三峽泄洪時,水流從壩體孔洞高速噴出,流速能達(dá)到35米每秒,沖擊力堪比12級臺風(fēng),大量江水沖天而起再落下,場面十分壯觀。
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但大壩始終穩(wěn)固,沒有被沖壞,核心原因是大壩的壩型設(shè)計、材料質(zhì)量、泄洪消能結(jié)構(gòu)、超高防洪標(biāo)準(zhǔn),再加上完善的監(jiān)測與調(diào)度體系,多重保障疊加,讓大壩能輕松抵御泄洪沖擊與洪水壓力。
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先從大壩本身的結(jié)構(gòu)說起,三峽大壩是混凝土重力壩,這是目前世界上最穩(wěn)固、耐沖擊的壩型之一。
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整個壩體全長2309.5米,最大壩高181米,壩頂高程185米,全部用2689萬立方米混凝土、29萬噸鋼筋以及59.3萬噸鋼材澆筑而成,整體像一個巨大的實心三角形,底部寬、頂部窄,完全依靠自身巨大的重量穩(wěn)穩(wěn)壓在河床的基巖上。
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重力壩的工作原理很簡單,就是靠壩體自重和地基之間的摩擦力,對抗上游江水的水平推力,每個壩段相對獨立,就算局部出現(xiàn)小范圍損傷,也只會影響單個壩段,不會出現(xiàn)整體潰壩的情況。
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而且三峽大壩選址在湖北宜昌三斗坪,這里的基巖是堅硬完整的花崗巖,地質(zhì)條件極佳,能穩(wěn)穩(wěn)承載壩體的重量,也能抵御水流的長期沖刷,從根基上保證了大壩的穩(wěn)定性。
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再看大壩的材料質(zhì)量,三峽大壩用的混凝土不是普通混凝土,而是專門定制的高強(qiáng)度混凝土,設(shè)計初期抗壓強(qiáng)度就達(dá)到25兆帕,而且這種混凝土有個特殊特性,就是不怕水浸泡,反而會在水中持續(xù)硬化,抗壓能力越來越強(qiáng)。
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根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù),蓄水17年后,大壩混凝土的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)提升到43兆帕,遠(yuǎn)超當(dāng)初的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
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施工時為了避免混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫,工程師們在攪拌時加入冰塊降溫,施工現(xiàn)場持續(xù)噴灑水霧控溫,還采用了分塊澆筑、預(yù)留伸縮縫等技術(shù),打破了以往水利工程“無壩不裂”的魔咒,建成20多年來壩體幾乎沒有出現(xiàn)影響安全的裂縫。
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壩體里的鋼筋和鋼材也都經(jīng)過特殊防腐處理,能抵御長江江水的長期侵蝕,閘門、船閘等關(guān)鍵部位的鋼材更是加厚加固,比如泄洪孔的閘門能承受巨大的水壓,開啟關(guān)閉都穩(wěn)定可靠。
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泄洪時水流沖擊力極強(qiáng),三峽大壩能安然無恙,最關(guān)鍵的是泄洪消能的設(shè)計。
大壩設(shè)有23個泄洪深孔和22個泄洪表孔,總共45個泄洪孔,這些孔洞不是隨意開設(shè)的,深孔寬7米、高9米,表孔寬12米、高8米,尺寸和位置都經(jīng)過精密計算,分布在壩體中部的泄洪壩段,能均勻分散水流,避免局部受力過大。
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泄洪時,水流從孔洞噴出,不會直接沖擊壩基和下游河床,而是采用“倒三角斜坡+挑流”的設(shè)計,在泄洪道末端設(shè)置了消力塊、趾墩等混凝土結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)會把高速水流強(qiáng)行向上拋向高空,水流在空中會被打散成無數(shù)小水滴和水霧,和空氣劇烈摩擦,消耗掉絕大部分動能。
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原本沖擊力極強(qiáng)的水流,經(jīng)過空中消能后,速度大幅降低,最后落在距離壩基近百米遠(yuǎn)的下游河道里,完全避開了壩體和壩基區(qū)域,自然不會對大壩造成沖刷破壞。
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2020年長江遭遇特大洪峰,三峽水庫入庫流量達(dá)到75000立方米每秒,大壩開啟11個泄洪孔泄洪,挑流消能結(jié)構(gòu)就完美發(fā)揮作用,穩(wěn)穩(wěn)化解了水流沖擊。
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三峽大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)極高,這也是它不會被沖壞的重要原因。大壩按照千年一遇的洪水設(shè)計,洪峰流量98800立方米每秒,按照萬年一遇再加10%的洪水校核,校核流量達(dá)到124300立方米每秒。
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長江有水文記錄以來,最大洪水發(fā)生在1870年,洪峰流量約10.5萬立方米每秒,遠(yuǎn)低于大壩的校核標(biāo)準(zhǔn)。也就是說,就算遇到歷史上從未出現(xiàn)過的超大洪水,大壩主體結(jié)構(gòu)依然能保持安全。
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而且大壩的泄洪能力極強(qiáng),45個泄洪孔全部開啟時,最大泄洪流量能達(dá)到每秒10.25萬立方米,能快速把上游來水排往下游,避免水庫水位過高、壩體承受過大水壓。
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每年汛期來臨前,大壩還會提前把水庫水位從175米降至145米,騰出221.5億立方米的防洪庫容,相當(dāng)于1500個杭州西湖的水量,提前緩沖洪水壓力,不會等到洪水來了才被動應(yīng)對。
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除此之外,大壩還有完善的監(jiān)測體系和科學(xué)調(diào)度機(jī)制。壩體內(nèi)部安裝了超過1.2萬個監(jiān)測儀器,涵蓋應(yīng)力、應(yīng)變、滲流、位移、溫度等多個監(jiān)測項目,24小時不間斷采集數(shù)據(jù)。
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任何細(xì)微的變形、滲漏或者異常情況,監(jiān)測系統(tǒng)都會第一時間發(fā)出預(yù)警,工作人員能及時處理,把隱患消除在萌芽狀態(tài)。
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在洪水調(diào)度上,三峽大壩采用風(fēng)云衛(wèi)星、超級計算機(jī)等技術(shù),提前精準(zhǔn)預(yù)測上游洪峰的流量、到達(dá)時間,誤差不超過30分鐘。調(diào)度時會根據(jù)洪水大小,分級開啟泄洪孔,控制下泄流量,既保證大壩安全,也避免下游河道水位暴漲引發(fā)災(zāi)害。
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截至2024年,三峽大壩累計攔洪超過2100億立方米,多次成功抵御大洪峰,始終保持安全穩(wěn)定運行。
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綜合來看,三峽大壩不是靠硬扛抵御泄洪和洪水沖擊,而是從壩型、材料、消能結(jié)構(gòu),到防洪標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測調(diào)度,形成了一套完整的安全保障體系。
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每一個設(shè)計細(xì)節(jié)都經(jīng)過反復(fù)論證和計算,每一項技術(shù)都采用行業(yè)最高標(biāo)準(zhǔn),再加上嚴(yán)格的施工質(zhì)量和日常維護(hù),才讓這座世界最大水利樞紐,在堪比12級臺風(fēng)的泄洪沖擊下,始終穩(wěn)如泰山,持續(xù)發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運等巨大效益,成為名副其實的大國重器。
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