１三期明渠截流設(shè)計方案

　　根據(jù)2001年6月18日中國長江三峽工程開發(fā)總公司總經(jīng)理辦公會議紀(jì)要的要求，選擇提前截流設(shè)計流量為10000m3/s左右。長江委通過對120余年實(shí)測水文資料分析，選擇11月下半月截流，截流流量標(biāo)準(zhǔn)為10300m3/s，并在隨后的招標(biāo)設(shè)計中重點(diǎn)對此流量下的雙戧雙向進(jìn)占立堵截流方案進(jìn)行設(shè)計。通過綜合各方面因素，提出了左岸上、下游設(shè)置截流基地的截流方案（簡稱基地方案），具體為：于砼縱向圍堰上、下游端設(shè)置截流基地，創(chuàng)造兩岸進(jìn)占條件；上、下游截流戧堤龍口段設(shè)置墊底加糙攔石坎，上游戧堤加糙攔石坎順?biāo)飨驅(qū)?6m，沿戧堤軸線長120m，攔石坎頂部高程54m(坎高4m)；下游戧堤加糙攔石坎順?biāo)飨驅(qū)?6m，沿戧堤軸線長90m，攔石坎頂部高程48m(坎高3m)；上游戧堤承擔(dān)2/3落差，下游戧堤承提1/3落差。

　　根據(jù)招標(biāo)設(shè)計，上游圍堰截流戧堤束窄口門寬度220m前，設(shè)計長江來流量14800m3/s，遇防沖流量21900m3/s；束窄口門寬度至150m階段，設(shè)計長江來流量12200m3/s，防沖流量19400m3/s；150m龍口至合龍，設(shè)計截流流量10300m3/s時。

2 明渠截流期雨洪特征

　　長江流域降水量的地區(qū)分布很不均勻，總體趨勢是由東南向西北遞減，山區(qū)多于平原，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡，中下游平均降水量較上游豐富。

　　上游地區(qū)具有高原、盆地、河谷等復(fù)雜地形，降水的時空分布也存在很大差異。長江河源的楚瑪爾河站年平均降水量僅253mm，是全流域年降水量最小的地區(qū)，而金山站年降水量高達(dá)2590mm，為全流域之冠。上游大部分地區(qū)年降水量在800～1400mm，年降水量超過2000mm的多雨區(qū)有兩個，一個位于四川盆地向高原的過渡地帶，另一個位于大巴山南側(cè)萬源和巫溪。在青藏高原一帶，年降水量低于800mm，江源地區(qū)甚至不足400mm。

　　冬季降水量全年最少。上游地區(qū)最早3、4月即可進(jìn)入雨季； 6~9月為全年最雨最多時段， 其中9月雨帶旋回至長江中上游時，多雨區(qū)從川西移到川東至漢江，在雅礱江下游、渠江、烏江東部、三峽區(qū)間及漢江上游雨量比8月多，顯示出秋雨現(xiàn)象，有的年份，這種強(qiáng)度不大而歷時較長的秋雨還很明顯，易形成秋季洪水。10月，隨著夏季風(fēng)的南撤，雨量已明顯減少，50mm以上月雨量10月分布在金沙江下游至宜昌區(qū)間；11月50mm以上雨區(qū)范圍迅速縮小至烏江流域，此時金沙江以上不足10mm；12月至次年2月雨量為全年最少，除烏江流域12月達(dá)25mm，長江上游月降水均小于25mm，金沙江以上幾乎無降水。

　　長江上游的暴雨主要出現(xiàn)在青藏高原以東的盆地及其周邊約60萬km2的地區(qū)，按日雨量≥50mm為暴雨統(tǒng)計，年平均暴雨日數(shù)在5天以上的多暴雨區(qū)有2處，即川西暴雨區(qū)和大巴山暴雨區(qū)。暴雨最早出現(xiàn)在3、4月，大部分地區(qū)在9月下旬結(jié)束，僅烏江、三峽區(qū)間、嘉陵江上游結(jié)束于10月下旬，個別年份可至11月上旬結(jié)束。如1955年11月洪水主要發(fā)生在烏江和金沙江，宜昌站11月中旬實(shí)測最大日平均流量達(dá)24200m3/s；1996年11洪水主要發(fā)生在烏江和三峽區(qū)間，11月上旬宜昌實(shí)測最大流量26600m3/s，1944年10~11月洪水則主要發(fā)生在嘉陵江和金沙江，宜昌站11月上旬實(shí)測最大流量達(dá)26500 m3/s，10月下旬宜昌日平均流量在20000～30000 m3/s間持續(xù)8天。

