丹江口水利枢纽

更新时间:2014-06-29 16:33:14 来源: 作者: 浏览:1230次评论:0条

导读：1概述丹江口水利枢纽位于中国湖北省丹江口市、汉江与丹江汇口以下800m处，是开发汉江的第一个控制性大型骨干工程，具有防洪、发电、引水、灌溉、航运、养殖等综合效益。枢纽分两期开发，第一期正常蓄水位157.0m，相应总库容174.5亿m3，装机容量90万kW，多年平均发电..

1 概述

    丹江口水利枢纽位于中国湖北省丹江口市、汉江与丹江汇口以下800m处，是开发汉江的第一个控制性大型骨干工程，具有防洪、发电、引水、灌溉、航运、养殖等综合效益。枢纽分两期开发，第一期正常蓄水位157.0m，相应总库容174.5亿m³，装机容量90万kW，多年平均发电量38.3亿kW·h。河床宽缝重力坝，最大坝高97m。一期工程于1974年竣工。第二期工程正常蓄水位170m，总库容290.5亿m³。多年平均可向华北调水145亿m³以上。丹江口水利枢纽二期加高工程于2005年9月26日正式开工。

2 枢纽布置和建筑物

    坝址河谷宽500～600m，河床中部和左部有一条深槽。河床覆盖层一般厚度2～5m，最大厚度22m（深槽处）。坝址出露的地层主要为元古界片岩（左岸）和岩浆岩（河床和右岸）。断裂构造极为发育，较大断裂带多与坝轴线斜交，工程地质条件复杂。各类完整新鲜的变质岩浆岩平均极限湿抗压强度为87～148MPa，弹性模量72400～74300MPa。地震烈度6度，大坝按8度地震设防。

    坝址控制流域面积95217km²，多年平均径流量378亿m³,多年平均流量1200m³/s。按千年一遇设计，万年一遇校核。设计洪水流量64900m³/s，初期规模时相应的库水位159.8m；校核洪水流量82300m³/s，相应库水位161.4m，相应总库容209.7亿m³。1978年改为按万年一遇洪水加20％洪量作为保坝标准，相应库水位164m，因此已将两岸土石坝顶加高至165.2m，两岸混凝土坝有19个坝段需结合后期加高要求进行加固。丹江口水库初期和后期主要特征指标见丹江口水库主要特征指标表。

丹江口水库主要特征指标表

指标  初期  后期
坝顶高程(m)  162  176.6
正常蓄水位(m)  157  170
相应库容(亿m³)  174.5  290.5
死水位(m)  140  150
相应库容(亿m³)  76.5  126.9
极限消落水位(m)  139  145
相应库容(亿m³)  72.3 100
调节库容(亿m³)  98~102.2 163.6~190.5
夏汛限制水位(m)  49 160
预留防洪库容(亿m³)  76.7 110
秋汛限制水位(m)  152.5 163.5
预留防洪库容(亿m³)  55.0 80.1

3 枢纽布置和建筑物

    河床布置混凝土坝、泄洪建筑物及坝后式厂房，左右两岸为土石坝，通航建筑物布置在左岸。坝顶高程162.0m时，挡水建筑物总长2494m，其中混凝土坝长1141m，左岸土坝1223m，右岸土坝130m。

    泄洪建筑物包括泄洪深孔和溢流坝两部分。泄洪深孔位于河床右部，设置12个宽5m、高6m的深孔，孔底高程113.0m，供泄放中、小流量兼作放空、排沙之用(其中1孔在1990年被备用电源电厂占用)。最大泄流量9680m³/s。溢流坝位于河床中部，总长264m,设有20个宽8.5m，堰顶高程138m的开敞式溢流孔，中间有一个坝段布置成隔墙（由施工时纵向围堰改建而成），将溢流坝分隔成两部分，只有在洪水超过1935年的洪量时，才开始运用左部分（共12 孔），以保护电厂尾水少受泄洪干扰。最大泄量39900m³/s。

    坝后式厂房位于河床左部，厂房坝段长174m，安装6台单机容量为15万kW的竖轴混流式水轮发电机组。

    转轮直径5.5m，总重658.3～588t，额定转速100r/min,额定出力15.4万kW，最高效率92.8％。初期单独运转时，最大水头71.5m，最小水头44m，设计水头63.0m；后期运转时最大水头81.5m，最小水头45.4m，设计水头63.5m。机组最大过流量275m³/s和277m³/s。发电机为伞式空冷型，额定电压15.75kV，额定容量17.65万kVA，额定功率因数0.85，定子铁心内径12.8m，转子重572t和490t。

    引水压力钢管直径7.5m，埋设在坝内，进口高程115m。

    左岸土石坝全长1223m，最大坝高56m，为粘土心墙及粘土斜墙、砂砾料坝壳土石混合坝。左岸土石坝与河床混凝土坝之间的左岸联接段长220m，为实体重力坝。为避开片岩区，混凝土坝轴线向下游转弯。左岸土石坝在联接段混凝土坝上游面与其正交联接。联接处设有上、下游挡土墙。

