三峽水庫蓄水19年,為什麼入庫泥沙越來越少了?

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摘要:三峽大壩是我國最大的水壩,總投資2000多億元,在長江防洪體系中佔有舉足輕重的地位。自2003年下閘以來,三峽庫區蓄水已有19年,壩前形成了一個1084平方公里的超大型人工水庫,各種魚類有140多種,四大家魚、鯰魚、鯉鯽居多,堪稱長江水庫之最。三峽大壩為何不懼怕大洪水?總之,三峽庫區的泥沙淤積並不是威脅,離安全警戒線尚有一段距離。

三峽大壩是我國最大的水壩,總投資2000多億元,在長江防洪體系中佔有舉足輕重的地位。自2003年下閘以來,三峽庫區蓄水已有19年,壩前形成了一個1084平方公里的超大型人工水庫(三峽水庫),各種魚類有140多種,四大家魚、鯰魚、鯉鯽居多,堪稱長江水庫之最。

除了是個長江寶庫之外,三峽庫區還肩負著灌溉、防洪、航運、發電等興利任務,綜合效益顯著,是數一數二的國家級水利工程,同時也是國人心目中的驕傲。

三峽大壩為何不懼怕大洪水?

自然情况下,大壩所面臨的自然威脅主要有:

自然侵蝕(風蝕、溶蝕、冰凍等)

地質災害(地震、洪水衝擊等)

庫區卵石、泥沙的淤積

上面這些因素都能對三峽大壩造成不同程度的損傷和衝擊,其中溶蝕、地震等因素造成的破壞相對較小,冰凍造成的侵蝕也可以忽略不計。相比之下,洪水衝擊帶來的影響更大、更直接,巨大的水壓、水勢動能容易新增滲漏風險,考驗著三峽大壩攔洪、蓄洪以及洩洪的能力。

三峽大壩按照1000年一遇的洪水設計,10000年一遇洪水再加10%校核,設計擋水水位175m(也叫正常蓄水水位)。這一水位之上還有180.4m的校核擋水水位,對應的校核洪水流量為12.43萬m³/s

大家可以放心,上游洪水不足以威脅到三峽大壩的穩定運行。即便是1870年那場千年一遇的特大洪水,最大的洪水流量也不過10.5萬m³/s,和三峽水庫的設計洪水流量(9·8萬m³/s)相當,但還沒有達到12.43萬m³/s的校核洪水流量。水文學專家王浩也曾表示:再把1870年長江洪水的最大流量上調10個百分點,三峽大壩依然能固若金湯!

事實上,三峽大壩原本就是為防洪而生的,在修建之初,水利專家就對長江流域的歷史水文資料進行了充分的研究,反復調研,洪水隱患基本可排除。真正需要擔心的反而是建築物本身的壽命。

2014年1月26日,我國水利部發佈了《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規範》(SL 654-2014),《規範》中明確指出:

水庫一級建築物的合理使用年限為150年,發電建築物、供水水閘、堤防、供水泵站的合理使用年限為100年。

而三峽大壩從設計到選材再到施工,要高於國家標準,耐久度也優於普通的一級建築物。三峽工程採用了先進的混凝土澆築科技、創新了溫控防裂科技、優化了原材料與配合比,囙此建築物的使用壽命要遠高於150年,預期壽命可達300~500年。

三峽大壩

三峽水利樞紐工程由大壩、船閘、電站廠房以及升船機等一級建築物構成。“一級建築物”是什麼概念呢?根據我國發佈的《建築結構可靠度設計統一標准》(GB 50068-2001),一級建築要求最高的安全等級,設計、施工也均按照最高的建築標準實施,這是三峽大壩最基礎、最底線的工程要求。

在三峽水利的工程建築物中,受自然影響最大的當屬攔河壩洩洪壩。大壩壩基採用優質花崗岩,力學强度高,抗壓強度達到100MPa,變形模量為30~40GPa,為大壩主體打下了堅實的基礎。壩基上方則是100米高的混凝土重力壩,最大的看點就是混凝土

三峽工程所用的混凝土不僅具有抗凍、抗滲、抗侵蝕、抗裂等效能,總堿量也進行了大幅壓縮,能少則少。在水泥熟料中,含堿量要求不超過0.5%,粉煤灰的含堿量不能超過1%。整體上,每立方米混凝土僅含2.3kg堿,低於小於2.5kg的控制值,大大提高了混凝土的耐久度,抑制了堿骨料反應,延長了混凝土的壽命。

三峽工程首創了混凝土骨料二次風冷科技,盛夏時將攪拌樓生產出的混凝土全部預冷至7℃,並在混凝土中預埋冷卻管通水冷卻,對每個部位的混凝土都實行精細化溫控管理,較好地控制了混凝土內部的最高溫度;同時,採用保溫性能良好的聚苯乙烯泡沬板進行大壩表面的永久性保溫。

從設計和施工的角度來看,攔河壩和洩洪壩綜合性能優良,施工標準高於國家一級標準,保證了這一世界性工程的長期使用。

入庫泥沙為何越來越少了?

和其他自然因素相比,三峽庫區的泥沙淤積最容易被忽視,但其潜在危害絕對不容小覷,黃河流域的三門峽、小浪底水庫就是例證。2003~2019年的《長江泥沙公報》顯示,每年進入三峽庫區的泥沙量不超過3億噸,多數年份穩定在1.6~2.5億噸的區間內,而排沙量最多只有1億噸左右,多年平均排沙率只有21%。

這裡的排沙率是衡量水庫排沙程度的量化名額,排沙率越高,泥沙淤積速度就越慢。當排沙率大於100%時,沖沙速度大於淤積速度,庫區泥沙减少,實現清淤。對三峽庫區而言,20%左右的排沙率意味著進5噸沙就會淤積4噸。

值得欣慰的是,三峽庫區的泥沙淤積速度很慢,在17年間僅淤積了18.4億噸的泥沙,不足20億噸,遠小於當初所涉及的階段論證值。尤其是從2013年開始,入庫泥沙呈斷崖式下跌,2015年達到了最低點,入庫泥沙量僅有0.32億噸,是2005年的13%。

背後的原因主要有兩點。

第一是上游各省市開始重視植樹造林,水土保持初見成效。現時,長江水土保持基本實現全流域覆蓋,土壤流失量减少了60%以上。

第二則是長江上游新建了很多大型電站,比如向家壩水電站於2013年7月投入運行,溪洛渡水電站也於2014年6月投入運行。上游水庫也都有各自的攔沙庫容,幫助三峽庫區分擔了一部分沙量。

總之,三峽庫區的泥沙淤積並不是威脅,離安全警戒線尚有一段距離。但即便如此,日常的維修和維護也至關重要。只有精心維護,定期進行安全檢查,發現隱藏問題並及時修復,才能保證大壩安全運行,延長使用年限。

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