作者 | 一安電流，電力從業(yè)人員

　　作為清潔能源的主力軍，水電一直以來被寄予厚望,水電多了，或許霧霾就少了。在四川會東縣和云南祿勸縣交界的金沙江河道上，有這樣一座水電站，它是中國在建第三大水電站，計劃于2020年實現(xiàn)首批機組發(fā)電，2021年全部機組投產(chǎn)發(fā)電，建成后將成為中國第四、世界第七大水電站，它，就是烏東德水電站。

　　（烏東德工程上游面全景）

　　烏東德水電站是金沙江下游河段四個梯級水電站（其他三位按照江水流向分別是白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站）的最上游一級，裝機容量1020萬千瓦，兩岸將各安裝6臺單機容量85萬千瓦的水輪發(fā)電機組，預估平均年發(fā)電量約389.1億千瓦時。

　　這是什么概念呢？2018年，北京全社會用電量累計為1142.38億千瓦時，也就是說一個烏東德可以供應(yīng)北京2018全年用電量的34%，堪稱“高產(chǎn)”。

　　（金沙江下游四大水電站）

　　烏東德水電站主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電建筑物三大部分組成。擋水與泄水建筑物均為混凝土雙曲拱壩，另外岸邊泄洪洞輔助泄洪，混凝土雙曲拱壩，河床建基面高程718米，壩頂高程988米，最大壩高270米，底厚51.41米，建成后將成為世界最薄的300米級雙曲拱壩。

　　（一）為什么要選金沙江做梯級水電基地？

　　金沙江地處喜馬拉雅火山地震帶，頻繁的地殼運動造就了諸多高山深谷，也造就了金沙江水位落差巨大、水能資源豐富的獨特優(yōu)勢。

　　從中國國情來看，70%的水電資源都集中在西南，這一地區(qū)正處在印度板塊向亞洲板塊的擠壓帶，同時天然峽谷與水資源也在這里產(chǎn)生，相伴相生。而修水電站就是要利用淹沒土地少、水庫大的峽谷優(yōu)勢，就是要選擇高山峽谷作為壩址；而高山峽谷從地質(zhì)構(gòu)造成因來說，多半是在火山地震帶上，也就是說建水電站多半都繞不開抗震的問題。

　　（世界火山地震帶）

　　但是綜合來看，金沙江占據(jù)著巨大的水能資源，其蘊藏量達1.124億千瓦，約占全國的16.7%，可開發(fā)水能資源達9000萬千瓦，其水能資源的富集程度堪稱世界之最，所以在這里建梯級水電，是相當劃算的。

　　目前，金沙江全流域共計劃開發(fā)27級水電站，數(shù)量之多令人嘆為觀止，從四川攀枝花至宜賓的下游河段四級水電站（開篇提到的那四位），裝機總?cè)萘肯喈斢?個三峽水電站。

　?。ㄩL江主干流域梯級水電站分布圖）

　　烏東德水電站所擇壩址處于狹窄河谷，地形完整，構(gòu)造簡單，巖體質(zhì)量優(yōu)良，是國內(nèi)難得的優(yōu)良高拱壩壩址。

　?。?）拱壩寬高比小，大壩安全性高

　　烏東德拱壩寬高比接近1比1，也就是壩頂河谷的寬度與壩高的幾乎一樣，這種大壩承受的水推力小，安全性高；另一方面，大壩體型較薄，便于施工質(zhì)量控制。另外，烏東德拱壩最大厚度僅50米，平均只有40多米，體型薄，施工也相對容易。

　?。?）壩址的地形地質(zhì)條件優(yōu)越，有利于防震抗震

　　烏東德水電站地處西南地震高發(fā)區(qū)，大壩抗震水平的高低直接決定了電站的質(zhì)量水平。

　　在烏東德預可行性研究階段，水電工程抗震專家陳厚群院士談到烏東德水電站的抗震設(shè)計時表示，因為烏東德水電站壩址河谷非常窄，兩岸的巖石也很完整，地形比較對稱，其地震強度屬于中等水平，這在西部眾多高壩當中是十分罕見的。

