航運(yùn)通道，中枯水期通航條件較好，可滿足運(yùn)量要求，根據(jù)施工通航歷時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)量大、技術(shù)難題多等特點(diǎn)，如何增加明渠通航時(shí)間、提高運(yùn)量，是人們關(guān)心的重大問(wèn)題、經(jīng)研究，當(dāng)整治上、下游口門(mén)連接段航道后，選擇合適航線，采取絞灘換推等措施，可將通航流量提高到3000035000m3/s，但同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)原型觀測(cè)，注意通航水流條件的變化，以便采取措施保證順利航行。 關(guān)鍵詞：三峽工程 導(dǎo)流明渠 施工期通航 

2、0;1 基本情況1.l明渠型式及尺度    導(dǎo)流明渠位于長(zhǎng)江右岸中堡島右側(cè)，既是二期施工期唯一的泄水河道，也是該時(shí)期中枯水季的重要航運(yùn)通道，設(shè)計(jì)最大通航流量為20000m3/s。導(dǎo)流明渠渠身中間順直、進(jìn)口為彎道、平面呈微彎的半月形。明渠左側(cè)為軸線長(zhǎng)度1191.47m的混凝土縱向圍堰；右側(cè)靠山坡，上彎道右邊線園弧半徑R1=777.6m、園心角1=3.6”，廠彎道右邊線園弧半徑R2=787.5m、園心角民2=56°，右邊線全長(zhǎng)4038.98m。明渠航道軸線長(zhǎng)3427.79m；最小底寬為350m，進(jìn)口段無(wú)高低渠之分。渠底高程為5958m；接近堰段時(shí)為有高左低的

3、復(fù)式斷面，右側(cè)高渠底寬100m，渠底高程58m，左側(cè)低渠底寬不小于250m,渠底高程從上到下分別為58m、50m、45m和53m等四級(jí)。1.2明渠通航標(biāo)準(zhǔn)    導(dǎo)流明渠的設(shè)計(jì)通航標(biāo)準(zhǔn)，一直受有關(guān)各方關(guān)注，經(jīng)論證審定的標(biāo)準(zhǔn)是：3×l0001十2640Hp或2×1500t2640Hp的大型船隊(duì)在流量小于20000m3/s時(shí)通航要求明渠航道內(nèi)此時(shí)流速、流態(tài)和水面比降等滿足上行船隊(duì)平均對(duì)岸航速大于1.Om/s；中小型船隊(duì)在流量小于10000m3/s時(shí)通航，要求此時(shí)航道范圍內(nèi)的最大流速小于2.5m/s，且沒(méi)有礙航泡漩和波浪等不利流態(tài)。2 明渠水流特點(diǎn)&

4、#160;   非汛期導(dǎo)流明渠受葛洲壩水利樞紐回水影響，水流平緩，航行條件較好。汛期受混凝土縱向圍堰上堤頭作用，主流從左岸挑向右岸，在明渠上彎道下段形成右斜的高速區(qū)，在壩軸線及以上200m左右流速最大；三期碾壓混凝土以下部位由于復(fù)式斷面的調(diào)節(jié)作用，右岸流速減小。出口段受低渠底高程的抬高和卜彎道影響，在下彎點(diǎn)以卜的右側(cè)又形成一個(gè)高流速區(qū)，其最大流速和比降值出現(xiàn)在壩軸線以下13001600m處。因此明渠水流有三個(gè)特點(diǎn)：高流速區(qū)履蓋范圍較廣。當(dāng)20000m3/s流量時(shí)，試驗(yàn)表明4m/s以上的高流速?gòu)膲屋S線以上800m處一直延伸到壩軸線以下500m；在壩軸線以上100m的橫斷面，明

5、渠中部高流速區(qū)分布寬達(dá)250m；受明渠邊界條件特別是低渠底高程變化的影響，明渠沿程縱比降分布不均，且正負(fù)比降交替出現(xiàn)。在20000m3/s流量時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得壩軸線以上840960m處縱比降為0.2%，而壩軸線以上720840m范圍內(nèi)縱比降則為-0.233%；明渠的流速流態(tài)較為復(fù)雜。明渠進(jìn)口因受縱向圍堰挑流作用形成斜流，渠身段由于邊界條件特別是渠底高程的變化，引起水流能星的轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生礙航波浪，出口段受彎道水流慣性的影響形成強(qiáng)勁的掃彎水，并伴有泡漩產(chǎn)生等。而且隨著流量的增大，流速和比降值明顯增大，礙航波及泡漩強(qiáng)度急增，使上行船舶航行阻力增加，下行船舶控制困難。3 大江截流前后明渠沖淤與通航條件分析&

