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三峡水利枢纽的工程特征及重大技术问题研究

   2014-12-16 中国节能网3580
核心提示:三峡水利枢纽由大坝、电站和通航建筑物等3大部分构成。泄洪坝段布置于河床中部;两侧为电站厂房坝段和非溢流坝段,电站厂房位于溢流坝段两侧的电站坝段后。通航建筑物均布置于左岸。
  (一)枢纽布置
 
  三峡水利枢纽由大坝、电站和通航建筑物等3大部分构成。泄洪坝段布置于河床中部;两侧为电站厂房坝段和非溢流坝段,电站厂房位于溢流坝段两侧的电站坝段后。通航建筑物均布置于左岸。另右岸还预留后期扩机的地下厂房。
 
     
 
  (二)主要建筑物
 
  大坝:拦河大坝为混凝土重力坝,坝顶高程185米,最大坝高181米,坝轴线长2309.47米。
 
  河床中部泄洪坝段长483米,分23个坝段,每个坝段长21米。设23个深孔和22个表孔。为满足三期导流及截流和围堰发电期间泄洪的需要,在表孔正下方跨缝布置22个临时导流底孔。另外还布置了3个排漂孔,7个排沙孔。
 
  左岸厂房坝段长581.8米,右岸厂房坝段长525米。
 
  电站厂房电站厂房为坝后式厂房,建筑物包括进水口及引水钢管、主厂房及安装场、副厂房、尾水渠,排沙及排漂设施等。左厂房安装14台70万千瓦的水轮发电机组;右厂房安装12台70万千瓦水轮发电机组。电站采用单机单管引水,机组中心间距38.3米,进水口底高程108米,钢管内直径12.4米。主厂房净宽34.8米,厂房总高度93.8米。主厂房机组段发电机层高程75.3米,尾水平台高程82米。右岸预留地下厂房,与右岸厂房并列,布置6台70万千瓦机组。
 
  通航建筑物(永久船闸 升船机)
 
  永久船闸设计总水头113米,为双线五级连续梯级船闸,每线船闸有5个闸室、6个闸首,船闸航槽宽34米,主体结构全长1621米。船闸闸室有效尺寸280米×34米×5米长×宽×坎上水深 ,船闸运行一次充泄 水量23.7万立方米。
 
  升船机布置于左岸。主要为大型客轮提供快速过坝通道。升船机过船规模为3000吨级,最大提升高度113米。升船机主体部分包括承船厢、主提升机设备、平衡重系统、承重塔柱与顶部机房以及电力拖动、控制、检测设备等。承船厢有效尺寸120米×18米×3.5米长×宽×水深 ,总重11800吨。船厢结构、设备连同厢内水体的总重量约13000吨。船厢驱动系统布置在船厢两侧,采用齿轮沿齿条爬升的型式。
 
  临时船闸 临时船闸位于左岸非溢流坝8号与9号坝段之间(升船机右侧)。
 
  茅坪溪防护工程茅坪溪紧临三峡大坝上游,为减少淹没耕地和移民而兴建。由防护大坝和泄水建筑物两部分构成,主坝长889米,最大坝高104米,是国内兴建的第一座沥青混凝土心墙高土石坝。
 
  对外交通对外交通采用“公路为主,水运为辅”的方案。专用公路与汉武汉 宜宜昌 高速公路连接,公路等级为山岭重丘准Ⅰ级,设4车道,中间分隔封闭管理,全长26.94公里。
 
  三峡工程主要特征指标见表1。
 
  (见下表)二、工程施工
 
  (一)主要建筑物工程量
 
  初步设计工程量为:土石方开挖10283万立方米,土石方填筑3198万立方米,混凝土2794万立方米,金属结构25.65万吨,26台70万千瓦机组。
 
  (二)施工方案
 
  针对工程坝址水文、地形、地质条件和枢纽建筑物布置特点以及施工通航要求,选定为分三期导流三期施工方案。
 
  第一期围河右侧。利用中堡岛作为纵向围堰,修建上、下游土石围堰形成一期基坑,开挖导流明渠,修建临时船闸。长江水流仍从主河道渲泄,照常通航。
 
  第二期围主河道。进行大江截流,修建二期上、下游土石围堰与已建的混凝土纵向围堰形成二期基坑,长江水流改从导流明渠渲泄。二期的主要任务是修建泄洪大坝和左岸厂房坝段及电站厂房,完成双线五级船闸。船舶从导流明渠和临时船闸通行。
 
