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洪水会让三峡大坝发生位移吗?看看水利专家解答(图)

新闻来源: 剥洋葱people 于2020-08-01 4:00:48  提示:新闻观点不代表本网立场

7月中下旬以来,长江上游连续迎来洪水。洪水来袭对三峡大坝有什么影响?会否发生如外界盛传的位移?相关部门又是如何对大坝安全进行监测的?新京报记者为此专访了相关水利专家。



2020年07月27日,湖北宜昌,洪水通过三峡大坝。

受长江上游流域嘉陵江、岷江、沱江、乌江、涪江和三峡区间等区域强降雨影响,7月26日14时,三峡水库入库流量达50000立方米每秒,迎来长江2020年第3号洪水。27日14时洪峰流量达到60000立方米每秒。

按照水利部长江水利委员会最新调度令,三峡枢纽工程按照38000立方米每秒控泄,拦洪削峰36.7%,为长江中下游减轻防洪压力。而在此前的18日8时(长江第2号洪水),三峡入库流量上涨至61000立方米每秒,出库流量33000立方米每秒,拦洪率达45.9%。

洪水来袭对三峡大坝有什么影响,会否发生如外界盛传的位移?又是如何对大坝安全进行监测的?新京报记者为此专访了中国大坝工程学会常务理事、中国工程院院士王浩,中国水力发电工程学会副秘书长张博庭。 

三峡大坝起到了削峰作用



新京报:每次洪峰来袭,三峡大坝都会起到一定的削峰作用。比如7月18日的拦洪率是45.9%,这意味着什么?

张博庭:拦洪率就是把入库的洪水一部分拦截下来,拦截下来的流量与入库流量的一个比率。比如今年的2号洪峰(18日8时入库量是61000立方米每秒)进入三峡水库,拦洪率是45.9%,也就是说有45.9%的洪水被拦在了三峡水库里,所以泄洪量是33000立方米每秒。

新京报:拦洪率是怎么定的?

张博庭:三峡大坝到底要拦洪多少,是一个系统问题,需要综合考虑上、下游的情况,以及库容量。三峡大坝每次的拦洪率变化还是挺大的,有时拦得多,有时又拦得少。但是拦洪率定多少,由不同层级来定,比如入库量洪水低于30000立方米每秒的,由三峡集团自己调度;高于30000立方米每秒的,则需要长江委定,超过56700立方米每秒的则需要国家防汛抗旱总指挥部来决定。

新京报:为何三峡大坝不能一次性把洪水全拦住?

张博庭:实际上,三峡大坝也经常会一次性把洪水全拦住。比如在降水量不是很大的年份,三峡通常是全年都不泄洪,这说明所有的洪峰都百分之百被拦下了。然后,通过增加发电流量,把洪水下泄。入库量约50000立方米每秒左右的洪峰,持续一天大约能入库43亿的水量,但如果机组全开,泄水量也约有27亿立方米。

然而,三峡大坝不可能总是将所有洪水拦下,尤其是在降雨丰沛的年份。因为三峡库区的总库容量393亿立方米,防洪库容量是221.5亿立方米,而三峡大坝上游全年来水有4500亿立方米左右,三峡库区的防洪库容量不足上游来水总量的5%。因此,在丰水的年份,三峡大坝在汛期通常只能实现对每一次洪峰进行削峰作用,而不能将全部洪水拦住。 

新京报:与葛洲坝、小浪底相比,三峡大坝的拦洪率算什么水平?

张博庭:这个没有可比性。因为葛洲坝是一座径流式水电站,小浪底主要通过集中泄洪来调节下游的泥沙,调水调沙的作用是主要的,也起一定的防洪作用。每个水库承担的主要功能不一样,因此没有太大的可比性。

一定要比较的话,可以与美国胡佛大坝比,但是胡佛大坝的拦洪率基本上相当于100%。胡佛大坝的库容相当于科罗拉多河全年径流量的2倍多,所以胡佛大坝完全有能力什么时候来洪水都可以全部拦下。下游需要用水时再放水,不需要就不放。 

三峡大坝在汛期比枯水期还更安全 



新京报:像2号洪水入库量相对较大,这对三峡大坝的坝基安全有什么影响吗?

