0.2 重大技术研究与应用
0.2.1 水库调度运用方案
（1）防洪调度运用方案。峡江坝址流量不小于5000m3/s或吉安站流量不小于4730m3/s时，峡江水利枢纽按照防洪调度运行方式调度，即峡江水利枢纽工程进入洪水调度运行方式。峡江水利枢纽工程洪水调度运行方式又分降低坝前水位运行方式、拦蓄洪水为下游防洪运行方式和敞泄洪水运行方式。
峡江水利枢纽工程的防洪调度依据预报的各控制断面洪水过程并结合坝前水位进行。其中，水库预泄降低坝前水位运行时还需对坝前水位进行动态控制，以达到不增加库区的淹没损失且基本上不增加坝址下游沿江两岸堤防防洪负担的目的。
1）降低坝前水位运行方式。当峡江坝址来水流量为5000～20000m3/s（中水）时，峡江水利枢纽采取降低坝前水位方式运行并对坝前水位进行动态控制的洪水调度运行方式进行调度。
2）拦蓄洪水为下游防洪运行方式。当峡江水库水位低于防洪高水位49.00m、坝址来水流量为20000～26600m3/s（大水）时，峡江水库进入拦蓄洪水为下游防洪运行方式。
3）敞泄洪水运行方式。当峡江水库水位达到防洪高水位49.00m、坝址来水流量超过26600m3/s（特大洪水），且洪水继续上涨时，开启全部泄水闸敞泄洪水，以保闸坝安全度汛，但应控制其下泄流量不大于本次洪水的洪峰流量。
（2）兴利调度运用方案。当峡江坝址流量小于5000m3/s或吉安站流量小于4730m3/s（小水）时，峡江水利枢纽坝前水位控制在46.00～44.00m之间运行。为满足各防护区内的农田灌溉要求，尽可能使库水位维持在较高水位上运行；尤其是在每年的4—10月农田灌溉用水高峰期，坝前水位至少维持在45.30m及以上。考虑坝址下游的用水要求，最小下泄流量不小于221m3/s。
（3）船闸运行调度方案。依据相关规范要求，船闸的通航流量范围确定为221～19700m3/s，依据1953—2013年共61年的峡江站流量的统计分析成果，将峡江船闸的通航流量范围调整为221～17400m3/s。当峡江水利枢纽工程坝址流量为221～17400m3/s，且坝前水位在42.70～46.00m之间、坝下水位在30.30～44.10m之间时，峡江船闸按船只过往闸坝的需要正常通航。但船闸引航道左岸冲沟流量（横流）较大时，峡江船闸停止通航。
0.2.2 库区抬田工程关键技术
（1）试验研究表明：耕作层厚度为15cm，保水层厚度（犁底层与防渗层）为40cm，压实度为0.9，渗透系数小于1.79×10-6cm/s，耕作层土壤为淹没区剥离的表层土（厚度为20～30cm），保水层材料为Q2或Q4黏土；垫高层材料可就近取材，风化料和沙石料均可。从抬田适宜性和经济性角度考虑，可作为峡江水利枢纽抬田工程多元地基结构设计优选模式。
（2）通过3年的双季稻种植试验，定期监测保水层土壤的容重、孔隙度、渗透系数。其监测数据统计分析结果显示：三组数据的变异系数均小于0.3，可以认为数据分布较为平稳，波动不大；从而得出：经过人工夯实后，保水层土壤压实度标准达到0.9，峡江水利枢纽蓄水后，保水层土壤结构性能的稳定性不会因地下水位升高而受到影响。
（3）地下水位埋深控制为0.5m的试验处理。水稻叶面积指数与同期比较，均高于其他地下水位控制试验小区。叶面积指数越大，光合作用效率越强，稻株的叶生物量积累越多，产量则越高。作物水分生产率低于其他地下水位埋深控制试验小区，这证明在项目区田间灌溉工程状况得到改善的情况下，水资源能够得到很好的利用。单位水量的作物产出率较高，有利于提高项目区农业生产水平，有助于项目区节水灌溉与高效农业的发展。因此，水库正常蓄水位设计为46.00m、抬田高程设计为46.50m是可行的。
