三峡水电站调峰对下游河道通航的影响(20210518125928)

1、三峡水电站调峰对下游河道通航的影响1、概述三峡电站设计装机容量为 1820 万 kW ，并考虑扩建右岸 地下厂房，增设 6台机组，增容 420万 kW ，合计总装机容 量为2240万kW ;单机容量70万kW,基荷为130万kW（日 调节方案之一 ），调峰调频效益十分巨大。 长江为横贯我国西 南、中南、华东三大经济区的水运交通大动脉，世称“黄金 水道”。三峡工程年设计下水货运量 5000万t，万吨级船队 汉渝直达通航保证率大于 50%，在国家交通运输事业中有着 举足轻重的地位。所以，在三峡工程规划、设计各个阶段， 都对发电和航运的关系进行了多方面的深入研究。各个设计阶段，三峡工程不同方案电站负

2、荷日调节对下 游航运的影响模型试验是在宜昌前坪基地进行的（图 1）。同时，还进行了多种运行方案的数值计算。模型试验和数值计 算相互验证，为设计提供了充分的科学依据。图 1 三峡电站两坝间模型布置图2、两坝间及宜昌河段河势特点2.1 两坝间河段自三峡坝轴线至葛洲坝坝轴线，流程38.39km ，称两坝间河段。自三峡坝轴线至乐天溪，流程 9.6km ，为宽谷段，上首 为三斗坪弯道 （坝下 ），下首为乐天溪弯道，二弯道间河道顺 直，河槽呈复式断面，汛期江面宽最大可达1400m，乐天溪自弯道凹岸 （北岸 ）注入长江。乐天溪至南津关，流程 26.49km，为狭谷段，河槽窄深， 呈“ U”或“ V”形，水面

3、宽度不足 300m，最窄处仅200m， 多急弯， 两岸多有山咀伸布江中， 错相对峙。 汛期水深流急， 泡旋、剪刀水等险恶流态发育，形成中、高洪水滩；枯水、 平水期水流平顺，流速不大。南津关至葛洲坝前，流程 2.3km ，为山区向平原的过渡 段，江面自 300m 展宽为 2500m 以上， 河床自 -36m 高程抬升 至 30m 高程，为 1：7 倒坡，水面平静。坝前 500m 北岸有 较大支流黄柏河入汇，斜指上游。两坝间河段的有效调蓄库容为 8000 x 104m3，具有“水 库”及“河道”双重特性，成库后冲淤变化已基本平衡。2.2 宜昌河段 葛洲坝至虎牙滩，流程 22.71km ，称宜昌河段

4、，为山区 向平原过渡的宽浅式微弯分岔段。坝下有两条并列的人工航 道，即1号船闸下引航道（2.7km）和2号、3号船闸下引航道(3.9km)。坝下39km为码头密布的宜昌港区。坝下1015km 有江心洲 (汛期为潜洲 )胭脂坝将河道分隔为主槽 (北)和 支岔(南)，洲头上游3km范围河床为倒坡，高差 12m。全段 江面宽阔，汛期比降不超过 0.001%，枯期为 0.003%左右。自葛洲坝建成后至今， 河床平均消落 2 3m， 4000m3/s 以下 流量水位相应下切1.0m，现已基本稳定，流态平稳，通航水 流条件良好。两坝间及宜昌河段岸坡均十分稳定。3、三峡电站负荷日调节和葛洲坝枢纽反调节运行方

5、案 特性二电站联合运行，对航运较为不利的三个典型方案见附 表。3.1 三峡电站负荷日调节特性(1) 基荷为 130 X 104kW，峰荷为 1380 X 1041697.6 X 104kW，调峰效益十分巨大。(2) 最小下泄流量为1580m3，只及百年特枯流量 2770m3/s 的 57%，不足 95%保证率流量 3200m3/s 50%；最 大下泄流量1723118261m3/s，约为多年平均流量 14300m3/s 的 1.3 倍。而且低谷运行连续 7h 之久，流量小时 变率最大值为 7996m3/s?h。(3) 负荷及下泄流量每小时变化一次。3.2 葛洲坝枢纽反调节特性 日内负荷 100

6、.34 X 104234.73 X 104kW。(2) 下泄流量最小值 55265557m3/s,为95%保证率流量 3200m3/s的1.7倍；最大值为 861013199m3/s,日内流量 变幅为7642m3/s，最大小时变率为 3100m3/s?h。(3) 泄流时间段次 411 段次，连续变换流量 (每小时变 换一次 )的时段最长达 9h。3.3 波流运动的态势和特性(1) 两坝间 三峡电站减 (增)荷。葛洲坝电站为恒荷，原生波为顺 落(涨)波，并迅速向下游传递，波能几经沿程及若干局部特 殊边界消耗，波势渐弱，余波直达葛洲坝前。一原生波在传 递中遭受多处急弯、瓶颈段以及伸布江中的山咀等边

7、界反射 而生成次生逆波。次生波和后继原生波叠合，叠合波又遭受 边界反射，几经反射、叠合，约 2 3 个周期后水面逐段趋 于平静。第一列原生余波受葛洲坝坝体反射后，复又向上游 传递，历经同样过程线表现为自上、下游两端逐渐向中部坦 化的趋势，居中断面波动较小(见图 2)。图 2 三峡电站突减负荷产生的不稳定流波在两坝间传播的坦化过程 三峡电站减 （增 ）荷而葛洲坝电站增 （减）荷，顺落 （涨）波 自上游向下游传递，逆落 （涨 ）波自下游向上游传递，各自在 传递途中遭受边界反射，生成次生波。次生波与后继原生波 叠合，往复反射、叠合，约 23个周期后上、下游水面逐 段趋于平静。两列反向而行的原生余波在