　　經(jīng)過計算分析，在地震工況下，烏東德水電站的拱壩中高部拉應(yīng)力比上下游大部分水電站的應(yīng)力都要好。從抗震角度來講，烏東德壩址具有天然優(yōu)勢，適合建高拱壩。

　　（二）世界最薄的雙曲拱壩建造難在哪兒？

　　都說中國是“基建狂魔”，基建搞起來又快又好，沒有任何困難能夠難倒中國的工程師們，在修建大壩上，我們的技術(shù)也是世界一流的。

　　既然如此，那烏東德水電站這雙曲拱壩應(yīng)該也不在話下吧？事實是，這次又碰上了一塊“硬骨頭”，偏偏我們就愛挑戰(zhàn)自己。

　　首先說說為什么建雙曲拱壩，這種大壩適用于地勢險要、江面不十分寬闊但落差大的地形地貌，在一般大型水電工程中很少采用。由于壩體垂直看一面呈弧形，水平看壩底也成弧形，故名雙曲拱壩。

　　雙曲拱壩依靠水和壩體之間的物理作用形成壩的穩(wěn)定狀，可大大節(jié)省建設(shè)材料，建設(shè)烏東德大壩用混凝土約為三峽電站的五分之一。

　　（雙曲拱壩）

　　剛才我們已經(jīng)提到，在這里建水電站，抗震抗洪是繞不開的問題，在陡峭山壁建壩如何防震防洪呢？

　　施工人員提出了“靜力設(shè)計、動力調(diào)整”的體形設(shè)計方法，以較小代價即可顯著增大抗震能力。該方法的基本思路是：按非地震工況優(yōu)選一個基本體形，即“靜力設(shè)計”體形；在“靜力設(shè)計”體形基礎(chǔ)上，調(diào)整優(yōu)化約束條件，得出一組體形，再逐一進行動力計算，得到符合預期要求的體形。

　　在泄洪方面，烏東德水電站采用壩身和岸邊聯(lián)合的泄洪方式，利用深水墊及硬巖橫向谷較好的邊坡條件以簡化消能泄洪方案，最終大壩采用壩身5個表孔、6個中孔、岸邊3條泄洪洞的聯(lián)合泄洪方案，取得了良好效果。

　　除了抗震抗洪外，由于烏東德大壩的“纖細身材”需要承載起千萬級特大型水電站的蓄水需求，所以它面臨的第二個，也是主要的挑戰(zhàn)來自壩體內(nèi)部——防裂縫。

　　壩越薄，抗裂縫的能力越差，一旦裂縫壩就會漏水就會失去作用。為預防開裂，壩體需要保持連續(xù)上升，大壩澆筑的每一個單元澆筑間隔不能超過14天，但是壩址所在為干熱型河谷，環(huán)境溫度高，內(nèi)外溫差極易導致混凝土裂縫。

　　為有效控溫，工程采用了新研發(fā)的智能通水2.0系統(tǒng)對大壩混凝土進行通水冷卻，開創(chuàng)了實時控溫、自動控制、精準把控的新模式，完美實現(xiàn)了澆筑無縫大壩的目標。

　　烏東德水電站壩址兩岸岸坡陡峭，為狹窄“V”型河谷，大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高270米?？紤]到壩體有5個表孔、6個中孔，岸邊還有3條泄洪洞，結(jié)構(gòu)復雜，金屬結(jié)構(gòu)安裝與混凝土澆筑又交叉進行，適合布置纜機澆筑混凝土。

　　烏東德水電站遇到的第三個問題就是，高山深谷如何進行纜機布置。

　　（河谷兩岸高程圖與低位方案纜機平面布置圖）

　　從高程圖來看，左岸緩臺與右岸緩坡對稱分布不同，緩臺與緩坡相對高差達70米，故需對兩岸纜機平臺調(diào)節(jié)研究，以獲得最優(yōu)纜機布置。施工人員根據(jù)兩岸地形地質(zhì)條件，結(jié)合投資、效率與安全考慮，最終選取運行效率高、投資適中、適應(yīng)性好的低位方案作為大壩纜機布置方案。