（4）通过定点追踪调查抬田示范区与未抬田对照区耕作层土壤的养分指标显示：抬田示范区水稻耕作层的有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量指标前三年大部分比未抬田对照区低，表明水稻土壤耕作层受到抬田影响，土壤养分含量在一定程度上有所降低，水稻生长所需土壤养分含量在一定程度上受到破坏。但是，抬田水稻耕作层的有机质、全氮和碱解氮含量均比未抬田对照区低，供应强度（碱解氮占全氮的百分数）却大于未抬田试验对照区，表现出供应容量大，供应强度小的现象。采取秸秆还田配合化肥施用，可以有效地增加土壤有机质含量，同时，也能调节土壤中全氮和碱解氮的含量，起到培肥土壤的作用。
（5）抬田区水稻种植可采用间歇灌溉制度，具有一定的节水增产效果。田间水层控制标准如下：返青期10～40cm，分蘖前期0～30cm干3天，分蘖后期30～0cm晒田7天，孕穗期0～30cm干3天，抽穗开花期10～30cm干2天，乳熟期0～30cm干3天，黄熟期30～0cm后期落干。施肥比例采用基 （种）肥∶分蘖肥∶拔节孕穗肥=5∶3∶2，同时，配合种植绿肥红花草和秸秆还田农艺措施，其产量更高。其中，在当地施肥水平下，间歇灌溉处理较淹水灌溉处理增产效果比较显著，早稻产量增加60.07kg/亩，增产率为7.36%；晚稻产量增加47.32kg/亩，增产率为5.67%。在灌溉标准相同情况下，采用基（种）肥∶分蘖肥∶拔节孕穗肥=5∶2∶3的施肥处理后，早稻增产39.68kg/亩，增产率为4.86%；晚稻增产22.7kg/亩，增产率为2.72%。采取农艺措施改良土壤的试验处理较未进行农艺措施改良土壤的试验处理，早稻产量增加8.21kg/亩，增产率为1.95%；晚稻产量增加13.18kg/亩，增产率为3.07%。
通过峡江水利枢纽库区工程抬田研究与实践，江西院与峡江水利枢纽管理局联合编制了江西省地方标准《水利枢纽库区抬田工程技术规范》（DB36/T 853—2015）。
0.2.3 水轮发电机组技术开发
江西省峡江水利枢纽工程水电站安装有阿尔斯通公司供货的5台40MW灯泡贯流式水轮发电机组，其转轮直径达到7.8m,为目前国内尺寸最大的贯流机组之一。大型灯泡贯流式机组是开发低水头水力资源的首选技术，在总结以往电站设计制造运行反馈的基础上，对峡江机组进行了优化，以保证机组长期安全稳定运行。
为了保证机组整体结构安全性，进行了大量的计算，包括对重要部件进行有限元分析。转轮采用缸动式双支点结构，转轮室叶片转角范围内采用整体不锈钢板模压，并对筋板进行加强。主轴密封采用了可靠的盘根径向密封。导水机构采用弹簧连杆结构，单作用接力器，在重锤重力作用下关机，保证机组的安全性。
根据多年积累的成功经验和在科研开发上坚持不懈的努力，凭借先进的计算手段、成熟的设计分析方法和高精度的设备投入，阿尔斯通公司始终保持着在贯流式机组的设计、制造、安装等方面的领先地位。峡江机组从总体设计到各部套结构都进行了详细的功能比较分析，并且结合工厂的制造能力、现场状况、运输条件对结构进行了优化可行设计。对整体部件刚强度、稳定性进行了分析计算，从而保证了峡江机组具有高性能和机组安全稳定运行。
2013年9月，峡江机组投入了商业运行。纵观运行情况，机组出力、振动、摆度、发导和正、反推力轴承瓦温、铁芯、定子绕组和转子磁极线圈温度都满足合同要求，机组性能优良，业主满意。峡江水利枢纽工程机组为国内外大型灯泡贯流式机组的设计、生产和运行提供了很多宝贵经验。
0.2.4 厂房温度应力仿真与温控措施研究