　　據(jù)1877~2000年124年實(shí)測流量資料分析，截流期的11月多年平均流量10300 m3/s。 11月上旬歷年最大日平均流量排前兩位的分別為1996年的26600 m3/s和1944年的26500 m3/s，日最大流量超過20000 m3/s的共有10年；超過15000 m3/s的49年。11月中旬，歷年最大日平均流量排第一位的為1908年的30600 m3/s，其次為1955年的24200 m3/s，超過15000 m3/s的達(dá)18年。11月下旬，實(shí)測最大日平均流量為1961年的17500 m3/s，系列中日最大流量超過10000 m3/s的達(dá)32年。

3 明渠截流施工期設(shè)計洪水分析

　　就一般洪水特性而言，長江上游汛期為5~10月，但其中7、8、9月三個月出現(xiàn)年最大流量機(jī)會較多，其量級也比6月和10月的洪峰流量大。因此在施工設(shè)計洪水分析中，將7、8、9月劃為汛期，應(yīng)用全年最大洪水資料系列計算的壩址設(shè)計洪水作為施工洪水；而將6、10月列入非汛期，這樣處理更符合汛期水情特點(diǎn)，也有利于施工進(jìn)度安排。

　　非汛期1月至6月和10月至12月，施工設(shè)計洪水計算，均采用分月最大選樣。枯水段10~5月、11~4月和12~3月，分別在各分段內(nèi)選取最大流量系列作頻率計算。根據(jù)三期截流及圍堰施工需要，將系列延長至2001年后計算的非汛期施工設(shè)計洪水成果見表1

　　表1 宜昌站枯水期設(shè)計最大日均流量延長系列復(fù)核成果表

　�。�1877~2001年） 流量：m3/s

月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 10月 11月 12月 10~5月 11~4月 12~3月
參數(shù) 均值 4960 4410 5730 10600 18700 31500 27600 15100 7650 28600 15400 7860
Cv 0.15 0.18 0.28 0.28 0.3 0.26 0.27 0.27 0.18 0.26 0.26 0.18
Cs/Cv 6 7 4 3 6 3.5 2 5 5 2 5 5
設(shè)計頻率 % 1 7190 6940 10700 19300 38300 55800 47700 28300 11700 48600 28300 12000
2 6840 6510 9910 17900 34800 52000 45000 26100 11100 45800 26100 11400
5 6350 5930 8770 16100 29700 46600 40800 23000 10200 41800 23100 10500
10 5950 5470 7910 14500 26200 42500 37300 20600 9490 38300 20800 9750
20 5560 4990 6930 12900 22300 37800 33400 18000 8710 34600 18300 8950
為進(jìn)一步分析明渠截流施工期水文條件，重點(diǎn)補(bǔ)充分析了10、11、12月分旬、分月和11月上半月、下半月、12月上半月不同頻率的設(shè)計洪水，資料系列延長至1877～2001年，設(shè)計成果如表2和表3。新增系列中，1996年11月宜昌站曾發(fā)生較大洪水，最大日平均流量26600m3/s，自1877～2001年共125年系列中排第3位。

　　表2 11月上半月和下半月最大日均流量設(shè)計成果

　　流量：m3/s

時段 均值 Cv Cs/Cv 2% 5% 10% 20% 50% 80% 90%
11月上半月 15000 0.28 5 26400 23100 20600 18000 14100 11500 10600
11月下半月 10700 0.36 6 22100 18400 15700 12900 9400 7800 7400

