洪水會讓三峽大壩發生位移嗎?水利專家這樣說
2020年08月02日22:12

  原標題:洪水會讓三峽大壩發生位移嗎?

  7月中下旬以來,長江上遊連續迎來洪水。洪水來襲對三峽大壩有什麼影響?會否發生如外界盛傳的位移?相關部門又是如何對大壩安全進行監測的?新京報記者為此專訪了相關水利專家。

▲2020年07月27日,湖北宜昌,洪水通過三峽大壩。
▲2020年07月27日,湖北宜昌,洪水通過三峽大壩。

  受長江上遊流域嘉陵江、岷江、沱江、烏江、涪江和三峽區間等區域強降雨影響,7月26日14時,三峽水庫入庫流量達50000立方米每秒,迎來長江2020年第3號洪水。27日14時洪峰流量達到60000立方米每秒。

  按照水利部長江水利委員會最新調度令,三峽樞紐工程按照38000立方米每秒控泄,攔洪削峰36.7%,為長江中下遊減輕防洪壓力。而在此前的18日8時(長江第2號洪水),三峽入庫流量上漲至61000立方米每秒,出庫流量33000立方米每秒,攔洪率達45.9%。

  洪水來襲對三峽大壩有什麼影響,會否發生如外界盛傳的位移?又是如何對大壩安全進行監測的?新京報記者為此專訪了中國大壩工程學會常務理事、中國工程院院士王浩,中國水力發電工程學會副秘書長張博庭。

  三峽大壩起到了削峰作用

  新京報:每次洪峰來襲,三峽大壩都會起到一定的削峰作用。比如7月18日的攔洪率是45.9%,這意味著什麼?

  張博庭:攔洪率就是把入庫的洪水一部分攔截下來,攔截下來的流量與入庫流量的一個比率。比如今年的2號洪峰(18日8時入庫量是61000立方米每秒)進入三峽水庫,攔洪率是45.9%,也就是說有45.9%的洪水被攔在了三峽水庫里,所以泄洪量是33000立方米每秒。

  新京報:攔洪率是怎麼定的?

  張博庭:三峽大壩到底要攔洪多少,是一個系統問題,需要綜合考慮上、下遊的情況,以及庫容量。三峽大壩每次的攔洪率變化還是挺大的,有時攔得多,有時又攔得少。但是攔洪率定多少,由不同層級來定,比如入庫量洪水低於30000立方米每秒的,由三峽集團自己調度;高於30000立方米每秒的,則需要長江委定,超過56700立方米每秒的則需要國家防汛抗旱總指揮部來決定。

  新京報:為何三峽大壩不能一次性把洪水全攔住?

  張博庭:實際上,三峽大壩也經常會一次性把洪水全攔住。比如在降水量不是很大的年份,三峽通常是全年都不泄洪,這說明所有的洪峰都百分之百被攔下了。然後,通過增加發電流量,把洪水下泄。入庫量約50000立方米每秒左右的洪峰,持續一天大約能入庫43億的水量,但如果機組全開,泄水量也約有27億立方米。

  然而,三峽大壩不可能總是將所有洪水攔下,尤其是在降雨豐沛的年份。因為三峽庫區的總庫容量393億立方米,防洪庫容量是221.5億立方米,而三峽大壩上遊全年來水有4500億立方米左右,三峽庫區的防洪庫容量不足上遊來水總量的5%。因此,在豐水的年份,三峽大壩在汛期通常只能實現對每一次洪峰進行削峰作用,而不能將全部洪水攔住。

  新京報:與葛洲壩、小浪底相比,三峽大壩的攔洪率算什麼水平?

  張博庭:這個沒有可比性。因為葛洲壩是一座徑流式水電站,小浪底主要通過集中泄洪來調節下遊的泥沙,調水調沙的作用是主要的,也起一定的防洪作用。每個水庫承擔的主要功能不一樣,因此沒有太大的可比性。

  一定要比較的話,可以與美國胡佛大壩比,但是胡佛大壩的攔洪率基本上相當於100%。胡佛大壩的庫容相當於科羅拉多河全年徑流量的2倍多,所以胡佛大壩完全有能力什麼時候來洪水都可以全部攔下。下遊需要用水時再放水,不需要就不放。

  三峽大壩在汛期比枯水期還更安全

  新京報:像2號洪水入庫量相對較大,這對三峽大壩的壩基安全有什麼影響嗎?