峡江水电站厂房每个坝段顺河向长度值超过90m，远大于其宽度值，大部分情况下不采取工程措施难以满足温控防裂要求。采用顺河向分块浇筑辅以简单温控措施是行之有效的方法，各浇筑块长度须依据厂房坝段温度场应力场全过程仿真分析成果并结合现场实际情况确定。峡江水电站厂房坝段温度控制标准一般情况下要严格按照规范规定执行，当其基岩变形模量不超过5GPa，远小于混凝土变形模量时，温控标准与规范规定相比，可适当放宽，具体情况须依据厂房坝段温度场应力场全过程仿真分析成果确定。
峡江水电站厂房主厂房坝段采用分块、分层浇筑方案，先浇筑Ⅰ块、Ⅲ块、Ⅳ块，后浇筑Ⅱ块（在实际施工中，Ⅱ块部位需进行水轮机安装的有关工作）。经计算研究，厂房浇筑方案对总体施工进度影响小。厂房坝段流道周边采用预留宽槽方法进行分块浇筑时，宽槽两侧设有止水措施。实践表明，当后浇筑的Ⅱ块安排在低温季节浇筑并且混凝土浇筑温度控制在26℃时，辅之以表面养护及表面保温措施，厂房大体积混凝土浇筑满足温控防裂要求。
0.2.5 泄洪弧形工作闸门静、动力学特性研究
1.静力计算分析结论
（1）静力计算过程中支铰处连接铰轴的约束处理与实际情况相差较大。计算结果表明：y向位移偏大，最大值为186.4mm，出现在校核工况支铰处；x向为横河向，在正常挡水工况下，x向的位移较其他两个方向大（支铰和支臂y向除外），最大位移为38.33mm，发生在校核工况闸门结构面板中部；z向位移均较小，z向最大位移为5.417mm，发生在校核工况面板与中间主横梁与面板交接处的靠右岸处，方向指向z轴的负向（竖直向下）。起吊工况下，吊杆与闸门存在一定的夹角，z向的约束不足，在水压力的作用下，闸门结构有绕支铰逆时针转动的趋势。
（2）支铰连接轴的约束处理与实际情况相差较大，导致支铰、支臂以及和支臂连接处的纵梁结构等的变形较大，相应的结构呈现局部应力集中。在正常挡水工况下，纵梁结构在水压力作用下，正应力较大的值主要出现在纵梁腹板（228.08MPa）以及纵梁筋板底部（216.83MPa），同样在主横梁的腹板处，也出现302.23MPa的应力，支臂结构出现216.16MPa与195.12MPa的较大应力。相同的部位在校核工况下也出现很大的应力。该处的应力值不应该作为校核闸门安全的应力数据。
（3）Q345钢的容许切应力130MPa，挡水工况下的最大切应力为84.432MPa，出现在校核水位面板下部偏右处，并未超出材料的容许切应力。起吊工况下的最大切应力为104.03MPa，出现在闸门底部近右岸处，也在Q345钢的容许切应力范围之内。
2.自振特性分析
（1）在考虑流固耦合的情况下，自振频率较不考虑流固耦合效应均有所降低。峡江水闸自振基频受流固耦合效应的影响较小，仅降低了1.89%，这可能是由于第一阶的振动主要表现为横河向的振动（与水体相切）的缘故。起吊工况基频振动表现为绕支铰铰轴的转动，也是与水体相切的振动，流固耦合效应对起吊工况基频的影响也较小。对于较高阶的自振频率，流固耦合影响较大，频率最高降低66.06%。
（2）挡水工况闸门第一阶的振动主要表现为横河向的振动，第二阶和第三阶振动分别表现为闸门整体结构的扭动和支臂的振动。起吊工况闸门第一阶的振动主要表现为绕支铰铰轴的转动振动，第二阶和第三阶表现为整个闸门结构的扭动。流固耦合效应对闸门的振型有一定的影响，挡水工况考虑流固耦合效应第二阶和第三阶主要表现为支臂上以上闸门结构顺河向的振动。
3.脉动压力频谱分析
各个测点脉动压力数据的偏态系数都接近于0，脉动压力基本上是以均值为界对称分布的。对各典型工况的功率谱曲线图进行分析可以看出，脉动压力的优势频率主要集中在4~12Hz，而闸门在挡水工况考虑流固耦合效用闸门基频自振频率为1.872Hz；结构基频与脉动压力优势频率错开度较大，不会产生共振。结构第二阶到第十阶自振频率落在脉动水压力优势频率内。在脉动水压力的激励下，结构可能发生共振，但是高阶频率对结构的动响应贡献较小，即使与激励频率接近，结构的动响应一般也不会很大，不会产生危害性破坏。