王浩:2号洪水是今年入汛以来抵达三峡的最大洪水,还未达到千年一遇的标准,属于三峡正常运行范围。从历史上2500年以来的洪水资料考证,长江最大洪水发生在1870年,洪峰流量为105000立方米每秒。三峡大坝的设计洪水标准是千年一遇,对应洪水流量为98800立方米每秒,遇到设计标准洪水,三峡大坝正常运行。在遇到“万年一遇再加10%”的洪水时,洪峰流量达124300立方米每秒,大坝坝前水位180.4米,距离坝顶还有4.6米,大坝仍能安全、正常宣泄洪水。

张博庭:现在网络上说洪水来了会影响三峡大坝的坝基安全,事实上不是这样。洪水来的时候,大坝反而是安全的。为什么这么说呢?因为洪水来的时候,三峡大坝要腾出库容来应对上游来水,实现对每次洪峰来临时的削峰功能。三峡库区的水位都比较低,一般都不高于160米。倒是冬天、春天长江枯水期时,三峡大坝要蓄水抗旱,库区水位高,一般都要达到175米。这时候大坝坝顶段的位移比洪水期的时候反而要更大一些,结构的受力也要相应的更大一些。因此,枯水期三峡大坝的安全性都没问题,洪水期更没有问题了。 



2020年07月27日,湖北宜昌,摄影师聚焦洪水通过三峡大坝。

三峡大坝是安全性极高的混凝土重力坝



新京报:为什么三峡大坝能够做到安全无虞呢?

王浩:由于三峡大坝采用的是混凝土重力坝,是超载能力最强的坝型,具有很高的安全性,不怕洪水漫坝,世界建坝史上尚没有混凝土重力坝发生漫坝后溃决的先例。在极端情况下,洪水超过124300立方米每秒,即使发生漫坝,也不会发生垮坝事故。此外,三峡大坝有23个深泄洪洞和22个表面泄洪洞,可以有效地释放洪水,从而保持坝体的安全。

新京报:混凝土重力坝是即便有一个地方裂开了口子也不会溃坝?

张博庭:对,混凝土重力坝的特点就是哪怕裂开一个口子,也就那个口子泄水。它就相当于关不上闸门,不会导致垮坝。混凝土重力坝是安全性非常高的一种坝型,它是靠自重和基础产生的摩擦力来对抗上游来水的压力。每个坝段都可以独立的成立。因此,洪水对于三峡这样的大坝来说基本上构不成威胁。当然,混凝土重力坝对地基条件要求非常高,而三峡大坝所在地满足建设混凝土重力坝的条件。因此只要条件符合,在重要的河流上一般都是优先建设混凝土重力坝。

新京报:混凝土重力坝的混凝土强度也是非常高?

王浩:三峡大坝所使用的混凝土具有高耐久、高抗裂、施工性能优良的特性,蓄水运行17年以来,内部的混凝土中水泥、粉煤灰仍然在不断水化,混凝土强度还在不断增长,混凝土的设计强度为25兆帕,到目前已增长到43兆帕。从国际上看,1936年建成的美国胡佛大坝,设计强度为25兆帕,1994年垦务局钻芯测试芯样平均强度为50兆帕,历经80多年运行,混凝土强度仍在增强。三峡大坝坝底宽、混凝土方量大,水化反应将在很长时间内持续发生,大坝混凝土强度还将持续增长。 



2020年07月26日,湖北宜昌,洪水通过宜昌城区。人们在江边钓鱼。

三峡坝体位移指标均在设计允许范围内 



新京报:三峡大坝发生位移是正常现象吗?

王浩:任何物体在重力和外部荷载的作用下都会发生变形。三峡大坝在自重作用、水推力和温度荷载等作用下发生沉降和水平位移是符合重力坝规律的,现实发生的变形也是在设计允许的合理可控范围之内。事实上,这点变形很难肉眼观察,没有监测数据我们很难发现。

新京报:大坝发生位移主要受哪些因素影响?

张博庭:主要受上游来水压力的影响。位移的发生主要在坝顶端,因此是越往坝顶,位移发生的幅度越大,越往坝基方向越是难以发生位移。而且一般越是洪水期,大坝的位移反而越小。

新京报:为什么会这样呢?