  第三期再围长江右侧。进行导流明渠截流,长江水从泄洪坝段内导流底孔渲泄。为早日发挥效益,利用一个枯水季节,在上、下游土石围堰保护下,抢修三期碾压混凝土围堰,提前蓄水发电。三期工程要完成右岸大坝和厂房。船舶从双线五级船闸通行,左岸电站发电。
 
  (三)施工工期
 
  三峡工程总工期17年。其中一期5年(1993~1997);二期6年(1998~2003);三期6年(2004~2009)。
 
  三峡工程建设10年来,各项进度计划均如期实现并略有提前,蓄水、通航圆满实施,首批机组提前发电,2003年将有6台机组投产发电。
 
  三峡工程与世界已建500万kW以上水电站对比表2。(见右上表)三、工程重大关键技术问题研究
 
  (一)关于三峡工程泥沙问题
 
  泥沙是三峡工程的重大关键技术问题之一,一直为水利界和国内外人士所关注。三峡水库会不会被泥沙淤满而报废?变动回水区航道会不会因淤积而碍航?泥沙淤积抬高库尾水位是否会威胁重庆安全?
 
  从上世纪50年代起,有关部门就水库长期使用开展了广泛的研究。到上世纪80年代,葛洲坝工程泥沙问题的成功解决,为三峡工程泥沙问题的研究解决奠定了基础。1983年以来,国家组织全国泥沙专家,对三峡工程泥沙问题开展全面研究,迄今未中断,除观测调查和数学模型计算外,还先后建立9座水库变动回水区泥沙模型和2座坝区泥沙模型进行试验,对水库下游河床冲刷、浅滩演变和对河口影响进行研究。其研究程度之深和规模之大,是国内外水利工程建设史上罕见的。得出一致的结论是:“三峡工程的泥沙问题经过研究,已基本清楚,是可以解决的”。
 
  三峡水库长660公里,是国内外少见的典型河道型水库,另长江来沙主要集中在汛期6~9月入库沙量占全年的89%,水量占63% 。根据这两个特点,借鉴国内外成功的工程经验,提出以“蓄清排浑”的运用方式来解决泥沙问题。即大坝设置有足够的排洪排沙设施泄洪坝段设23个深孔和左右电站厂房坝段设置7个冲沙孔。低于电站进水口18米和33米 ,汛期来沙多时,库水位降低到“防洪限制水位”145米 ,利用洪水流量排洪排沙;汛后10月水清后,再开始蓄水至175米。当然库内仍有泥沙淤积,主要淤积部位在死库容和边滩库尾地段。经80~100年运行后,进、出水库的泥沙量将基本平衡冲淤平衡 ,三峡水库仍然能保持86%的防洪库容和92%的兴利库容,长期发挥防洪、发电和航运效益。
 
  (二)关于三峡工程对生态与环境影响问题
 
  三峡工程是一项宏伟的水利工程,具有防洪、发电和航运等巨大综合效益。当然,如此大型工程不可避免地会对环境带来影响。会不会使长江流域自然生态遭到破坏?这是人们极为关注的问题。三峡工程从可行性论证开始,就成立了生态环境专家组,经长期论证认为,“三峡工程对生态与环境的影响主要在长江中下游和库区,其中既有有利影响,也有不利影响,但总的说来是利大于弊”。
 
  有利影响主要有两大方面。一是三峡建成后形成水库,可以有效地减轻长江洪水灾害给中下游人口稠密、经济发达的平原地区所带来的生态与环境的严重破坏。二是水电为清洁无污染的能源,其年发电量相当于5000万吨原煤所发电力,避免了对周围环境的污染。另还可以改善局部地区气候,减少洞庭湖泥沙淤积,有利于调节长江流量。
 
  不利影响主要在库区。一是水库蓄水后将淹没部分耕地和一些文物古迹、自然景观,这是不可逆转的影响。但实际上三峡两岸陡崖林立,高达上千米,水位抬高100米左右不致对自然景观产生大的影响。而且随着水位的抬高,又将出现新的景观。大部分文物也可以搬迁。二是影响较大但采取措施可以减轻的。如移民后靠城镇迁建过程中产生的生态与环境影响,存在环境容量和水土流失等问题,可采取不大规模扩大耕地面积,改造低产田,发展柑桔、油桐及其它经济作物、开发荒山草坡发展畜牧业和渔业,减少植被破坏;发展污染少,对生态与环境影响小的农副产品加工业和旅游业;控制人口增长,提高人口素质;部分移民外迁等方式减轻影响。三是影响较小,采取有效措施可减少危害。如对人群健康和对陆生动植物的影响。实际上三峡库区海拔200米以下未见成片天然森林植被,珍稀植物一般分布在海拔300米以上,淹没区珍稀动物分布较少,总体影响不大;对一般鱼类有一定影响,如适于急流环境的鱼类,家鱼产卵场将移至库尾以上繁殖;对于珍稀水生物中华鲟,修建葛洲坝工程时已受阻,但在坝下游江段仍可自然繁殖,人工繁殖也已成功;其它如白鳍豚、扬子鳄、大鲵和江豚等均分布在坝下游,无明显影响。
 