4.闸门结构动力分析
（1）闸门结构在脉动压力的作用下，闸门支臂结构的支撑作用突出，闸门位移较大处出现在支臂至上闸门结构。x方向最大位移为28.118mm，y方向与z方向最大位移为12.353mm和9.637mm，均较小。闸门结构刚度满足要求。
（2）在脉动压力作用下，水闸各个构件的应力主要以平面应力为主，弯曲应力与平面应力相比小很多。平面应力的最大值为190.970MPa，表现为x方向平面正应力，最大的总应力值为190.983MPa，小于Q345钢的抗压抗拉抗弯容许应力210MPa；最大平面剪应力为50.645MPa，总剪应力最大值为50.663MPa，其值均小于Q345钢的容许抗剪应力130MPa。闸门结构强度满足要求。
（3）应用最大拉应力理论对支铰结构进行强度验证。第一主应力最大值为53.51MPa，出现在工况18（上游挡水47m，下游挡水33m，闸门开启高度6.3m）。小于材料ZG310-570的屈服强度310MPa。支铰结构强度满足要求。
0.2.6 泄水闸闸墩段深层抗滑稳定及加固研究主要结论与建议
泄水闸闸址因处向斜核部，受构造挤压，岩层次级舒缓状褶皱发育，岩层层间错动强烈。据基坑开挖揭露，层间剪切错动带极发育，剪切带岩体片理化显著，主要发育于C1z4、C1z2岩组，基本沿第二岩组（C1z2）的变余炭质粉砂岩中的炭质绢云千枚岩薄夹层，第四岩组（C1z4）的砂质绢云千枚岩与炭质绢云千枚岩接触面发生层间剪切错动，错动带一般厚度为2～50mm，少数为5cm以上，带中充填物主要为夹泥的片理化岩屑，部分错动面有不连续泥膜。据施工地质勘察和现场原位抗剪试验，11～18号闸段层间软弱夹层（剪切错动带）抗剪强度低，倾角缓，可能成为控制上述闸段滑移的深层滑裂面。经河床基坑开挖揭露，11～18号闸段闸室地基存在缓倾角层间软弱夹层，成为控制闸基稳定的重要边界，有可能导致泄水闸深层滑动失稳，必须对其进行分析研究，并提出合理可行的加固处理方案，以确保工程安全。
针对本工程闸基深层滑动破坏模式的多样性和复杂性，为全面、合理评价其抗滑稳定安全性，对于多滑面采用萨尔玛（Sarma）法以及非线性有限元分析两种方法进行计算复核。经计算复核采取以下工程措施：13~15号闸墩段第一块护坦加厚、锚筋加粗加深、增设固结灌浆，与闸室底板联成整体；16号闸墩段闸室底板增设锚筋桩，第一块护坦锚筋加粗加深。11~12号闸墩段第一块护坦加厚、增设锚筋桩、增设固结灌浆，护坦之间的填缝泡沫塑料板取消。
0.2.7 同赣隔堤三维渗流控制研究
同江防护区保护耕地面积3.16万亩、人口4.48万人、房屋面积246万m2，是峡江水利枢纽工程最大防护区。同赣堤堤线位于赣江支流同江河出口的赣江左岸，沿滩地布置，南起杨家塘村，经水南村东、同江河口、菜园村止于同江村北侧山地，堤线全长3.703km。设计土堤顶高程49.50m，堤顶设防浪墙，防浪墙顶高程为50.20m，堤顶超高1.5m，堤顶宽度6m，外坡1∶3，内坡1∶2.5，内、外坡在46.50m高程设马道。堤基采用液压抓斗、射水法造混凝土防渗墙及帷幕灌浆防渗，最大防渗墙深度超过70m，防渗效果好坏涉及防护区内耕地浸没影响以及排涝规模，同赣隔堤渗流研究至关重要。
