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技術(shù)
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三峽水利樞紐的工程特征及重大技術(shù)問題研究

   2014-12-16 中國節(jié)能網(wǎng)6800
核心提示:三峽水利樞紐由大壩、電站和通航建筑物等3大部分構(gòu)成。泄洪壩段布置于河床中部;兩側(cè)為電站廠房壩段和非溢流壩段,電站廠房位于溢流壩段兩側(cè)的電站壩段后。通航建筑物均布置于左岸。
  (一)樞紐布置
 
  三峽水利樞紐由大壩、電站和通航建筑物等3大部分構(gòu)成。泄洪壩段布置于河床中部;兩側(cè)為電站廠房壩段和非溢流壩段,電站廠房位于溢流壩段兩側(cè)的電站壩段后。通航建筑物均布置于左岸。另右岸還預(yù)留后期擴(kuò)機(jī)的地下廠房。
 
     
 
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  大壩:攔河大壩為混凝土重力壩,壩頂高程185米,最大壩高181米,壩軸線長2309.47米。
 
  河床中部泄洪壩段長483米,分23個壩段,每個壩段長21米。設(shè)23個深孔和22個表孔。為滿足三期導(dǎo)流及截流和圍堰發(fā)電期間泄洪的需要,在表孔正下方跨縫布置22個臨時導(dǎo)流底孔。另外還布置了3個排漂孔,7個排沙孔。
 
  左岸廠房壩段長581.8米,右岸廠房壩段長525米。
 
  電站廠房電站廠房為壩后式廠房,建筑物包括進(jìn)水口及引水鋼管、主廠房及安裝場、副廠房、尾水渠,排沙及排漂設(shè)施等。左廠房安裝14臺70萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組;右廠房安裝12臺70萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組。電站采用單機(jī)單管引水,機(jī)組中心間距38.3米,進(jìn)水口底高程108米,鋼管內(nèi)直徑12.4米。主廠房凈寬34.8米,廠房總高度93.8米。主廠房機(jī)組段發(fā)電機(jī)層高程75.3米,尾水平臺高程82米。右岸預(yù)留地下廠房,與右岸廠房并列,布置6臺70萬千瓦機(jī)組。
 
  通航建筑物(永久船閘 升船機(jī))
 
  永久船閘設(shè)計總水頭113米,為雙線五級連續(xù)梯級船閘,每線船閘有5個閘室、6個閘首,船閘航槽寬34米,主體結(jié)構(gòu)全長1621米。船閘閘室有效尺寸280米×34米×5米長×寬×坎上水深 ,船閘運行一次充泄 水量23.7萬立方米。
 
  升船機(jī)布置于左岸。主要為大型客輪提供快速過壩通道。升船機(jī)過船規(guī)模為3000噸級,最大提升高度113米。升船機(jī)主體部分包括承船廂、主提升機(jī)設(shè)備、平衡重系統(tǒng)、承重塔柱與頂部機(jī)房以及電力拖動、控制、檢測設(shè)備等。承船廂有效尺寸120米×18米×3.5米長×寬×水深 ,總重11800噸。船廂結(jié)構(gòu)、設(shè)備連同廂內(nèi)水體的總重量約13000噸。船廂驅(qū)動系統(tǒng)布置在船廂兩側(cè),采用齒輪沿齒條爬升的型式。
 
  臨時船閘 臨時船閘位于左岸非溢流壩8號與9號壩段之間(升船機(jī)右側(cè))。
 
  茅坪溪防護(hù)工程茅坪溪緊臨三峽大壩上游,為減少淹沒耕地和移民而興建。由防護(hù)大壩和泄水建筑物兩部分構(gòu)成,主壩長889米,最大壩高104米,是國內(nèi)興建的第一座瀝青混凝土心墻高土石壩。
 
  對外交通對外交通采用“公路為主,水運為輔”的方案。專用公路與漢武漢 宜宜昌 高速公路連接,公路等級為山嶺重丘準(zhǔn)Ⅰ級,設(shè)4車道,中間分隔封閉管理,全長26.94公里。
 
  三峽工程主要特征指標(biāo)見表1。
 
  (見下表)二、工程施工
 
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  初步設(shè)計工程量為:土石方開挖10283萬立方米,土石方填筑3198萬立方米,混凝土2794萬立方米,金屬結(jié)構(gòu)25.65萬噸,26臺70萬千瓦機(jī)組。
 