    右岸土石坝长130m，为粘土心墙风化石碴坝壳土石混合坝。右岸联接段长339m，为实体重力坝。

    通航建筑物布置在右岸，越过右岸混凝土连接坝段，采用垂直升船机与斜面升船机相结合的形式。全线由上游导航防护建筑物、垂直升船机、中间渠道、斜面升船机和下游引航道等5部分组成，中心线成一折线，总长1093m。垂直升船机为干式包括承重结构、桥式提升机、提升架和直流电气控制设备等部分。最大提升高度45m（远景59m），最大提升重量450t,提升速度8m/min，平移速度30m/min。中间渠道长410m。斜面升船机用双驼峰式两面坡拦水，呈高低轮和高低轨相结合的布置形式。包括斜坡道、斜架车、提升绞车、摩擦驱动装置和直流电气控制系统等部分。斜坡道全长395.5m，坡度1∶7。斜面提升机最大牵引力为4×18.50＝74t，最大牵引重量365t，最大牵引行程300m，牵引速度为30m/min。承船厢尺寸：干运为32m×10.7m×1.2m，湿运为24m×10.7m×0.9m。设计最大船舶尺寸：36.96m×7.94m×0.92m，重150t；45.20m×10.0m×1.10m，重300t（减载）。过船时间：垂直升船机单向运行时，干运24.2min，湿运26.2min；迎向运行时，干运33.8min，湿运37.8min；斜面升船机单向运行时，干运28.5min，湿运30.5min；迎向运行时，干运38.1min，湿运42.1min。设计的年单向通过能力：下水为82.38万t；上水为73.55万t。

    在坝址上游左岸30km处已建2座灌溉取水渠首。陶岔渠首，引水流量500m³/s。闸室为5孔涵洞式钢筋混凝土结构，孔口尺寸6m×6.7m，闸底板高程140.0m。清泉沟渠首，引水流量 100m³/s，无压隧洞，宽7m、高7m、长6775m，进口高程143m。

4 工程施工

    枢纽总工程量：土石方开挖519万m³，土石方填筑622万m³，混凝土及钢筋混凝土321万m³，金属结构安装1.4万t。其中主体工程土石方开挖432万m³，土石方填筑540万m³。

    工程于1958年9月1日开工，1959年3月主体工程开始施工。由于施工准备工作做得不够，大坝混凝土质量控制不严，混凝土出现较严重的浇筑质量事故，1962年3月暂停施工。一方面进行坝体混凝土事故调查，分析和处理措施的科研设计工作，同时对施工附属企业、附属工程进行改造、扩建和兴建，为机械化施工做好准备。1964年主体工程复工，1967年11月下闸蓄水，1968年10月第一台机组正式发电。1973年11月升船机安装完毕试运行，电站6台机组投入运转，初期工程全部完建。

    采用河床分期导流。第一期先围河床右岸部分，将右岸坝段的混凝土浇筑至高程100m左右，并形成10个4m×8m、2个2m×4m的导流底孔。第二期围左岸部分，江水从右岸坝体的已浇混凝土面及导流底孔下泄，进行左岸混凝土大坝施工。二期土石围堰最大高度约46m，按1％洪水47000m³/s设计，0.5％洪水52000m³/s校核。截流设计流量选用12月中下旬20年一遇瞬时流量640m³/s作为标准。采用平堵与立堵相结合方式截流。12月22日和24日龙口束窄至22.5m宽。12月26日9时50分，最后合龙。83辆12～25t自卸汽车从左岸向龙口倾卸混凝土块体和大块石，人工向龙口右侧的裹头前缘抛投竹笼和大块石，双拼自卸木船在龙口上游平抛竹笼，三面进攻，到11时55分龙口水深已小于2m，最大流速2.74m/s。落差2.18m。13时龙口堆石堤全部抛出水面，截流成功，历时3h10min。

    坝体混凝土浇筑主要采用施工栈桥门（塔）机配轻轨柴油机牵引平板车3m³混凝土罐供料运输方案。厂房利用塔吊进行混凝土浇筑。102混凝土生产系统由3座拌和楼组成。年最高生产能力达62.5万m³，月最高达8.2万m³。制冷系统容量为354×10.4kcal/h。

5 几个重大工程技术问题

    (1)坝基F16与F204断层交汇带的处理。河床F16与F204两条断层的交角很小，两者之间的岩体严重破碎，在右部河床9～11坝段形成坝踵宽20m，坝趾宽50m，约2000m²的贯通上下游的交汇破碎带。交汇带内裂隙密集，岩石很破碎，其中还有几条宽度数厘米至40cm的软弱糜棱岩和构造粘土带，软弱糜棱岩的湿抗压强度为0，构造粘土岩的湿抗压强度为0～2.4MPa。处理措施是在断层交汇带内浇筑10m厚的混凝土楔形梁塞，并在梁塞之下的防渗帷幕处增设10m深的混凝土防渗齿墙，其下再灌注一定深度的水泥浆帷幕。