　　該方案沿山脊布置纜機平臺，貼合電站進水口布置和傾向上游的緩坡地形，以最小開挖量保證了大壩的正常施工。

　　（三）建造梯級水電站對生態(tài)有什么影響？

　　毫無疑問，建造梯級水電站會對生態(tài)環(huán)境造成一定影響，因為梯級水電站的本質(zhì)就是將水能豐沛的一段河流圍起來，圈成“湖”，最終該段河流的生態(tài)就會演變成類湖泊的一種生態(tài)系統(tǒng)。

　　科學研究表明，水壩上游因為水速較緩，營養(yǎng)物質(zhì)容易富集沉淀，容易滋生水草、藻類，而水壩下游的魚類無法洄游，種群繁衍也受到了影響。但是，是否因此便真的有必要放棄水能這種易得的清潔能源呢？我們應(yīng)該理性看待這個問題，相信并尋求一種既能滿足人類社會能源需求又能最小程度干擾自然生態(tài)的處理方式。

　　烏東德大壩建立在水流落差最大的上游位置，對魚類洄游影響不太大，且大壩設(shè)置的眾多泄洪孔洞也最大程度維持了河流的生態(tài)原貌。

　　烏東德水電站選址處周圍人口也比較稀少，不用大量遷徙人口，1萬千瓦僅需遷移40多人，在此建壩對陸地生物的生存環(huán)境影響也較小。

　　綜合考慮，烏東德水電站及其領(lǐng)銜的梯級電站蘊含的巨大的能源價值將進一步推動社會發(fā)展，其建設(shè)的有益面大于不利面。

　　隨著技術(shù)的進步，未來我們將更好地建設(shè)與自然和諧共生的生態(tài)型建筑，這需要社會各界的共同努力。

　?。鯑|德水電站夜景）

　　結(jié)語

　　金沙江梯級水電站是代表著世界水電最高水平的創(chuàng)新工程和智能工程，烏東德水電站大壩代表著中國筑壩技術(shù)的先進水平，面對復雜的氣候和地質(zhì)條件，烏東德水電站創(chuàng)造了諸項世界第一，樹立了中國水電工程技術(shù)領(lǐng)先世界的新標桿。

　　--------------------------------

　　[參考文獻]

　　1世界最薄300米級雙曲拱壩烏東德水電站泄洪洞進水塔全線封頂，http://www.hb.chinanews.com/news/2018/0929/311048.html

　　2世界上最薄特高拱壩——烏東德水電站大壩整體澆筑過半，http://news.bjx.com.cn/html/20181029/937398.shtml

　　3探訪金沙江兩大在建水電工程：“智造”大國重器，http://news.bjx.com.cn/html/20181008/931978.shtml

　　4中國是世界拱壩大國也是世界拱壩強國——在《特高拱壩建設(shè)總結(jié)及安全運行管理研究》會議上的發(fā)言，[期刊論文]朱伯芳,ZHUBofang-《水利水電技術(shù)》2017年2期

　　5國內(nèi)難得的優(yōu)良高拱壩壩址——院士談烏東德水電站

　　[期刊論文]周雙超,王波,劉鑫,ZHOUShuang-chao,WANGBo,LIUXin-《四川水力發(fā)電》2010年3期

　　6烏東德大壩施工纜機布置方案研究，[期刊論文]王翔,梁仁強,翁永紅,WANGXiang,LIANGRenqiang,WENGYonghong-《水利水電技術(shù)》2014年1期

　　7烏東德水電站拱壩壩基巖體松弛特征研究，[期刊論文]王吉亮,許琦,黃孝泉,郝文忠,楊靜,魏雨軍,周炳強,徐磊,WANGJiliang,XUQi,HUANGXiaoquan,HAOWenzhong,YANGJing,WEIYujun,ZHOUBingqiang,XULei-《資源環(huán)境與工程》2017年4期