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在建规模世界第一 白鹤滩水电站都有哪些黑科技?

新萄京娱乐手机版知道,世界上规模最大的水电站,是总装机容量2250万千瓦的三峡电站。那世界上第二大的水电站在哪里呢?答案是:也在中国。

转载自网易资讯学院(we_know_media)

出品| 网易资讯

编辑| 须臾千秋

准确地说,它就在三峡大坝的上游不远处,它就是总装机容量1600万千瓦的白鹤滩水电站。

一条江上真的容得下两座这么大的水电站吗?请容新萄京娱乐手机版细细道来。

(一)不算不知道,整个长江竟然蕴藏着八个三峡

长江,尤其是上游的金沙江落差很大,水量丰沛,蕴藏着数不尽的水能资源,水电富集程度居世界之最。经计算,中国西南的长江水系中可供开发的水电总量可以达到8个三峡的总装机容量。

在中国金沙江水电基地的规划中,在三峡以上的流域中共规划了20座大大小小的水电站,将金沙江变成了一个水库连接一个水库的平湖。整个梯级开发成功后,金沙江上游藏川段丰富的水能资源将借助超高压或特高压电网通过四川转送华中、华东电网,成为中国“西电东送”的主力,为中国的去煤化和环境保护做出巨大贡献。

(长江干流剖面图)

这其中,白鹤滩水电站就是最大的一座。

它位于云南省巧家县大寨镇与四川省凉山彝族自治州宁南县六城镇交界的白鹤滩,上游与乌东德梯级电站相接,下游尾水与溪洛渡梯级电站相连,是金沙江下游河段四个梯级开发的第二级,也是发电量最大的一级。

白鹤滩水电站的拦河坝为混凝土双曲拱坝,高289米,坝顶高834米,顶宽13米,最大底宽72米。相比起宽达2308米的三峡大坝,白鹤滩大坝显得十分狭窄,水量也与三峡大坝有着明显的差距。但金沙江巨大的落差使得等量的水在这里蕴藏着更加巨大的能量,看起来小小的白鹤滩水电站却拥有着接近三峡大坝的发电能力。

可以说,在金沙江开发水电,效率高得惊人。

(二)发电量接近的三峡和白鹤滩水电站,为何形状却大不相同?

三峡水电站和白鹤滩水电站,作为两个发电量接近的电站,形状看起来却完全不同。

三峡大坝是一条笔直的大坝,两侧很宽,又矮又长,横截面是一个直角梯形。而白鹤滩大坝则看起来又薄又高,全坝呈水平的拱形,凸边面向上游,两端紧贴着峡谷壁。

是什么造成了这种区别呢?

原来,三峡大坝和白鹤滩大坝,恰好是两类最重要水坝的典型代表:重力坝和拱坝。

水坝的两侧水压不均,上游压力大,下游压力小。随着两侧水高度差的增加,这种压力差往往能达到十几个大气压之多。水坝要想正常工作,就必须平衡这一巨大的压力差。其中,重力坝是依靠坝体自重产生的压力来抵消水压力的,而拱坝则是借助于拱的形状将水压传递给两侧的岩体。

相对而言,重力坝的结构冗余度较大,因此比较安全可靠,耐久性好,可以抵抗渗漏。即使发生洪水、地震、战争等灾难对水坝造成了破坏,只要你没有把坝体移走,那么被破坏后完全失效的重力坝残骸也仍然拥有挡水的能力,不会瞬间发生泄洪,对下游造成毁灭性的破坏。

对于三峡这一容不得半点闪失的国家重要枢纽工程,采用重力坝的坝体模式是十分科学的。尤其是长江在三峡段的江面十分宽阔,两侧也缺乏足够坚固的基岩可以传力,重力坝恰好可以应对这样的环境。

(重力坝示意图)

不过,对于白鹤滩水电站这样的大坝,重力坝的模式就显得不合时宜了。

白鹤滩水电站的落差很大,重力坝要想承担这么高的压力差,所需要的大坝体积将会极其惊人。这既造成极大的材料浪费,拖延工期,而且也对地基造成了巨大的压力。

而采用拱坝模式,则大大提高了坝体的利用效率,让大坝的每一处都能均匀受力,也大大减轻了地基的压力。此外,由于金沙江白鹤滩处水面狭窄,两侧的山体比较坚实,恰好能够承担拱坝传递过来的水压力。

(拱坝示意图)

在各种拱坝形式中,白鹤滩大坝属于形式最为科学的一类,叫做“双曲拱坝”。它的坝体为双曲面,受力模式最为科学,可以使拱坝的厚度减小、坝高增大。尤其是对于白鹤滩这样的V型河谷,可以有效地节省坝体材料,同时提高安全性。

(白鹤滩的V形河谷)

(三)位处滑坡段下游,白鹤滩水电站如何保证地质安全?

白鹤滩水电站所处的位置,地质条件还算稳定,但在其上游仅5公里处就是地质学中著名的金江滑坡。这是一处在四万五千年间经历了四次滑动破坏的滑坡体,其堆积体积达1.58亿立方米,平均厚度达56米。

金沙江中下游本来就处于印度洋板块与亚欧板块的碰撞断裂带上,这里地震频发,岩层破碎,很容易发生地质灾害。当受到地震或其它外界扰动时,这部分滑坡体是否会发生进一步变形,并对下游的坝体产生影响?(编辑  清华大学土木工程博士)


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