表3 宜昌站10月、11月設(shè)計流量成果表

　　（系列1877-2001年）

月 項目 分期 均值 Cv Cs/Cv 1% 2% 5% 10% 20% 50% 75% 80%
10 月 平均 月 19200 0.22 2.0 30400 28800 26600 24800 22600 18900 16200 15600
上旬 22600 0.26 2.0 38500 36200 33100 30400 27300 22100 18400 17600
中旬 19400 0.24 3.0 32600 30600 27900 25600 23100 18800 16000 15400
下旬 16000 0.24 3.0 26900 25300 23000 21100 19000 15500 13200 12700
最大 月 27600 0.28 2.0 48700 45700 41400 37900 33800 26900 22100 21000
上旬 26800 0.30 2.0 49000 45800 41200 37500 33200 26000 21000 19900
中旬 22900 0.29 2.0 41100 38500 34800 31700 28200 22300 18100 17200
下旬 18700 0.26 2.0 31800 30000 27300 25100 22600 18300 15200 14500
11 月 平均 月 10300 0.18 4.0 15600 14800 13700 12800 11800 10100 8960 8710
上旬 12600 0.22 3.5 20600 19400 17700 16300 14800 12200 10600 10200
中旬 10400 0.23 8.0 18800 17200 15100 13500 11900 9710 8670 8500
下旬 8230 0.18 8.0 13100 12300 11100 10200 9270 7890 7140 7000
最大 月 15100 0.28 5.0 28900 26500 23300 20800 18100 14100 12000 11600
上旬 14600 0.26 5.5 27100 24900 22000 19700 17300 13700 11800 11400
中旬 12100 0.31 6.5 25700 23000 19600 17000 14400 10900 9430 9190
下旬 9340 0.24 7.0 17000 15600 13800 12300 10800 8750 7710 7520

4 明渠截流設(shè)計流量

　　截流設(shè)計流量應(yīng)根據(jù)河流水文特性及施工條件等多方面因素選擇，一般可選用截流期5~10年一遇的月或旬平均流量。對于截流時段選在汛后退水期或穩(wěn)定枯水期時，截流流量重現(xiàn)期可取短一些。對于大型工程的截流設(shè)計，多以選取一種流量為主，再考慮較大、較小流量出現(xiàn)的可能性，采用幾種流量進(jìn)行截流水力學(xué)計算和模型試驗(yàn)研究。

　　三峽三期明渠截流具有流量大、落差高、影響因素眾多、施工條件復(fù)雜等顯著特點(diǎn)，截流流量標(biāo)準(zhǔn)選擇過高，將大幅度加大截流難度、增加截流工程投資，且存在諸多難以克服的技術(shù)難題，截流技術(shù)措施難以落實(shí)。根據(jù)明渠截流時左岸大壩導(dǎo)流底孔分流特點(diǎn)及各級流量截流終落差1:80水工模型試驗(yàn)成果，當(dāng)截流流量為14000 m3/s時，截流（閉氣后）終落差將達(dá)8.11m，對于此類大流量、高落差、高能量的截流工程，實(shí)施難度極大。

　　根據(jù)長江實(shí)測洪水資料進(jìn)行分析，著重考慮截流技術(shù)措施的可行性，并結(jié)合多年來三峽研究和設(shè)計情況，選擇戧堤非龍口段進(jìn)占從11月初開始，采用11月上旬多年旬平均流量14800m3/s，戧堤頂高程及裹頭防沖采用當(dāng)旬5%最大日平均流量21900m3/s；明渠截流龍口合龍時段在《提前截流專題研究》中確定為11月中旬或下旬，截流流量分別為11月中旬多年平均最大日流量12200 m3/s和11月月平均流量10300 m3/s。2001年6月18日中國長江三峽工程開發(fā)總公司總經(jīng)理辦公會議要求，三峽三期明渠截流既選擇提前，又需考慮截流施工難度，建議選擇截流流量為10000m3/s左右；此精神指導(dǎo)下，研究決定三峽三期明渠截流龍口合龍時間定為11月下半月，設(shè)計截流流量為11月月平均流量10300 m3/s，該流量約相當(dāng)于11月下旬20%最大日平均流量。實(shí)際施工過程中，可根據(jù)當(dāng)10月和11月長江退水情況和上游來水情況，適當(dāng)提前實(shí)施。

　　已確定的設(shè)計截流流量與本研究中分析的截流期旬月設(shè)計流量比較如表4。本次分析的截流期特征流量與所選擇的截流流量標(biāo)準(zhǔn)基本一致，而且11月下半月龍口合龍設(shè)計流量10300m3/s與11月月平均流量10300m3/s、11月下旬10%平均流量10200m3/s吻合。

　　表4 已選截流流量標(biāo)準(zhǔn)與截流期施工設(shè)計流量比較

　　流量：m3/s

  11月上旬 11月上旬 11月中旬 11月下旬
  多年平均日最大 5%最大 多年旬平均 20%最大
招標(biāo)設(shè)計采用 14800 21900 12200 10300
本次分析 14600 22000 12100 10800