  (二)施工方案
 
  針對工程壩址水文、地形、地質(zhì)條件和樞紐建筑物布置特點以及施工通航要求,選定為分三期導(dǎo)流三期施工方案。
 
  第一期圍河右側(cè)。利用中堡島作為縱向圍堰,修建上、下游土石圍堰形成一期基坑,開挖導(dǎo)流明渠,修建臨時船閘。長江水流仍從主河道渲泄,照常通航。
 
  第二期圍主河道。進(jìn)行大江截流,修建二期上、下游土石圍堰與已建的混凝土縱向圍堰形成二期基坑,長江水流改從導(dǎo)流明渠渲泄。二期的主要任務(wù)是修建泄洪大壩和左岸廠房壩段及電站廠房,完成雙線五級船閘。船舶從導(dǎo)流明渠和臨時船閘通行。
 
  第三期再圍長江右側(cè)。進(jìn)行導(dǎo)流明渠截流,長江水從泄洪壩段內(nèi)導(dǎo)流底孔渲泄。為早日發(fā)揮效益,利用一個枯水季節(jié),在上、下游土石圍堰保護(hù)下,搶修三期碾壓混凝土圍堰,提前蓄水發(fā)電。三期工程要完成右岸大壩和廠房。船舶從雙線五級船閘通行,左岸電站發(fā)電。
 
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  三峽工程總工期17年。其中一期5年(1993~1997);二期6年(1998~2003);三期6年(2004~2009)。
 
  三峽工程建設(shè)10年來,各項進(jìn)度計劃均如期實現(xiàn)并略有提前,蓄水、通航圓滿實施,首批機(jī)組提前發(fā)電,2003年將有6臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。
 
  三峽工程與世界已建500萬kW以上水電站對比表2。(見右上表)三、工程重大關(guān)鍵技術(shù)問題研究
 
 ?。ㄒ唬╆P(guān)于三峽工程泥沙問題
 
  泥沙是三峽工程的重大關(guān)鍵技術(shù)問題之一,一直為水利界和國內(nèi)外人士所關(guān)注。三峽水庫會不會被泥沙淤滿而報廢?變動回水區(qū)航道會不會因淤積而礙航?泥沙淤積抬高庫尾水位是否會威脅重慶安全?
 
  從上世紀(jì)50年代起,有關(guān)部門就水庫長期使用開展了廣泛的研究。到上世紀(jì)80年代,葛洲壩工程泥沙問題的成功解決,為三峽工程泥沙問題的研究解決奠定了基礎(chǔ)。1983年以來,國家組織全國泥沙專家,對三峽工程泥沙問題開展全面研究,迄今未中斷,除觀測調(diào)查和數(shù)學(xué)模型計算外,還先后建立9座水庫變動回水區(qū)泥沙模型和2座壩區(qū)泥沙模型進(jìn)行試驗,對水庫下游河床沖刷、淺灘演變和對河口影響進(jìn)行研究。其研究程度之深和規(guī)模之大,是國內(nèi)外水利工程建設(shè)史上罕見的。得出一致的結(jié)論是:“三峽工程的泥沙問題經(jīng)過研究,已基本清楚,是可以解決的”。
 
  三峽水庫長660公里,是國內(nèi)外少見的典型河道型水庫,另長江來沙主要集中在汛期6~9月入庫沙量占全年的89%,水量占63% 。根據(jù)這兩個特點,借鑒國內(nèi)外成功的工程經(jīng)驗,提出以“蓄清排渾”的運用方式來解決泥沙問題。即大壩設(shè)置有足夠的排洪排沙設(shè)施泄洪壩段設(shè)23個深孔和左右電站廠房壩段設(shè)置7個沖沙孔。低于電站進(jìn)水口18米和33米 ,汛期來沙多時,庫水位降低到“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,再開始蓄水至175米。當(dāng)然庫內(nèi)仍有泥沙淤積,主要淤積部位在死庫容和邊灘庫尾地段。經(jīng)80~100年運行后,進(jìn)、出水庫的泥沙量將基本平衡沖淤平衡 ,三峽水庫仍然能保持86%的防洪庫容和92%的興利庫容,長期發(fā)揮防洪、發(fā)電和航運效益。
 