8、中部遭遇而叠消， 表现为中部水面较之上、下游水面降落 （抬升 ）较多的态势， 但波频较小 （见图 3）。图 3 三峡电站突减负荷， 葛洲坝电站突增负荷产生的不 稳定流波在两坝间传播的坦化过程 三峡电站和葛洲坝电站同时减 （增）荷，顺落 （涨）波自上 游向下游传递， 逆涨 （落）波自下游向上游传递， 逆涨（落）波自 下游向上游传递，各自在传递途中经边界往复反射，又往复 叠合，约 2 3 个周期后，上、下游水面逐段趋于平静，两 列反向而行的原生余波在中部遭遇而叠合，表现出中部水面 较之上、下游水面明显平稳 （见图 4）。图4 三峡电站与葛洲坝电站同时突减负荷产生的不稳定流波在两坝间传播的坦化过程

9、不同类型的波均见在上、下游较短流程内的顺直段波幅及波频较大，而在中部宛若游龙的多支流狭谷段水面较为 平稳。 在三峡下引航道和葛洲坝大江上引航道，由于隔流堤 的屏敝作用，水面亦无甚波动。在葛洲坝三江上引航道，由 于隔流堤的屏敝和黄柏河的调蓄双重作用，水面更显平稳。 附表 三峡及葛洲坝二电站联合运行负荷日调节方案一览表 m3/s时段/h : min 12月份方案5月份方案11月份方案（无地下厂房 ） （无地下厂房 ） （有地下厂房 ）三峡出流 葛洲坝出流 三峡出流 葛洲坝出流 三峡出流 葛 洲坝出流8: 00 10211 7530 10547 7673 7210 71929: 00 10933 7

10、921 10561 8502 3742 657110: 00 11043 792110590 8502 3742 657111 : 00 10011 7921 9365 8502 3015657112: 00 2364 7921 4423 8502 6216 657113: OO6087 7921 6341 8502 1610 657114: 00 7911 7921 104108502 5279 657115: 00 9235 8614 10376 8502 7097 814216: 00 9873 8614 10376 8502 7097 814217: 00 7831 86146375

11、8502 12081 1009918: 00 11251 8614 9776 850217412 1319919: 00 14702 8614 17742 8502 18261 1080920: 00 17231 8614 15047 8502 16958 708921 : 00 149598614 14581 8502 11039 705722: 00 9406 8543 9744 85027425 555723: 00 5908 7500 6207 8640 4905 564824:00 1629 5644 1615 5526 1622 5648 1：00 1623 5644 1623 5

12、526 1616 5648 2:00 1615 5644 1615 5526 1609 5648 3:00 1606 5644 1606 5526 1601 5648 4:00 1598 5644 1599 5526 1594 5648 5:00 1590 5644 1591 5526 1587 5648 6:00 2423 5644 1582 5526 1580 5648 7:OO 5703 5644 6003 5526 7462 5648 最大出力 /万 kW 1380.00 171.09 1430.00 172.94 1697.60 234.73 最小出力 /万 kW 130.00 10

13、2.73 130.00 100.77 130.00 100.34 各种不同类型的波在全河段推进的平均速度，据实测 首尾断面起波时差和流程，计算得 16.67m/s。(2) 宜昌河段 本河段在二电站联合运行过程中表现为顺涨和顺落 交相更迭，原生波和次生波往复叠消的复杂态势。 在连续发生顺涨波的时段，先行波流量小而后继波流 量大，波流运行顺畅，相应流速及比降较大，而水位较低， 波频较大。 在连续发生顺落波的时段，先行波流量大而后继波流 量小。由于河槽对先行较大流量的调蓄以及先行波流量对后 继波流量的顶托，而使得波流运行不畅，流速和比降较小， 水位较高，波频较小。 边界对波流运动的制约作用表现得十分

14、明显。在大江 口，因其特定边界而使得功能集中，水位变幅不大则流速较大；在三江口，由于弯道凹岸回流、三江下引航道调蓄及其往复流和类似于异重流的水流结构等多重因素影响，水位变 幅及流速均不大；在十三码头，由于倒坡和胭脂坝头部的雍 水作用，流速、比降、水位变幅均不大。 本河段坝下 9m 流程内平均波速为 20m/s。3.4 波流运动的控制因素(1) 二电站联合运行方式 (流量、水位、流速相关变化曲 线 见图 5) 。图5 电站负荷调节过程中水位、流速相关变化曲线流量变幅、变率和变频愈大，波流运动愈强烈，水位变 幅、变率和变频愈大，流速及比降变化愈剧烈，主流的游荡 性愈强，冲淤更迭愈频繁，波传递的距离愈远。反之，结果 则反。(2)河道的调节能力若河道急弯多，沿程两岸多洼地、凹塘、冲沟、支流， 可抑制流量变化而起到削峰填谷的作用，则波流运动将迅速 衰竭，传递距离也会很短。否则，波流运动将会十分发育而 传递到数百 km 以外。(3) 波流边界条件若在顺直河段，则过水断面愈大，床面及边壁愈粗糙，河槽微地形愈复杂，则愈易于促成波