5 截流期11月各旬不同量級流量統(tǒng)計

　　截流期的11月，雖然沒有大洪水發(fā)生，但受大江大河退水緩慢和上游秋汛影響，11月流量仍較大，多年平均流量10300 m3/s。據(jù)1877至2001年實(shí)測資料統(tǒng)計， 11月上旬最大日平均流量超過20000 m3/s的10年；超過15000 m3/s的52年，占系列長度的41.6%。11月中旬，最大日平均流量為30600 m3/s，超過15000 m3/s的達(dá)21年，占系列總長的16.8%，超過12500 m3/s的共43年；11月下旬，實(shí)測最大流量17500 m3/s，超過12500 m3/s的也有10年，超過10000m3/s的達(dá)32年。

　　結(jié)合截流施工安排的可能性，根據(jù)1877～2000年實(shí)測流量資料，分別統(tǒng)計11月各旬出現(xiàn)連續(xù)5天、4天和3天小于或等于12200m3/s、10300 m3/s的發(fā)生頻率，統(tǒng)計成果如表5。

　　表5中統(tǒng)計情況看，11月中旬出現(xiàn)連續(xù)5天小于10300m3/s的概率為64.5%，但連續(xù)4天小于該流量的概率上升到74.2%；11月下旬出現(xiàn)連續(xù)5天小于10300m3/s的概率達(dá)94.4%。說明11月中旬按設(shè)計截流量10300m3/s截流，其流量經(jīng)驗(yàn)保障率可達(dá)65%~74%左右，而在下旬按此設(shè)計流量截流經(jīng)驗(yàn)保障率可達(dá)94%以上，11月截流水文風(fēng)險率較低。

　　表5 宜昌站1877~2000年11月份實(shí)測日平均流量統(tǒng)計表

時間項目 連續(xù)期 11月
上旬 中旬 下旬 下半月
日平均流量≤12200m3/s 連續(xù)5天以上年數(shù) 61 109 122 123
所占百分比(%) 49.2 87.9 98.4 99.2
連續(xù)4天以上年數(shù) 72 110 123 124
所占百分比(%) 58.1 88.7 99.2 100
連續(xù)3天以上年數(shù) 82 114 124 124
所占百分比(%) 66.1 91.9 100 100
日平均流量≤10300m3/s 連續(xù)5天以上年數(shù) 27 80 117 117
所占百分比(%) 21.8 64.5 94.4 94.4
連續(xù)4天以上年數(shù) 32 92 117 117
所占百分比(%) 25.8 74.2 94.4 94.4
連續(xù)3天以上年數(shù) 42 95 119 119
所占百分比(%) 33.9 76.6 96 96.0

6 結(jié)語

　　三峽明渠截流水文條件及特性主要是在截流前根據(jù)設(shè)計條件所分析，目的是為了更好地指導(dǎo)明渠截流施工。2002年9月以后，上游來水普遍偏枯，為三峽工程明渠提前截流創(chuàng)造了有利條件。

　　2002年9月15日，三峽工程導(dǎo)流底孔開閘放水調(diào)試，至9月19日全部22個導(dǎo)流底孔全部開閘分流，當(dāng)日壩址來流量11100m3/s，導(dǎo)流底孔分流比24.32%，高于原設(shè)計的分流能力，也為三峽明渠截流進(jìn)一步提前增強(qiáng)了信心。

　　2002年10月中旬，明渠截流開始預(yù)進(jìn)占，2002年10月16日9時，上龍口戧堤口門水面寬率先達(dá)到294.9m，表明明渠截流進(jìn)入到非龍口段；2002年10月27日14時，上龍口戧堤口門水面寬又達(dá)到149.7m，標(biāo)志著明渠截流進(jìn)入到龍口段。2002年11月6日9時48分，三峽三期明渠截流合龍成功。在截流最緊張時期間，盡管上游的來流量一度上漲，最大達(dá)到11600m3/s，但仍在分析的水文條件范圍內(nèi)。進(jìn)入11月份后，流量一直維持在10000m3/s以下，截流水文條件較為理想。

　　三峽明渠截流期合符實(shí)際的水文條件及特性分析成果，是三峽工程提前截流決策的依據(jù)之一。基于固定的設(shè)計截流流量和截流期水文氣象條件，為截流施工早作準(zhǔn)備和安排，當(dāng)上游來流量符合截流水文條件時，即可實(shí)施提前截流，為2003年6月蓄水贏得工期。2002年三峽工程明渠提前截流成功充分證實(shí)了這一點(diǎn)。