  (二)關(guān)于三峽工程對生態(tài)與環(huán)境影響問題
 
  三峽工程是一項宏偉的水利工程,具有防洪、發(fā)電和航運等巨大綜合效益。當(dāng)然,如此大型工程不可避免地會對環(huán)境帶來影響。會不會使長江流域自然生態(tài)遭到破壞?這是人們極為關(guān)注的問題。三峽工程從可行性論證開始,就成立了生態(tài)環(huán)境專家組,經(jīng)長期論證認(rèn)為,“三峽工程對生態(tài)與環(huán)境的影響主要在長江中下游和庫區(qū),其中既有有利影響,也有不利影響,但總的說來是利大于弊”。
 
  有利影響主要有兩大方面。一是三峽建成后形成水庫,可以有效地減輕長江洪水災(zāi)害給中下游人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的平原地區(qū)所帶來的生態(tài)與環(huán)境的嚴(yán)重破壞。二是水電為清潔無污染的能源,其年發(fā)電量相當(dāng)于5000萬噸原煤所發(fā)電力,避免了對周圍環(huán)境的污染。另還可以改善局部地區(qū)氣候,減少洞庭湖泥沙淤積,有利于調(diào)節(jié)長江流量。
 
  不利影響主要在庫區(qū)。一是水庫蓄水后將淹沒部分耕地和一些文物古跡、自然景觀,這是不可逆轉(zhuǎn)的影響。但實際上三峽兩岸陡崖林立,高達(dá)上千米,水位抬高100米左右不致對自然景觀產(chǎn)生大的影響。而且隨著水位的抬高,又將出現(xiàn)新的景觀。大部分文物也可以搬遷。二是影響較大但采取措施可以減輕的。如移民后靠城鎮(zhèn)遷建過程中產(chǎn)生的生態(tài)與環(huán)境影響,存在環(huán)境容量和水土流失等問題,可采取不大規(guī)模擴(kuò)大耕地面積,改造低產(chǎn)田,發(fā)展柑桔、油桐及其它經(jīng)濟(jì)作物、開發(fā)荒山草坡發(fā)展畜牧業(yè)和漁業(yè),減少植被破壞;發(fā)展污染少,對生態(tài)與環(huán)境影響小的農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)和旅游業(yè);控制人口增長,提高人口素質(zhì);部分移民外遷等方式減輕影響。三是影響較小,采取有效措施可減少危害。如對人群健康和對陸生動植物的影響。實際上三峽庫區(qū)海拔200米以下未見成片天然森林植被,珍稀植物一般分布在海拔300米以上,淹沒區(qū)珍稀動物分布較少,總體影響不大;對一般魚類有一定影響,如適于急流環(huán)境的魚類,家魚產(chǎn)卵場將移至庫尾以上繁殖;對于珍稀水生物中華鱘,修建葛洲壩工程時已受阻,但在壩下游江段仍可自然繁殖,人工繁殖也已成功;其它如白鰭豚、揚子鱷、大鯢和江豚等均分布在壩下游,無明顯影響。
 
 ?。ㄈ╆P(guān)于開發(fā)性移民、安置問題
 
  三峽工程移民人數(shù)和淹沒實物量也是空前的,是重大論證專題之一,也是工程成敗的關(guān)鍵。對移民專題論證工作,中央領(lǐng)導(dǎo)高度重視,親自主持。聘請多學(xué)科、多部門的專家學(xué)者和有經(jīng)驗的省市政府領(lǐng)導(dǎo)、移民機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人組織移民專題論證專家組,總結(jié)吸取過去水庫移民的經(jīng)驗教訓(xùn),貫徹開發(fā)性移民的方針,科學(xué)地分析有利條件和不利因素,堅持移民安置規(guī)劃與庫區(qū)建設(shè)、資源開發(fā)、水土保持、環(huán)境保護(hù)、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)合起來。論證結(jié)論是“經(jīng)過努力可以把移民安置好”。
 