  王浩:2號洪水是今年入汛以來抵達三峽的最大洪水,還未達到千年一遇的標準,屬於三峽正常運行範圍。從曆史上2500年以來的洪水資料考證,長江最大洪水發生在1870年,洪峰流量為105000立方米每秒。三峽大壩的設計洪水標準是千年一遇,對應洪水流量為98800立方米每秒,遇到設計標準洪水,三峽大壩正常運行。在遇到“萬年一遇再加10%”的洪水時,洪峰流量達124300立方米每秒,大壩壩前水位180.4米,距離壩頂還有4.6米,大壩仍能安全、正常宣泄洪水。

  張博庭:現在網絡上說洪水來了會影響三峽大壩的壩基安全,事實上不是這樣。洪水來的時候,大壩反而是安全的。為什麼這麼說呢?因為洪水來的時候,三峽大壩要騰出庫容來應對上遊來水,實現對每次洪峰來臨時的削峰功能。三峽庫區的水位都比較低,一般都不高於160米。倒是冬天、春天長江枯水期時,三峽大壩要蓄水抗旱,庫區水位高,一般都要達到175米。這時候大壩壩頂段的位移比洪水期的時候反而要更大一些,結構的受力也要相應的更大一些。因此,枯水期三峽大壩的安全性都沒問題,洪水期更沒有問題了。

▲2020年07月27日,湖北宜昌,攝影師聚焦洪水通過三峽大壩。
▲2020年07月27日,湖北宜昌,攝影師聚焦洪水通過三峽大壩。

  三峽大壩是安全性極高的混凝土重力壩

  新京報:為什麼三峽大壩能夠做到安全無虞呢?

  王浩:由於三峽大壩採用的是混凝土重力壩,是超載能力最強的壩型,具有很高的安全性,不怕洪水漫壩,世界建壩史上尚沒有混凝土重力壩發生漫壩後潰決的先例。在極端情況下,洪水超過124300立方米每秒,即使發生漫壩,也不會發生垮壩事故。此外,三峽大壩有23個深泄洪洞和22個表面泄洪洞,可以有效地釋放洪水,從而保持壩體的安全。

  新京報:混凝土重力壩是即便有一個地方裂開了口子也不會潰壩?

  張博庭:對,混凝土重力壩的特點就是哪怕裂開一個口子,也就那個口子泄水。它就相當於關不上閘門,不會導致垮壩。混凝土重力壩是安全性非常高的一種壩型,它是靠自重和基礎產生的摩擦力來對抗上遊來水的壓力。每個壩段都可以獨立的成立。因此,洪水對於三峽這樣的大壩來說基本上構不成威脅。當然,混凝土重力壩對地基條件要求非常高,而三峽大壩所在地滿足建設混凝土重力壩的條件。因此只要條件符合,在重要的河流上一般都是優先建設混凝土重力壩。

  新京報:混凝土重力壩的混凝土強度也是非常高?

  王浩:三峽大壩所使用的混凝土具有高耐久、高抗裂、施工性能優良的特性,蓄水運行17年以來,內部的混凝土中水泥、粉煤灰仍然在不斷水化,混凝土強度還在不斷增長,混凝土的設計強度為25兆帕,到目前已增長到43兆帕。從國際上看,1936年建成的美國胡佛大壩,設計強度為25兆帕,1994年墾務局鑽芯測試芯樣平均強度為50兆帕,曆經80多年運行,混凝土強度仍在增強。三峽大壩壩底寬、混凝土方量大,水化反應將在很長時間內持續發生,大壩混凝土強度還將持續增長。

▲2020年07月26日,湖北宜昌,洪水通過宜昌城區。人們在江邊釣魚。
▲2020年07月26日,湖北宜昌,洪水通過宜昌城區。人們在江邊釣魚。

  三峽壩體位移指標均在設計允許範圍內

  新京報:三峽大壩發生位移是正常現像嗎?

  王浩:任何物體在重力和外部荷載的作用下都會發生變形。三峽大壩在自重作用、水推力和溫度荷載等作用下發生沉降和水平位移是符合重力壩規律的,現實發生的變形也是在設計允許的合理可控範圍之內。事實上,這點變形很難肉眼觀察,沒有監測數據我們很難發現。

  新京報:大壩發生位移主要受哪些因素影響?

  張博庭:主要受上遊來水壓力的影響。位移的發生主要在壩頂端,因此是越往壩頂,位移發生的幅度越大,越往壩基方向越是難以發生位移。而且一般越是洪水期,大壩的位移反而越小。

  新京報:為什麼會這樣呢?