6、#160;   2007-04-23            導(dǎo)流明渠系凸向右岸的微彎型河道，具有彎道水流的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用了左低右高的復(fù)式斷面，其目的是調(diào)整斷面流速分布，使明渠主流位于低渠，讓高渠流速較小，以利船隊(duì)上行。    一定的水流條件可以形成一定的河床，而河床的沖淤變化，又使水流條件隨之改變，據(jù)大江截流前后實(shí)測(cè)資料，導(dǎo)流明渠自1997年5月破堰進(jìn)水過(guò)流后，渠內(nèi)產(chǎn)生了淤積，截流期間又隨過(guò)流量的增加而沖刷，水流條件也隨之變化

7、。3.1截流前的明渠水流狀態(tài)    導(dǎo)流明渠進(jìn)水后原大江仍處于過(guò)流狀態(tài)，是主要的泄水通道，導(dǎo)流明渠的分流比小，流速低經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期，渠內(nèi)產(chǎn)生了大量淤積，1997年10月2日26日實(shí)測(cè)地形表明，總淤積量達(dá)292萬(wàn)m3(表1)。從河床地形看淤積物主要集中在混凝土縱向圍堰一側(cè)和壩軸線以下(l7-24斷面)一定范圍內(nèi)，雖然沒(méi)有礙航淤積。然而抬高了低渠河底高程，降低了復(fù)式斷面對(duì)流速流態(tài)分布的調(diào)整作用，使進(jìn)人明渠后的主流右移，造成高渠區(qū)流速增大。1997年10月27日28日，明渠過(guò)流量855Om3/s時(shí)實(shí)測(cè)了表面流速(表2)，從中可以看出，明渠上游連接段主流位于航道中心線以左2

8、00m附近，設(shè)計(jì)航道內(nèi)為緩流區(qū)；然而到壩軸線以上1200m處，主流逐漸右移至高渠區(qū)，至壩軸線以下300m處高渠區(qū)流速最大，達(dá)2.9m/s，隨后主流略向左移，沿明渠軸線下泄。表2  導(dǎo)流明渠流速實(shí)測(cè)值表斷面至壩軸線距離/m部位及流速截流前Q=6150截流后Q=6150610431.901.931.81.18左170左125右45左1407    2007-04-23        9552.222.51.671.371.42左140左90右45左270左1071149

9、02.182.081.941.001.13左45左20右70左135左3216壩軸線1.952.122.712.442.291.521.501.541.38左155左85左25右    2007-04-23        45右90左137左150右2518-2751.912.272.472.902.462.381.351.531.24左115左55右15右28右64右85左950右4029-15302.282.522.321.231.511.19左35右15右35左210左

10、145右    2007-04-23        3731-19002.172.231.81.351.321.311.16左72右13右62左260左200右30右47注：部位及流速一欄中，上面為流速值，下面為測(cè)點(diǎn)至航道中心線距離長(zhǎng)江科學(xué)院曾在模型試驗(yàn)中實(shí)測(cè)了明渠10000m/s流量時(shí)的流速分布。將原型流量8550m3/s與模型10000m3/s流量時(shí)的流速對(duì)比可以看出：由于原型明渠內(nèi)產(chǎn)生泥沙淤積，實(shí)測(cè)流速比模型試驗(yàn)值大。明渠進(jìn)口至壩軸線以上350m處流速沿?cái)嗝娣置嫘褪胶驮?/p>

11、驗(yàn)相同，然而流速值比試驗(yàn)結(jié)果大0.20.7m/s，為1.133.6m/s(表2)，壩軸線以上300m至下彎道上部，高低渠的流速變化不一樣，高渠的流速為2.012.9m/s，比試驗(yàn)值增大0.71.0m/s；低渠為1.92.27m/s，和試驗(yàn)值相近。明渠下彎道以下區(qū)域，實(shí)側(cè)流速值為1.82.75m/s比試驗(yàn)值高0.40.6m/s。    3.2 截流后的明渠水流狀態(tài)1997年11月8日大江截流后，1920日又實(shí)測(cè)了明渠水下地形，成果表明：隨著截流進(jìn)占，明渠過(guò)流量逐漸增加，河道產(chǎn)生沖刷，截流后長(zhǎng)江水流全部由明渠下泄，沖刷進(jìn)一步發(fā)展，與截流相比沖刷了128萬(wàn)m3