  水庫淹沒實物指標(biāo)。三峽工程淹沒實物指標(biāo)按高程劃線,逐村、逐戶、逐鎮(zhèn)、逐巷調(diào)查反復(fù)核對的成果為基礎(chǔ)。按正常蓄水位175米方案,1992年調(diào)查,淹沒涉及20個縣區(qū)中 ,277個鄉(xiāng)鎮(zhèn),1680個村;涉及城集鎮(zhèn)129座,其中城市2座,縣城11座;人口84.75萬人,其中農(nóng)村人口28.82萬人,城鎮(zhèn)41.16萬人,集鎮(zhèn)14.49萬人,企業(yè)人口0.28萬人,淹沒耕地38.95萬畝,公路816公里??紤]移民遷建期內(nèi)人口自然增長,最終移民的總數(shù)約為113萬人。
 
  環(huán)境容量。環(huán)境容量取決于地區(qū)的自然條件、資源狀況及經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展水平。三峽水庫水面面積1084平方公里,扣除原河道水面,受淹的陸地面積632平方公里,僅占淹沒涉及20個縣市 總面積的1%。工程移民數(shù)量雖大,庫區(qū)土地資源有限,但從宏觀判斷,環(huán)境容量是足夠的,通過資金、技術(shù)、信息、人才、物資的引進(jìn)和投入,啟動庫區(qū)內(nèi)的活力,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),合理安排城市布局,加速合理開發(fā)進(jìn)程,把開發(fā)和治理、保護(hù)結(jié)合起來,就可擴(kuò)大環(huán)境容量,就近安置百萬移民。
 
  實行開發(fā)性移民方針。建國以來,全國已建水庫8萬余座,移民總數(shù)近1000萬人。三峽工程移民工作總結(jié)過去移民的經(jīng)驗教訓(xùn),實事求是,堅持合法、合規(guī)、合理的搬遷建設(shè)與補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),實施開發(fā)性移民方針。其基本點是:要改變過去單純將水庫移民看作賠償對象的處理方式,對水庫移民遷建后生產(chǎn)和生活安置做出全面安排,統(tǒng)一規(guī)劃,負(fù)責(zé)到底,使水庫移民得以妥善安置,達(dá)到長治久安。其補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)按當(dāng)時生產(chǎn)水平是全國最高標(biāo)準(zhǔn)。城市和縣城規(guī)劃人口用地規(guī)模每人達(dá)到88平方米,集鎮(zhèn)接近70平方米,達(dá)到國家城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃指標(biāo),并略有提高,為城鎮(zhèn)建設(shè)條件改善和發(fā)展留了余地。
 
  移民試點和政策措施。為搞好開發(fā)性移民工作,自1982年開始,國家即撥出???,實行大規(guī)模的、內(nèi)容廣泛的試點工作。有結(jié)合移民安置的新建工廠企業(yè)和老廠搬遷改造;有結(jié)合水土保持,開發(fā)荒山草坡、建水平梯地柑桔園、茶園、安置移民的農(nóng)業(yè)項目;有奶羊養(yǎng)殖示范等各類型一百多個試驗項目。充分吸收移民試點的正反經(jīng)驗,深入研究安置方式,制定開發(fā)土地的分配方案,確保移民和老居民的利益,做到移民區(qū)和保護(hù)區(qū)兩頭受益和移民區(qū)分享部分工程效益,用于處理移民遺留問題和庫區(qū)建設(shè)。
 
  開發(fā)性移民工程進(jìn)展。實踐表明:三峽庫區(qū)搬遷的10年,也是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展最快的10年。截至2003年6月底,已累計搬遷安置移民72.4萬人,完成移民工程規(guī)劃總?cè)蝿?wù)的75.67%,比規(guī)劃同期移民搬遷安置進(jìn)度超前15.04%,充分體現(xiàn)了我國社會主義制度的優(yōu)越性和改革開放的巨大成績,體現(xiàn)了開發(fā)性移民安置的開拓性和創(chuàng)新性。
 
  三峽工程移民安置已取得巨大成績,但按照“移民搬得出、穩(wěn)得住、逐步能致富”的要求,特別是逐步能致富的要求,還要走很長的路,但我們相信,把三峽移民安置好的目標(biāo)一定能實現(xiàn)!
 
 ?。ㄠ嵤厝氏甸L江水利委員會總工程師,中國工程院院士;
 
  謝修發(fā)系長江水利委員會三峽工程代表局副局長,教授級高工,享受國務(wù)院政府特殊津貼專家。)
 
 
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