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三峡水库淤沙20亿吨 运行寿命多少年?
发布时间:2022-07-18 23:42:39

三峡大坝是万里长江上建设规模最大、影响最深远的世界级大坝,坝体全长3335m,坝高181m,蓄水水位连续10多年达到175m,蓄水总库容达393亿m³,由此产生了可观的航运、发电、灌溉、供水以及生态效益。

2003年6月,三峡大坝首次下闸蓄水,至今已经稳定运行20年,综合效益不可谓不显著。作为世界瞩目的超级大坝,三峡大坝为保长江太平起到了“定海神针”的作用。但围绕着大坝的结构,国内也产生了很多疑问,其中讨论最多的就是坝身的坚固性问题,以及水库的使用寿命问题

三峡大坝到底有多坚固?

三峡大坝是已建成的“世界第一大坝”,其工程质量事关国计民生,与长江中下游的防洪调度能力直接相关。在论证的前期,三峡工程就被确定为了国家一级建筑工程,在水利水电行业被划分为I等大(1)型工程,达到了行业标准的最高等级。


三峡大坝在长江流域的位置示意图

为确保大坝固若金汤,工程人员采取了多种措施,首先就是保证坝基的稳固。经过一系列的比选,三峡大坝的坝址最终被定为三斗坪坝址,位于湖北宜昌的三斗坪镇。坝址的地质基础为刚性地块,坝基为花岗岩成分,岩体均一 、完整,力学强度高,不存在活动性的断裂以及中、强震的发震构造,地质环境颇为稳定。

据国家地震部门鉴定,三峡工程所在区域的地震基本烈度为VI级,而工程建造的抗震设计标准高达VII级。这是什么概念呢?在坝区,VII级地震在10000年一遇的概率下才可能出现!由此可见,三峡大坝坝基稳固,地质安全性很高。

大坝是否结实耐久,坝基条件只是前提,关键还是取决于工程建造的质量,强度高、性能佳的优级材料必不可少。

三峡大坝是钢筋和混凝土的混合结构,2309m的拦河大坝和483m的泄洪坝全线浇灌,金属总耗材26.6万吨,混凝土消耗量2794万m³,均创下了世界第一。从工程规模上看,三峡大坝无愧于“中国第一坝”的称号,堪称是长江干流的“中流砥柱”。

值得一提的是,三峡工程所选用的混凝土并非普通的混凝土,而是我国首次研发出的高强度混凝土:利用性能优良的I级粉煤灰作为掺合料,搭配高性能的外加剂以及质量分数4%的氧化镁中热水泥,既改善了混凝土的变形性能,又使其具备了低热性能和体积稳定性。

经过一系列的优化措施,混凝土的综合性能达到了最优水平,抗裂、抗渗、抗碳化、抗侵蚀、耐久性等指标均表现优异。而在浇筑期间,工程人员还首创了混凝土骨料的二次风冷技术,成功做到了温控防裂,基本破除了“无坝不裂”的魔咒(仅二期围堰期间出现了微小裂缝,多为0.1~0.3毫米,最宽仅1.25毫米)。

总之,三峡大坝本身就相当于一座加固型的山体,内部结构紧密,基础稳固,常规的武器对其只是“隔靴搔痒”,不足以造成太大损伤。更何况,大坝的最大基础宽度为134m,坝顶宽度也有40m,坝体庞大厚实,抗爆能力强,坚固性毋庸置疑。

三峡大坝的运行寿命究竟有多久?

根据材料的耐久度、坝身的坚固性来看,三峡大坝的使用年限究竟有多久呢?这是一个难以给出准确数据的问题,毕竟混凝土从发明(1824年)至今也只有200年的时间!

根据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》(SL654-2014),一级水利工程的设计使用年限为100年起步,水库的运行年限为150年,防洪、发电的年限为100年

当然,这一标准不能用来衡量三峡大坝的寿命,因为该坝的设计、建造、质检都远远高于现有标准,150年远远达不到三峡工程的“预期寿命”。

根据国家三峡建设管理委员会高级工程师的介绍,三峡大坝的建筑材料优中选优,建坝技术位于世界领先水平,正常的使用年限可达300年,实际还有望突破500年。当然,无论是150年还是500年,对于三峡大坝这样的世纪工程而言都不算多!