  張博庭:因為現在洪水期三峽大壩的上、下遊水位差距不大,受力較小所致。在冬天、春天,長江枯水期,三峽大壩上下遊側的水位差比較大,因此位移也會大一些。換句話說,從大壩的形變和位移上看,三峽大壩在長江的汛期比枯水期還更安全。

  新京報:有觀點說,大壩位移還受熱脹冷縮的影響。

  張博庭:熱脹冷縮也是有影響,但影響很小。因為壩段之間有伸縮縫,是由防水材料製成的伸縮縫。要是沒一點縫,那受熱膨脹了以後就得把壩擠開了。

  新京報:從目前來看,三峽大壩位移幅度有多大?

  王浩:根據監測數據,三峽大壩壩體沉降趨穩,壩基垂直最大位移26.69毫米,上下遊方向水平最大位移4.63毫米;壩頂上下遊方向水平位移受水位和溫度影響週期性變化,最大位移28.70毫米。三峽樞紐工程質量檢查專家組的結論是“從監測數據來看,三峽壩體位移幅度符合規律並且各項指標均在設計允許範圍內”。三峽大壩自2010年蓄水至175米高水位運行10年以來“各建築物工作性態正常,工程運行安全可靠”。

▲2020年07月23日,湖北宜昌,三峽大壩泄洪。
▲2020年07月23日,湖北宜昌,三峽大壩泄洪。

  全方位監測保障三峽大壩安全

  新京報:三峽大壩的安全考核指標都有什麼?

  張博庭:安全考核指標實際上有很多項。公眾擔心的主要是潰壩,但對一個水電站來說,安全考核指標就很多了,比如滲流量,細微的滲流是允許存在的,但如果達到一定程度就是不合格了。

  新京報:我們是怎麼來觀測和知道這些變化的?

  王浩:我們在三峽大壩工程施工過程中同步埋設了三大類14個項目的儀器監測點共12087個,這些儀器迄今保持了99.8%的完好率。就安全監測措施的門類和覆蓋率、運行十多年後內部觀測儀器的完好率以及數據處理的自動化水平,三峽大壩都是首屈一指的。

  此外,三峽工程還建設了規模大、功能齊全的流域水雨情監測系統,報汛站達到了1401個,控製長江上遊流域面積約58萬平方公里,實現了對流域內水雨情和水庫信息的快速收集、存儲和處理;建立了一套完備的氣像水文預報系統,流域水文氣象預報預見期達7天,24小時流量預報精度平均超過98%,通過預測預報和提前預泄,能確保避免洪水漫壩。

  張博庭:不只三峽大壩,我們國家所有重要的大壩都裝有很多的自動觀測監測設備。而且監測數據不僅大壩所屬公司掌握,國家能源局大壩安全監察中心等相應機構也都實時掌握變化數據。我們國家在這方面的自動化程度已經比較高,今後將逐步實現全國重要的水電站實時監測。

  新京報:除了自動監測,我們對三峽大壩這種大壩還會進行定期檢測吧?

  王浩:黨和國家高度重視三峽工程的質量和安全,在工程建設全過程監理的基礎上,國務院專門成立了三峽工程質量檢查專家組,從施工建設期開始到現在,每年至少兩次到工程現場進行全面檢查,並直接向國務院提交質量檢查報告。

  張博庭:我們國家對所有重要的大壩都有定期安全檢測的要求。國家對三峽工程的安全,更是十分重視。國務院的三峽工程質量檢查專家組每年都會對三峽工程進行檢查。這個專家組人數今年是15人,都是各個領域最具權威的專家。比如首任組長是潘家錚院士(編者註:他主持了中國幾十座大壩的設計與建設,是三峽工程論證和建設的專家委員會主任),現在是陳厚群院士(編者註:他先後主持完成了三峽、劉家峽、小浪底和溪洛渡等大型工程的結構抗震研究,為解決重大工程問題提供了科學依據)。按照三峽大壩當初分頭論證的內容來分別檢查。

  新京報:對於大壩的監測能力,我國處於什麼水平?

  張博庭:應該說不僅與國外沒有什麼差距,而且,我們可能還是領先的。因為我們國家的大壩多數都是後來建設的,所以水平比較高,監測自動化的水平也比較高。

  新京報記者 肖隆平 實習生 裘星

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