    (2)混凝土质量事故处理。1962年以前浇筑的近90万m³混凝土共发生架空、冷缝等质量事故427次，各类裂缝2426条，需要进行补强灌浆和处理。在19～33坝段上游面增设防渗板处理。防渗板底部最大厚度10m左右，顶部厚度6～7m,板顶高程与已浇坝体混凝土齐平。底部设基础灌浆廊道，高程102m设坝面排水廊道，横缝止水为两道紫铜片加沥清井。防渗板与老坝面的结合，采用沿老坝面预留1.10m的宽槽，待防渗板及坝体混凝土冷却至稳定温度后回填二期混凝土，使板、坝结合成整体。在宽槽顶部，分别在高程117.5m及108m设置并缝廊道，廊道底部加配钢筋。对9～18号坝段的迎水面的防渗，采用钻孔和细磨水泥灌浆，形成坝体防渗帷幕。对坝体内的质量事故，采用补强灌浆处理。对17条基础贯穿裂缝中危害最严重的7条裂缝进行了专门处理。如9～11号坝段基础楔形梁的基础贯穿裂缝，在95m高程铺设了一层防裂钢筋网，在99.6～105m高程又浇设了一层厚5.4m的并仓板。又如18坝段2坝块的基础贯穿裂缝进行了抽槽回填并在坝段两侧宽缝面贴浇夹板混凝土处理。对表面贯穿坝块裂缝(或称通仓裂缝)，采取铺设骑缝钢筋，并提高上层混凝土标号处理。对大量的一般表面裂缝未作处理。

    (3)水库优化调度研究。丹江口水库具有防洪、发电、灌溉、航运、养殖等综合利用任务，需要对水库进行优化调度，以满足各用水部门的要求，正确处理各部门之间的矛盾。通过研究建立了以发电效益为最大目标的数学模型，得出水库优化调度图。在研究过程中，应用“惩罚”的办法解决发电保证率问题，应用“控制线”法解决灌溉保证率问题；把径流作为随机过程，考虑相邻时段相关情况，应用动态规划与马尔柯夫过程的理论，建立递推计算方程组，用优选计算方法求解水库优化调度图。同时也结合目前的实际情况，对水库综合利用的各种要求进行适当的处理。通过优化调度，取得了明显的经济效益。既可取得最大的发电量，又可避免对防洪造成被动局面。

6 水库移民

    丹江口水库初期规模（正常蓄水位157m）共淹没农田28667hm²，有效迁移人口38.2万人（不包括工程开工初期的有效移民3万人），绝大部分为农民。这些移民从1958年至1975年历时17年，先后分6批进行搬迁安置。约40％的人口外移，约60％就近安置在水库周围。现在移民安置区的经济有了较大发展，人民生活水平显著提高，移民已经稳定下来。

7 生态与环境影响

    丹江口水库蓄水后，拦沙率达98％。据1968年4月至1986年1月的实测资料统计，库内共淤积泥沙11.29亿m³。水库下游黄家港、襄阳、皇庄、沙洋和仙桃站的多年平均含沙量分别为 0.031、0.191、0.565、0.603kg/m³和0.754kg/m³，分别占建库前的0.96％、7.1％、22.6％、29.3％和39.5％。由于长期下泄清水，下游河道发生同流量下水位下降，水深增加。坝下游河道由堆积性转变为侵蚀性，冲槽淤滩，洲滩兼并，支汊淤塞、主汊发育以及切滩撇弯。每年4～8月水库呈明显分层现象，在水深5～30m之间出现急变的温跃层，库表与库底温差达16℃。9～10月，上下层温差减少，分层现象减弱。11月～3月，水温趋于均匀，坝下黄家港多年实测水温资料表明，建坝后比建坝前3～8月水温降低2.1～6.2℃，9月～1月水温升高0.8～4.7℃，8月份最高水温降低了约2℃，而1月份最低水温升高了3.5℃。下泄水温的变化，对丹江口坝下至襄樊江段沿程水温及年内变幅都有影响，水温变化并不显著。水温的变化对坝下至襄樊江段的鱼类繁殖带来一定影响，满足产卵最低温度18℃的要求向后推迟约20d。蓄水后，水库水质良好，单项评价达到地面水Ⅱ类标准，综合评价达到Ⅰ类标准。水库蓄水后，地震观测未发现水库诱发地震。建库后，库区鱼类种群有所变化，但捕捞量逐年增加；对汉江中下游鱼类的繁殖和生长带来了某些不利影响，但对鱼类的越冬和某些鱼类的摄食是有利的。

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