漫谈三的峡工程建设中水力学问题.doc

漫谈三峡工程建设中的水力学问题 时启隧 (中国水利水电科学研究院北京100038) 提 要 本文从水工水力学、河道水力学和环境水力学三方面介绍三峡工程建设中与水力学有关的一系列研究课题，说明一项大型水利枢纽工程的建设，需要诸多专业性、综合性以及跨学科的水力学研究来支持，也说明水力学是一门服务领域十分广泛的应用技术学科。 关键词 水工水力学河道水力学环境水力学 1 前言 长江三峡工程规模宏大、举世瞩目，其设计洪水流量及施工期导流流量都居世界前列。枢纽工程中，泄洪建筑物孔洞数量很多，泄洪功率大，消能防冲任务十分艰巨；施工期导流工程规模大，且有临时通航和提前发电的要求，致使导流水力学问题十分复杂；三峡建库后，为改善长江航运而提出的高水头船闸、升船机及上下游航道与港口水力学问题技术难度都较大；三峡工程建设对自然生态与环境的影响，为国内外所关注，其中有关水力学问题十分广泛、突出。本文拟从工程建设的角度，刍议有关水力学问题的研究内容，说明水力学学科在一项大型工程建设中的重要位置和作用。 2 水工建筑物水力学 2.1泄水建筑物水力学 2.1.1泄洪建筑物布置 三峡工程设计与校核洪水流量分别为：69800m3/s，(初期73000 m3/s)与102500 m3/s， 最大坝高175m，泄洪功率很大，主要泄洪和导流建筑物有67个孔洞(表孔22，深孔23， 导流底孔22)，它们在枢纽布置中占据了极重要的前缘位置。泄洪建筑物布置关系到建坝 后河势的重新调整；要适应坝址地质、地理条件；要综合考虑防洪、发电、航运，给水、排沙、排漂等运行要求；要考虑节约投资、方便施工、保证工期的制约因素。泄洪建筑物布置是一项多学科、跨部门、综合性研究课题，对工程建设和运行安全关系极大。 2.1.2 泄洪、消能和冲刷 高水头，大流量泄洪建筑物的消能、中刷、雾化、以及空蚀、振动等高速水流问题， 历来是水工水力学的主要研究内容。三峡工程建设中通过大量的实体模型试验研究了泄洪建筑物的消能型式及布置优化，并相应开展了河床冲刷的室内模拟，雾化机理分析及水流掺气减蚀措施等研究。 2.1.3 水工闸门水力学问题 三峡工程中有许多特殊用途的闸门，如：高水头船闸输水廊道中的反向弧形门，船闸人字门，电站引水管道中的快速闸门，泄洪排沙的深孔闸门，导流底孔内的淹没弧门及辅助反钩门等等。其中水力学方面的研究课题有：平板门的门槽型式；深孔高压弧门止水型式、船闸输水廊道体型；门体水激动的水弹性问题等。. 2.1.4 枢纽排沙措施 三峡枢纽中位于高程9Om的23个深孔，兼备泄洪与排沙任务，其运用条件复杂，是启闭频繁且举足轻重的主要泄水建筑物。 电站进水口附近的排沙孔，其作用是形成一个冲沙漏斗，维持机组门前清 。目前，国内外排沙孔运行良好的实例较少，其中含沙水流的磨损、空蚀问题是其技术难点。 三峡工程通航建筑物上下路引航道口门区的泥沙淤积和防淤、排沙措施，已进行过多个大尺度的泥沙模型研究，其中，多级连续船闸两侧排沙洞规模大、耗资多、有一定技术难度，是目前还有争议的工程项目。 2.1.5 枢纽排漂措施 根据多年经验，水利枢纽上游漂浮物一般都比预计的数量大、物性杂，有时威胁到枢纽的安全运行，影响机组正常发电。因此，三峡枢纽建设中研究了排漂、导漂和清漂等问题。 2.2 电站引水建筑物水力学 2.2.l 机组进水口 三峡电站机组进水口对比了单孔或双孔两种布置形式，并进行了较大尺度的水力学模型试验；对厂房引水钢管的弯段形式也进行了分析研究，其目的是减小进口、弯段的水力损失，提高机组出力。 2.2.2 地下厂房尾水洞 计划中为扩机准备的右岸地下厂房可能提前施工，其尾水洞布置与右岸导流兼通航明 渠及右部坝后厂房的尾水出流互有干扰，对此进行了综合研究。 2.3 施工导流水力学 2.3.1 导流方式及导流分期方案研究 三峡工程利用右岸中堡岛与后河的天然条件，采用明渠导流方式。对于导流明渠要不要兼作施工期通航，论证阶段曾形成了两类方案，并进行了深入的对比研究。即 A.明渠通航·三期导流·围堪挡水提早发电方案； B.两期导流·双线临时船闸通航·坝体挡水提早发电方案； l993年7月，三峡工程建设委员会经过审查，批准了上列方案A。 2.3.2 截流试验 三峡工程施工过程中要进行二期和三期两次截流，其水力条件差异很大各有特点如：二期截流虽有导流明渠分流，但因坝址处最大水深达6Om，且河床有8-15m厚的淤沙层，在二期截流模型试验中，即发现截流堤头坍塌严重，危及施工安全，于是采用了深槽提前平抛垫底，减小龙口水深的措施。1997年11月8日顺利完成二期截流的事实证明，平抛垫底的措施是合理的、可行的、有效的。 2.3.3 导流兼通航明渠水力学问题 兼备双重任务的右岸