  (三)关于开发性移民、安置问题
 
  三峡工程移民人数和淹没实物量也是空前的,是重大论证专题之一,也是工程成败的关键。对移民专题论证工作,中央领导高度重视,亲自主持。聘请多学科、多部门的专家学者和有经验的省市政府领导、移民机构负责人组织移民专题论证专家组,总结吸取过去水库移民的经验教训,贯彻开发性移民的方针,科学地分析有利条件和不利因素,坚持移民安置规划与库区建设、资源开发、水土保持、环境保护、地方经济发展结合起来。论证结论是“经过努力可以把移民安置好”。
 
  水库淹没实物指标。三峡工程淹没实物指标按高程划线,逐村、逐户、逐镇、逐巷调查反复核对的成果为基础。按正常蓄水位175米方案,1992年调查,淹没涉及20个县区中 ,277个乡镇,1680个村;涉及城集镇129座,其中城市2座,县城11座;人口84.75万人,其中农村人口28.82万人,城镇41.16万人,集镇14.49万人,企业人口0.28万人,淹没耕地38.95万亩,公路816公里。考虑移民迁建期内人口自然增长,最终移民的总数约为113万人。
 
  环境容量。环境容量取决于地区的自然条件、资源状况及经济和科技发展水平。三峡水库水面面积1084平方公里,扣除原河道水面,受淹的陆地面积632平方公里,仅占淹没涉及20个县市 总面积的1%。工程移民数量虽大,库区土地资源有限,但从宏观判断,环境容量是足够的,通过资金、技术、信息、人才、物资的引进和投入,启动库区内的活力,调整产业结构,合理安排城市布局,加速合理开发进程,把开发和治理、保护结合起来,就可扩大环境容量,就近安置百万移民。
 
  实行开发性移民方针。建国以来,全国已建水库8万余座,移民总数近1000万人。三峡工程移民工作总结过去移民的经验教训,实事求是,坚持合法、合规、合理的搬迁建设与补偿标准,实施开发性移民方针。其基本点是:要改变过去单纯将水库移民看作赔偿对象的处理方式,对水库移民迁建后生产和生活安置做出全面安排,统一规划,负责到底,使水库移民得以妥善安置,达到长治久安。其补偿标准按当时生产水平是全国最高标准。城市和县城规划人口用地规模每人达到88平方米,集镇接近70平方米,达到国家城镇建设规划指标,并略有提高,为城镇建设条件改善和发展留了余地。
 
  移民试点和政策措施。为搞好开发性移民工作,自1982年开始,国家即拨出专款,实行大规模的、内容广泛的试点工作。有结合移民安置的新建工厂企业和老厂搬迁改造;有结合水土保持,开发荒山草坡、建水平梯地柑桔园、茶园、安置移民的农业项目;有奶羊养殖示范等各类型一百多个试验项目。充分吸收移民试点的正反经验,深入研究安置方式,制定开发土地的分配方案,确保移民和老居民的利益,做到移民区和保护区两头受益和移民区分享部分工程效益,用于处理移民遗留问题和库区建设。
 
  开发性移民工程进展。实践表明:三峡库区搬迁的10年,也是经济社会发展最快的10年。截至2003年6月底,已累计搬迁安置移民72.4万人,完成移民工程规划总任务的75.67%,比规划同期移民搬迁安置进度超前15.04%,充分体现了我国社会主义制度的优越性和改革开放的巨大成绩,体现了开发性移民安置的开拓性和创新性。
 
  三峡工程移民安置已取得巨大成绩,但按照“移民搬得出、稳得住、逐步能致富”的要求,特别是逐步能致富的要求,还要走很长的路,但我们相信,把三峡移民安置好的目标一定能实现!
 
  (郑守仁系长江水利委员会总工程师,中国工程院院士;
 
  谢修发系长江水利委员会三峡工程代表局副局长,教授级高工,享受国务院政府特殊津贴专家。)
 
 
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