张博庭:因为现在洪水期三峡大坝的上、下游水位差距不大,受力较小所致。在冬天、春天,长江枯水期,三峡大坝上下游侧的水位差比较大,因此位移也会大一些。换句话说,从大坝的形变和位移上看,三峡大坝在长江的汛期比枯水期还更安全。

新京报:有观点说,大坝位移还受热胀冷缩的影响。

张博庭:热胀冷缩也是有影响,但影响很小。因为坝段之间有伸缩缝,是由防水材料制成的伸缩缝。要是没一点缝,那受热膨胀了以后就得把坝挤开了。

新京报:从目前来看,三峡大坝位移幅度有多大?

王浩:根据监测数据,三峡大坝坝体沉降趋稳,坝基垂直最大位移26.69毫米,上下游方向水平最大位移4.63毫米;坝顶上下游方向水平位移受水位和温度影响周期性变化,最大位移28.70毫米。三峡枢纽工程质量检查专家组的结论是“从监测数据来看,三峡坝体位移幅度符合规律并且各项指标均在设计允许范围内”。三峡大坝自2010年蓄水至175米高水位运行10年以来“各建筑物工作性态正常,工程运行安全可靠”。 



2020年07月23日,湖北宜昌,三峡大坝泄洪。

全方位监测保障三峡大坝安全



新京报:三峡大坝的安全考核指标都有什么?

张博庭:安全考核指标实际上有很多项。公众担心的主要是溃坝,但对一个水电站来说,安全考核指标就很多了,比如渗流量,细微的渗流是允许存在的,但如果达到一定程度就是不合格了。

新京报:我们是怎么来观测和知道这些变化的?

王浩:我们在三峡大坝工程施工过程中同步埋设了三大类14个项目的仪器监测点共12087个,这些仪器迄今保持了99.8%的完好率。就安全监测措施的门类和覆盖率、运行十多年后内部观测仪器的完好率以及数据处理的自动化水平,三峡大坝都是首屈一指的。

此外,三峡工程还建设了规模大、功能齐全的流域水雨情监测系统,报汛站达到了1401个,控制长江上游流域面积约58万平方公里,实现了对流域内水雨情和水库信息的快速收集、存储和处理;建立了一套完备的气象水文预报系统,流域水文气象预报预见期达7天,24小时流量预报精度平均超过98%,通过预测预报和提前预泄,能确保避免洪水漫坝。

张博庭:不只三峡大坝,我们国家所有重要的大坝都装有很多的自动观测监测设备。而且监测数据不仅大坝所属公司掌握,国家能源局大坝安全监察中心等相应机构也都实时掌握变化数据。我们国家在这方面的自动化程度已经比较高,今后将逐步实现全国重要的水电站实时监测。

新京报:除了自动监测,我们对三峡大坝这种大坝还会进行定期检测吧?

王浩:党和国家高度重视三峡工程的质量和安全,在工程建设全过程监理的基础上,国务院专门成立了三峡工程质量检查专家组,从施工建设期开始到现在,每年至少两次到工程现场进行全面检查,并直接向国务院提交质量检查报告。

张博庭:我们国家对所有重要的大坝都有定期安全检测的要求。国家对三峡工程的安全,更是十分重视。国务院的三峡工程质量检查专家组每年都会对三峡工程进行检查。这个专家组人数今年是15人,都是各个领域最具权威的专家。比如首任组长是潘家铮院士(编者注:他主持了中国几十座大坝的设计与建设,是三峡工程论证和建设的专家委员会主任),现在是陈厚群院士(编者注:他先后主持完成了三峡、刘家峡、小浪底和溪洛渡等大型工程的结构抗震研究,为解决重大工程问题提供了科学依据)。按照三峡大坝当初分头论证的内容来分别检查。

新京报:对于大坝的监测能力,我国处于什么水平?

张博庭:应该说不仅与国外没有什么差距,而且,我们可能还是领先的。因为我们国家的大坝多数都是后来建设的,所以水平比较高,监测自动化的水平也比较高。
网编:空问站

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