葛洲坝水利枢纽中的水电站介绍

如前所述，葛洲坝电站的引水防沙问题是通过河势规划选定电站布置、利用泄洪建筑物泄洪排沙，以及电站拦沙与导沙设施加以解决的。

（一）水电站的布置

在葛洲坝枢纽河势规划中，考虑到建坝后坝区主流线由天然情况下偏大江一侧向左移至二江，形成曲率平缓的左向弯道，泄水闸布置在二江葛洲坝原位上，面迎主流，其左侧的二江电站处于弯道凹岸，有利于电站正面取水、侧向排沙；同时，泄水闸过流时大量的推移质泥沙也可经泄水闸下泄，因此二江电站的取水防沙条件较为优越。

大江电站位于坝区弯道凸岸，处于侧向进流的不利部位，在坝区河势规划研究中，曾对双槽方案、单槽分汊方案和单槽方案作了比选。

双槽方案是为减小大江航道口门外横向流速和边滩淤积，并使大江电站正面进流，改变凸岸侧向进流条件，在南津关下游修建分水鱼嘴工程，大江电站安装10台机组，在其右侧修建5孔泄洪排沙闸，把坝上主河槽形成双槽（图4-13），要求大江分流比能保持与建坝前相同。

图4-60　水电站排沙孔布置的上游立视图（单位：m）

（a）石泉水电站；（b）安康水电站；（c）龚嘴水电站；（d）宝珠寺水电站；（e）乌江渡水电站

单槽分汊方案是为达到双槽方案同一目的，保留并加高大江电站上游纵向围堰，并建分水鱼嘴（图4-14）或“人”字形导沙坎，大江电站安装10台机组，在其右侧修建5孔泄洪冲沙闸。

单槽方案是根据建坝后坝区淤积基本平衡后的河床、水流和泥沙运动特点，认为坝区以形成单一的主河槽更有利于坝区河床的稳定和满足泄洪、排沙、通航和发电要求，大江电站安装14台机组，其右侧不设泄洪排沙闸（图4-6）。

通过坝区河势规划研究以及对上述三类方案的大量实体模型试验研究，认为在葛洲坝枢纽的具体情况下，双槽和单槽分汊方案均不能改善大江电站的引水防沙条件，而且少装机组，工程量大，经济效益相对较低，最后选定单槽方案。关于单槽方案位于弯道凸岸的大江电站引水防沙问题，通过对弯道水流泥沙运动规律的研究，分析众多已建位于弯道凸岸的引水工程实例，对解决弯道凸岸工程的引水防沙问题有如下认识。

（1）弯道的凸岸是泥沙淤积的主要部位，不利于工程的引水防沙，但仍具有相对较为有利的因素，弯道断面内环流强度的横向分布是深槽附近最大，凸岸边滩滩唇以内显著减弱以至消失，使得滩唇以内底沙的横向输移量显著减少；弯道凸岸边滩普遍存在的倒套或支汊，底沙进入也较少。

（2）弯道凸岸引水工程应布置在凸岸边滩离主流线较远的滩唇以内以及倒套或支汊。在弯道主流线与凸岸边滩滩唇之间，是底沙输移的主要部位，可布置泄洪排沙建筑物，以利泄洪排沙。

（3）位于弯道凸岸的电站可设置适当高程的导沙、拦沙工程，以尽量避免底沙进入电站前缘。

（4）稳定坝区弯道主流位置，形成较窄深的主河槽，以增大引水口和主河槽的高差，并有利于底沙的排泄，从而改善弯道凸岸取水工程的引水防沙条件。

基于上述认识，通过泥沙模型试验研究，认为大江电站左侧的二江泄水闸运用时具有较好的排沙作用，右侧大江航道的泄洪冲沙闸运用时可以起到减少进入大江电站的底沙和减少大江引航道口门的泥沙淤积。

（二）水电站防沙和排沙的工程设施

1.防淤堤

根据葛洲坝枢纽河势规划，三江和大江上游引航道均设置防淤隔流堤，达到“静水通航、动水冲沙”的目的。实体模型试验结果表明：三江防淤堤头以下直至二江电站上游和大江防淤堤头以下至大江电站上游，均存在大面积回流区；合理设计三江和大江防淤堤的宽度和平面形状，压缩电站前的回流，可以改善电站进流形式和流态，减少电站前泥沙淤积量，还有利于坝区主流部位形成窄深的主河槽。

通过实体模型试验和方案综合比较，二江电站前的三江防淤堤最大宽度占电站前沿长度的67%，大江电站前的大江防淤堤最大宽度占电站前沿长度的36%，平面形状为流线型。(www.xing528.com)

2.导沙坎

葛洲坝电站进水口底坎高程与二江主河槽底高程相差很小，推移质较易进入进水口，故在厂前设置导沙坎以加大进水口与主河槽的高差，将推移质导入二江泄水闸。导沙坎的形式与高程，直接影响过坎流速、厂前流态和水流含沙量。通过泥沙模型试验和方案综合比较，选定二江电站位于主河槽的凹岸，采用斜向导沙坎，其轴线与坝线交角为75°，一端与二江电站、二江泄水闸之间的导墙头部相连；另一端与防淤堤连接，长250m，断面为梯形，高度10～13m。大江电站的导沙坎是利用拆低的纵、横向施工围堰组成的折线形导沙坎。

