有人說三峽水壩應該修成拱形,應用雞蛋殼原理,這樣才能抵擋水的壓力。實際上大壩修建成哪種類型要考慮多方面因素,拱形壩利用拱形結(jié)構(gòu)把大壩受到的水壓傳遞到兩側(cè),適合狹窄的峽谷,經(jīng)濟實用。而類似三峽攔河大壩的重力壩是依靠大壩自身重量來阻擋水庫的水,壩體厚重,需要大量建筑材料。重力壩比拱形壩更結(jié)實。
大壩水庫水位“超過防洪限制水位x米”不必過于擔心。在汛期,水庫會提前把水放到防洪限制水位,以留出庫容迎接洪峰。比如三峽的正常蓄水位為175米,防洪限制水位是145米,那么“三峽庫區(qū)水位超防洪限制水位近2米”就是147米,距正常蓄水位都還有一段距離。
三峽大壩示意圖
“百年一遇”是一個統(tǒng)計出來的數(shù)據(jù),不是真的間隔100年才來一次,也有可能連著兩年來的洪水都達到百年一遇的水平。
今年長江流域的防汛形勢比較嚴峻,部分地區(qū)遭受了不小的損失,這期間也有各種消息充斥網(wǎng)絡(luò),有關(guān)于三峽的,也有關(guān)于洪水的。拱形壩一定比重力壩更堅固嗎?“百年一遇”的洪水真的是一百年遇到一次?我們一一來看。
一、大壩修建成哪種類型要考慮多方面因素,拱形壩并不比重力壩更結(jié)實
三峽的攔河大壩是混凝土重力壩,壩軸線全長2309.5米,主要由泄洪壩段、左右岸廠房壩段和非溢流壩段等組成。重力壩是依靠大壩自身的重量來阻擋水庫的水,壩體厚重,需要大量建筑材料。
有人說,“三峽水壩應該修成拱形,應用雞蛋殼原理,這樣才能抵擋水的壓力”。拱形建筑可以抗壓,這個很好理解。但是大壩修建成哪種類型,要考慮多方面的因素。
拱形壩是利用拱形的結(jié)構(gòu)把大壩受到的水壓傳遞到兩側(cè)。所以拱形壩更適合狹窄的峽谷,因為兩岸陡峭的石壁可以支撐結(jié)構(gòu)和應力。拱形壩比任何其他大壩類型都薄,因此它們所需的建筑材料要少得多,更經(jīng)濟實用。比如下圖位于四川省雅礱江(“礱”讀音同“龍”)干流下游河段的錦屏一級水電站大壩就是拱形壩。拱壩最大中心角約為93度,頂拱中心線弧長約為552米,計算可得拱壩跨度約為340米。這個跨度相對于三峽大壩的2300米,就顯得很小了。
重力壩要比拱形壩更結(jié)實,破壞拱形壩要比破壞厚重的重力壩容易得多。還是用雞蛋來舉例,雖然雞蛋可以承受很大的均勻的握力,但是集中力量打擊一點,很容易就能把整個雞蛋殼破壞掉。所以從戰(zhàn)略上講,重力壩更安全。
二、“超過防洪限制水位”不必過于擔心
新聞報道中常出現(xiàn)各種水位信息,比如防洪限制水位。有的人看到“超過防洪限制水位”的時候就擔心得不得了。這里就簡單解釋一下三峽水庫各個水位的含義。
首先要解釋一下這些水位是怎么測量的。水利水電工程中的水位均為海拔高度,所以在書寫時都不再注明“海拔高度”四個字。三峽水庫的水位采用的是以上海吳淞口海平面為零點的“吳淞高程”。比如防洪限制水位145米,就是說這個水位比上海吳淞口海平面高出145米,而不是水深145米。
三峽水庫水位示意圖
正常蓄水位175米,是指三峽水庫在正常運用情況下,為滿足興利除害的要求而可以蓄到的最高水位,是一個正常工作時的上限,實際的水位一般會比這個水位低。
防洪限制水位145米,是說在汛期的時候,水庫要提前把水放掉,讓水平面降低到145米,這樣就留出來庫容,以迎接將來的洪峰。這個水位可以這么理解:為了防洪需要,把水庫提前限制在145米的水位。比如前段時間的新聞報道說:“三峽庫區(qū)水位超防洪限制水位近2米”,意思就是當時三峽庫區(qū)水位大約是147米,這是一個很正常的水位,不用擔心。如果“三峽庫區(qū)水位超正常蓄水位近2米”,這才需要擔心。
也許有人會問,為什么不多放點水,甚至完全放空?首先,如果多放點水,三峽上游的水面過度下降,會影響電站基本運行,也會影響到上游船只航行,譬如船只擱淺,這些也是安全隱患。其次,如果對上游洪峰預測失敗,水庫已經(jīng)放光水了,但是沒有洪峰到來,到時候下游需要水的時候,水庫卻沒有水,這也是風險。還有長江沿岸居民的用水,農(nóng)作物的耕種用水,都是要考慮的因素。所以說,下降到哪個高度,不是簡單說說而已,要綜合考慮。
三、“百年一遇”不是“一百年才來一次”
“百年一遇”,“千年一遇”這些名稱其實是基于概率給出的。“百年一遇的洪水”是說,平均100年可以發(fā)生1次不小于這一量級的洪水,注意這里是平均100年出現(xiàn)1次,并非每100年出現(xiàn)一次。
我們舉例說明。一個水文站,記錄了100年的洪峰流量,把他們列在一個表格里,就可以看到洪峰流量和出現(xiàn)次數(shù)的關(guān)系。通過公式可以計算出某一個流量出現(xiàn)的概率。在我們描述洪水的時候,用流量(每秒多少多少立方米)表述的話,不直觀不形象,所以幾年一遇來代替。1%的概率對應的就是百年一遇,0.1%對應的就是千年一遇。
抗洪這件事既要空間上配合,也要在時間上配合。比如有人會問,為什么下游壓力大,三峽還泄洪?三峽不能完全關(guān)閘不放水,它也要考慮未來幾天的情況,應對未來要到達的洪峰。而且三峽放出來的水,也不是馬上就能流到下游的某個城市,它也需要時間。水流速度、泄洪時間都需要計算,實際情況要復雜得多,需要考慮的情況也很多。