计算研究表明，在赣江最高洪水位49.30m和正常水位46.00m的水位组合情况下，采取拟定的防渗布置，同赣隔堤的堤身堤基水头势均得到较好控制。堤身上游新填黏土将起着防渗斜墙的作用，其中的渗流水头势基本接近于赣江水位，水头势为48～49m，但是，其下右侧壤土及砂壤土中的渗透压力迅速降低。同赣隔堤以内的同江防护区区域，在抽排控制水位40.00m时，防护区广大区域地下水位均能控制在40.00～40.50m以下，垂直防渗体发挥出显著效果。在垂直防渗体下游侧，以1+080附近的堤段内侧基础透水性大，地下水最易抽排，相应的渗透压力小些。堤基总渗流量约为5727m3/d。
（1）各典型剖面的渗流梯度分布表明：①防渗墙的渗流梯度总体在12～16，满足抗渗稳定性要求；②防渗帷幕的渗流梯度总体平均小于6，局部最大达到9～13，主要出现在与防渗墙连接部位；③新填覆盖黏土的渗流梯度局部达到6～7，主要出现在防渗墙顶部附近区域，对防渗墙顶部构造作适当断面扩大，以增大与新填黏土的接触面积延长渗径，则抗渗稳定性满足要求；新填黏土的平均渗流梯度约3～4，依一般黏土的抗渗性类比，能够满足渗透稳定控制；④浅部覆盖层的渗流梯度分布显示，无黏土及砂壤土体的渗流梯度值普遍小于0.05，砾质土的渗流梯度多小于0.15，局部最大值约1.8～2.8。
（2）对同赣隔堤基础深槽部位的防渗墙深度进行比较，当防渗墙底高程从-28.00m抬高至-23.00m时，同江防护区内的地下水位稍有升高，水位抬高0.3~0.5m；当防渗墙底高程抬高至-20.00m时，由于防渗墙未完全拦截中强透水覆盖层，渗流场分布充分显示出防渗墙下游侧水头分布的急剧变化。同赣隔堤内坡脚至同江防护区的250m范围，将引起地下水位的迅速升高，地下水位达40.50~41.50m，地下水位相对于初拟控制的40.00m抬高值达1.0~1.5m。因此，防渗墙应封闭覆盖层的中强透水层至-23.00m及以下。
（3）通过堤基覆盖层土体的渗流梯度分析比较，结合堤基的渗透稳定性，建议同赣隔堤基础深槽部位的防渗墙布置，以深入弱透水层的深度不小于3~5m为好。
0.2.8 鱼道布置研究
过鱼设施是一个涉及水利、生态、生物、环境、地理、水文等众多学科的系统工程，一个成功的过鱼设施在取得良好的过鱼效果的同时必然也取得了工程综合效益。过鱼设施主要为鱼道、仿自然通道、升鱼机、集运鱼设施和鱼闸。针对本工程水头、地形地貌、过鱼对象等因素，采用鱼道过鱼设施。在设计中重点研究如何能够在较短的距离达到稳定且满足鱼类需求的流速和流态。
本工程主要过鱼对象为“四大家鱼”（青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼）及赤眼鳟和鳡鱼，因此过鱼设施内部设计流速应根据“四大家鱼”的临界流速（持续速度上限值）确定。经研究，鱼道隔板过鱼孔设计流速为0.7～1.2m/s，这样的流速可以满足“四大家鱼”的上溯需求。通过在鱼道底部适当加糙，降低底部流速至0.7~1.1m/s，使一些体形较小或游泳能力相对较弱的鱼类可以通过。同时，鱼道设计过程针对过鱼对象进行诱鱼、监测等研究。
鱼道监测系统2016年9月投入运行。自9月10日至10月23日，监测到的过鱼种类主要包含鳜、大眼鳜、银鲴、鳊鱼、黄颡鱼等13种鱼。鱼道游入游出鱼数共计55090尾，其中：9月共计40298尾，10月共计14792尾，按日计算每日过鱼数量为1252尾。游出数量32115尾：小鱼（鱼长20cm以下）15217尾，中鱼（鱼长20~50cm）15649尾，大鱼（鱼长50cm以上）1249尾；游入鱼数共计22975尾：小鱼12616尾，中鱼9733尾，大鱼626尾。鱼道过鱼数量基数比较大，过鱼效果比较好。过鱼效果表明，峡江鱼道监测系统设计先进合理，通过鱼道将工程建设对鱼类资源的不利影响降至最低。
[1] 1亩≈667m2。