12、，剩余淤積量為164萬(wàn)m3(表1)。淤積仍集中在混凝土縱向圍堰右側(cè)。表1 大江截流前后導(dǎo)流明渠淤積量表截流前截流后    2007-04-23        C.SA/m2W/萬(wàn)m3C.SA/m2W/萬(wàn)m3171003007.817<3008.28壩線173.18壩線50050.817-2420002500193.3壩241000170095.92531<100017.82431<3009.1合計(jì) 292合計(jì) 164  

13、;  2007-04-23        從1997年11月2223日實(shí)測(cè)流量6150m3/s表面流速看，主流位置及斷面流速分布與截流前相比有一些變化，但不大。壩軸線以上350m至下彎道上段，實(shí)測(cè)高渠部分流速為0.871.50m/s，低渠為0.861.57m/s。綜上所述，明渠不同過(guò)流量及河床沖淤變化，可使明渠的通航水流條件發(fā)生變化，應(yīng)加強(qiáng)原型水下地形和表面流速流態(tài)觀測(cè)及分析研究，掌握其變化規(guī)律，以保證明渠順利通航。4 提高明渠通航條件和能力的措施4.1 選擇合適的航線導(dǎo)流明渠布置確定以后，鑒于

14、其流速流態(tài)分布的上述特點(diǎn)，選擇合適航線是非常重要的。經(jīng)研究，上行船隊(duì)的航線應(yīng)避開(kāi)壩軸線以下13001600m的急流區(qū)和明渠進(jìn)口靠混凝土縱向圍堰一側(cè)的斜流區(qū)，上行船舶應(yīng)沿下口左側(cè)駛?cè)朊髑?，在適當(dāng)位置跨渠過(guò)渡到右岸后駛出?？缜^合理航線有兩個(gè)方案，一是船隊(duì)到壩軸線以上高流速區(qū)后跨渠的左航線方案，二是船隊(duì)在壩軸線附近跨渠的中航線方案。船隊(duì)一直沿明渠右側(cè)上駛的右航線方案則不太經(jīng)濟(jì)。4.2 整治明渠上、下游航道連接段三峽工程初步設(shè)計(jì)階段明渠的進(jìn)出口航線是沿兩岸彎道的切線方向布置。由于明渠上游連接段墩灘一帶礁石林立，岸線相對(duì)突出，與主航線連接不夠順暢，使下行船隊(duì)在大流量時(shí)航行困難，上行船隊(duì)無(wú)法利用近岸緩流

15、，明渠下游連接段則因鉤魚(yú)嘴礁石區(qū)的存在，汛期下行船隊(duì)航向與水流方向偏角較大，同時(shí)因礁石的阻水作用形成礙航波浪，不利于船舶航行，應(yīng)予整治。葛洲壩大江1號(hào)船閘上下游引航道連接段經(jīng)整治后改善了通航條件，提高了通航能力，因此，根據(jù)葛洲壩的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)明渠上下游連接段進(jìn)行了整治。首先修改了明渠上、下游連接的平面布置，使之便于航行。上游連接段的航道中心線，在壩軸線以上1001.5m處以半徑1000m、園心角28.3°向有岸偏轉(zhuǎn)，使航線與流線基本一致，下游連接段則在壩軸線以下1117m處將原設(shè)計(jì)的航道中心線向右偏轉(zhuǎn)5.1°，再向下游延伸。為此，炸除了連接段航道內(nèi)的礙航礁石，開(kāi)挖了淺水航槽，整頓了岸線，從而使上、下連接段航線較為順暢，并貼近岸邊的緩流區(qū)，有利航行安全，滿足了通航要求。4.3 設(shè)絞或換推助航根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)流量超過(guò)20000m3/s時(shí)明渠停航，所有船舶由臨時(shí)船閘通過(guò)限于其運(yùn)力，每年汛期當(dāng)流量大于20000m3/s時(shí)臨時(shí)船閘將出現(xiàn)壓船待閘。時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月，為此，航運(yùn)部門(mén)經(jīng)研究提出在明渠設(shè)絞或換推(助推)方案提高明渠的通航流量。試驗(yàn)表明：在明渠內(nèi)