事实上,三峡大坝的运行年限受到很多因素的影响,自然和人为因素兼而有之。在自然因素方面,泥沙淤积、江水渗透、特大洪水冲击等都是潜在的威胁,但总体来说,背后的威胁微乎其微,均在三峡大坝的设计承受范围之内。

1,泥沙淤积远低于预估值。在建坝之前,宜昌站点的年均输沙量为5.3亿吨;自2003年三峡成库以来,年输沙量少则1亿吨以下,多则2亿吨以上,平均值仅为1.44亿吨。截至2021年12月,三峡库区的淤沙总量约为20.5亿吨,只占原先预估值的1/3左右,远低于初期设计值。所以,淤沙问题不足以对库区安全构成挑战。

2,大坝抗渗性能优越。三峡大坝具备优异的抗渗性能,通过采用低水胶比、降低用水量以及养护等措施,混凝土的内部抗渗等级大于W8,外部抗渗等级大于W10。试验结果也显示,大坝的抗渗等级全部都达到并超过了设计标准,具有很强的抗渗耐久性。

3,特大洪水的冲击也不足为惧。三峡大坝按照1000年一遇的防洪标准设计,10000年一遇的洪水加10%的校核,最大可抵御超过12万m³/s的洪水冲击。而1998年长江洪水的最大洪峰流量也只有6.3万m³/s,2010年的峰值为7万m³/s,2012年为7.12万m³/s,均低于三峡大坝的设计标准。

实际上,真正能对三峡大坝构成威胁的只有人为因素,比如:非常规武器的攻击。

不惧导弹攻击!三峡大坝如何确保长江安澜?

三峡大坝的安全防护问题历来备受关注,相关讨论此起彼伏。正如前文所言,三峡大坝本身就是一座铜墙铁壁,具有很强的抗爆能力,导弹等常规武器不足为惧。

在坝址的核心区域,还布置有两层“密不透风”的防御网,这是我国为确保工程安全而设置的安全屏障。据公开资料显示,第一张“天网”是反弹道导弹防御系统,第二张“天网”是大气层内的立体拦截系统,可排除各类导弹的威胁,确保三峡大坝安全无忧。

退一步讲,即便被导弹击中,凭借大坝自身的结构强度,最多也只能造成局部受损,对三峡水库的蓄水功能并无全局性影响。

据专家介绍,唯一能对大坝构成威胁的情况只有一种:坝体被核弹直接命中。当然,这种“前提”也不会发生,因为我国有强大的核威慑能力,敌方断然不敢轻举妄动,否则必将承受相应的后果。

再退一大步讲,如果三峡大坝真的遭到了核打击,坝体出现了大规模的溃口,这种情况就需要谨慎对待了:上游的洪水确实会威胁到长江下游的防洪安全。

三峡水库的正常蓄水水位为175m,库容量393亿m³,而我国在中下游两岸共设置了42处蓄滞洪区,有效蓄洪容积达589.7亿m³,是三峡总库容的1.5倍。通过合理调度,下泄的洪水就能被限定在局部区域内。

蓄滞洪区是长江防洪的最后一道底线,原则上要尽力避免启用。为此,一个有效的应对措施是提前下泄库水,最大泄洪能力可达7.12万m³/s,水位短时间即可降至135~145m的低水位。此时,对应的库容量仅剩170亿m³左右,即便大坝被破坏,造成的损失也将大大减小。

溃坝模拟试验结果显示,三峡大坝若采取预降水位分洪措施,坝下的最大受灾面积将减至3000平方公里,相当于1954年长江洪水受灾范围的4%。这一结果较为乐观,意味着洪水不足以影响到沙市的安全,藕池口至大通江段基本无虞。

值得一提的是,三峡水库的山谷也具备防洪削峰的能力。三峡水库是一个狭长的山谷型清水水库,库区长600多公里,平均宽度只有1.1公里,库型呈“线状”而非“圆盆状”,河道弯曲度大,江面蜿蜒曲折,对水流起到了很好的约束作用。

特别是在西陵峡江段,河道千回百转,岸线发育系数(SDI)很大。从莲沱至南津关分布有20km的峡谷,两岸山体陡峭,江面宽度只有200~300m,90度的大转弯多达3处,有效缓冲了江水流速,起到了天然的削峰效果。

模型试验也验证了这一点:当三峡大坝分别出现400m、700m以及1000m的缺口时,在宜昌南津关测得的最高水位基本相同,表明最大洪峰水位不受溃坝规模的影响。三峡水库河谷的缓冲优势,由此可见一斑。

总结

三峡大坝是我国水利工程的巅峰之作,工程规模为世界之最,设计、施工均高于国家标准,大坝的坚固性、耐久性、安全性均得到了保障。

对于三峡大坝的运行,自然因素的影响微乎其微,千年一遇的洪水也难伤其分毫。至于人为因素,其实也无需太过担心,我国为大坝打造了严密的“金钟罩”,对工程防护进行了严谨的安全论证和质量检验,足以确保长江安澜。