3.排沙底孔

葛洲坝电站是低水头电站，在坝址常见洪水流量下，大江和二江电站总引用流量占来水总流量的47%～60%，上游来沙虽经导沙坎的拦、导，仍有大量泥沙进入电站前沿，需要采取排沙设施。经过对厂前设横向排沙廊道、厂房底部设排沙管、厂房底部设排沙底孔3种方案比较后，选定排沙底孔方案。

排沙底孔的设置原则是：应使厂前保持一定范围的冲刷漏斗，降低厂前淤积高程，减少进入水轮机组的粗沙；机组与排沙底孔同时运用工况下，底孔进口与机组进口两者的流速相差不能过大，以免影响机组出力，但应确保水流能将厂房前粗沙带进底孔。

按照上述原则和葛洲坝电站汛期洪水流量、输沙量及泥沙粒径，以及电站运行条件，确定二江电站2台17万kW机组各设置两个排沙底孔，5台12.5万kW机组各设置一个，在计算水头情况下，每孔排沙流量为250m3/s；大江电站14台12.5万kW机组各设两个排沙底孔，在计算水头情况下，每孔排沙流量为200m3/s［22］。若以每台机组最大引流量820m3/s计算，则每两个底孔的分流量约占机组和底孔总流量的32%～38%，加以底孔进口高程与机组进水口高程相差10.9m，所以底孔的排沙效果显著。

4.排沙洞

葛洲坝枢纽沿坝轴线的含沙量和泥沙粒径分布是左小右大，同时大江电站前底流方向明显右偏，为防止大江电站右端机组停机检修时，厂前被泥沙淤堵，在大江电站右侧安装场底部设两个排沙洞，每个排沙洞过流量为335m3/s，其布置原则与排沙底孔相同。

5.大江电站的下游潜导堤

大江电站下游右侧为大江航道导航墙，左侧为纵向施工围堰。大江电站下泄水流受二江泄水闸下泄折冲水流的顶托，右侧又被大江航道导航墙制约，使电站尾水出流不畅，造成尾水位抬高和泥沙淤积。通过泥沙模型试验，采取延长大江电站与二江泄水闸间的导墙，即保留下游纵向施工围堰段，长度为500m，墙顶高程为60.5m，并接建长230m、顶高程为52m、右偏1°的导流堤，导引二江下泄水流中间偏左，以改善大江下游引航道口门外的水流条件，同时也使大江电站下游水流比较顺畅，河床无累积性淤积。

葛洲坝电站运行实测资料表明，通过二江和大江电站机组的泥沙都是悬移质，没有发现砾石和卵石。各机组水流含沙量与宜昌水文站同时间断面平均含沙量的比值为二江电站小、大江电站大、愈向右侧愈大（表4-29）。二江电站过机含沙量为宜昌断面含沙量的0.94～0.98倍；大江电站18号机组为1.37倍，最靠右的21号机组和右排沙洞为1.63倍。过机组和过底孔的含沙量是底孔大、机组小，21号机组底孔含沙量约为机组的1.2～1.7倍，平均为1.31倍（表4-30）。

过机泥沙粒径也具有同一规律，大江过机泥沙粒径较二江粗，愈靠右愈粗。大江电站18号机组过机泥沙的中值粒径为二江电站的1.2～2.0倍，21号机组为2.2～2.9倍。过机泥沙最大粒径随入库流量增大而增大，21号机组的最大粒径出现在4万m3/s以上的洪峰期，其值为0.57mm（表4-31）。底孔开启后，过底孔的泥沙中值粒径远比过机的粗，21号机组过底孔的泥沙中值粒径约为过机组的1.24～4.57倍，平均为2.36倍，底孔的最大粒径可达0.62mm（表4-30）。

表4-29　葛洲坝枢纽过机含沙量及其与宜昌站断面平均值的比值

表4-30　葛洲坝枢纽#21机组过机及底孔的含沙量和粒径（1989年）

表4-31　葛洲坝枢纽过机泥沙的粒径及比值　单位：mm

葛洲坝枢纽电站运行情况表明：二江电站导沙坎上下游河床高程和竣工时相近，没有明显的冲刷或淤积，说明导沙坎能拦截近底粗沙并将其导向二江泄水闸排往下游河道，效果明显；二江电站排沙底孔除运行初期试运用外，没有正式运行［23］。大江电站的排沙底孔和排沙洞在1986年汛期便开始运用，一般在入库流量3.5万m3/s以上的洪峰期才开启排沙。初期运用时每台机组两个底孔同时开启，以后考虑到厂前冲刷漏斗较大，采取一台机组只开一个底孔的方式运用。底孔开启的部位视排沙需要而定，多在右侧含沙量较大、粒径较粗的底孔，实际运行情况表明，底孔有较好的排沙效果。

根据水轮机组历次大修检查结果，由于汛期葛洲坝电站过机水流的含沙量一般大于1.0kg/m3，年过机泥沙量约1500t以上，水轮机过流部件存在不同程度的磨蚀现象，表现为二江电站轻，大江电站右侧机组重、愈向右侧愈重，与上述含沙量与泥沙粒径沿坝轴线分布规律一致^[17]。