三峽大壩位於長江上游的湖北省宜昌市,是世界規模最大的水利樞紐,堪稱中國水利界的標杆之作。但從1994年動工開始,以大壩為中心的爭論就未曾中斷,樞紐的安全性遭到了諸多質疑。
特別是從2011年開始,三峽水庫首次蓄水至175m,總庫容達到了393億m³,猶如懸在荊江頭頂的「大水盆」,大壩的安全性也受到高度重視。一旦三峽大壩出現問題,下游的荊江大堤將首當其衝,後果不堪設想。
三峽大壩:曾被列為「打擊目標」,安全性究竟如何?
三峽大壩是長江的防洪利器,正常水位下的蓄水量占長江年徑流量的4%,蓄水面積達1084平方公里,保障樞紐大壩的蓄水安全向來是重中之重。
客觀來看,威脅三峽大壩安全的因素分為兩個方面,一是自然威脅,比如地震、洪水衝擊、風化侵蝕等等;二是人為威脅,比如炸藥、導彈乃至核彈攻擊。論危害程度,首先要警惕的就是人為威脅,彈藥破壞力巨大,有可能對大壩的防洪功能造成隱患。
2004年,不法分子曾將三峽大壩列為「軍事打擊目標」,並想方設法刺探相關情況,獲取關於大壩的情報信息。
例如在當年4月,三名行跡可疑的「遊客」被三峽庫區的警衛人員抓獲,3人身上不僅攜帶了大比例尺精細地圖,還帶有衛星定位系統、手槍等設備。在查獲的相機中,警衛還發現了大壩周邊的情景照片,這些信息不容小覷,有可能為精準制導武器的末端制導提供依據。
對於別有用心的非法活動,我國早有應對之策。在動工前的1959~1988年,工程部門就針對三峽大壩的化爆命中、核彈命中等進行了情景模擬,對滿庫狀態下400m、1000m的潰壩狀況做了200多次模擬試驗。最終,專家組得出了最穩妥的設計方案,可確保長江百年安瀾。
蓄水後,三峽大壩的安全性究竟如何?一言以蔽之:依靠壩體自身的結構強度,完全能抵禦導彈等常規武器的攻擊!能做到這一程度,和三個方面密切相關。
首先是壩型的選擇。三峽大壩的壩型是最為穩固、抗力最好的混凝土重力壩,壩體呈三角形斷面,大壩有多高壩底就有多寬。壩基底部寬124m,頂部寬度15m,攔河大壩軸線長2309.47m,壩高181m,體量巨大,混凝土的強度等級居世界首位,壩體極為穩固。
其次是穩妥的工程設計。為確保大壩安全,工程設計上採取了多種保險措施,比如:適當降低壩基的高程,在壩踵處設置齒槽以增加穩定性;在岩坡和廠房混凝土之間設置錨筋及接觸灌漿系統,使邊坡和廠房緊密相靠,增加抗滑能力;全程式控制制爆破,保證施工過程不影響建基岩體的完整性。
另外,壩址及上游的地質安全性也被納入了考量,上游近壩26km的河段不存在任何威脅樞紐的不穩定邊坡,地質結構穩定,核心區域不易發生地震,崩塌、滑坡體亦不會影響工程安全。
最後是高於標準的施工質量。三峽工程歷時12年才建成,材料的綜合性能高出了國家標準。以混凝土的抗凍性為例:三峽大壩並非寒冷區域,對抗混凝土的抗凍性要求不高,但為了提高耐久性(使用壽命),工程還是採用了高標號的抗凍混凝土,內部混凝土標號為F100,基礎混凝土為F150,其他部位為F250,遠遠高於實際的抗凍需求。
整體來看,三峽大壩就像是一座由鋼筋混凝土鑄成的銅牆鐵壁,樞紐規模大,結構強度高,完全擔得起蓄水、保水的重任,不用擔心安全的問題。
長江洪水會對三峽大壩構成威脅嗎?
隨著我國國力的不斷提升,人為因素的威脅遠比想像中更低,在我國強大的核威懾下,大壩受到導彈、核彈攻擊的可能性幾乎為零,這一點毋庸置疑。
可能有網友還是不放心:雖然人為威脅的概率很低,但是自然威脅卻幾乎年年發生,近年來長江幹流頻繁出現大流量的洪水過程,洶湧的江水是否會對大壩安全構成挑戰呢?
長江洪水的威脅也無需擔心,因為三峽大壩本身就是按照1000年一遇的防洪標準設計,加10%校核後可抵禦10000年一遇的超大洪水。從數據來看,三峽水庫的設計擋水水位是175m,可應對9.8萬m³/s的流量衝擊;校核擋水水位為180.4m,最大可應對12.4萬m³/s的流量衝擊。
這究竟是什麼概念呢?我們可以拿歷史上的長江大洪水做對比。水文資料顯示,長江記載的最大洪水發生在1870年,根據水文證據推演,當時的洪峰流量達到了10.5萬m³/s,確實超過了三峽大壩的設計擋水流量,但仍低於校核擋水流量。
在1954年、1998年,長江流域也出現了兩場大洪水,但峰值流量要小得多。據水文監測,前者在宜昌段的洪峰流量為6.68萬m³/s,後者的峰值流量則為6.33萬m³/s,都在三峽大壩的設計擋水流量之內。
事實上,2010年和2012年長江上游爆發的洪水規模更大,最大入庫流量達到了7~7.12萬m³/s,但造成的經濟損失卻微乎其微。究其原因,正是三峽大壩的洪水調蓄髮揮了作用。經過蓄洪削峰,三峽大壩出庫流量下降到4萬m³/s,縱然下荊江險灘眾多,但仍實現了安全度汛,並未出現漫灘災害。
自三峽大壩建成以後,長江防洪就有了「定海神針」,荊江的安全行洪標準從原先的10~20年一遇提高到了100年一遇。再通過荊江分洪區和三峽水庫的聯合運用,完全可抵禦千年一遇的洪水。
下荊江河道走勢圖
綜上可得出結論:千年一遇的長江洪水不會對三峽大壩構成威脅,至於萬年一遇的洪水,迄今為止還從未有過相關記錄。
三峽大壩蓄水近20年,為何越來越堅固?
三峽大壩不僅不怕長江洪水的衝擊、浸泡,反而還會隨著時間的延長越來越「結實」。
針對壩體強度的實際測試表明:三峽大壩混凝土的抗壓能力最初的設計值為25MPa,到2020年時,這一指標已上升到43MPa,提升72%,這表明大壩的抗壓能力越來越強。
為什麼蓄水時間越長,攔河大壩就越堅固呢?
首先在防水方面,混凝土的品質得到了加強。通過降低用水量、採用低水膠比、控制施工振搗和養護等措施,使內部混凝土的抗滲等級大於W8,其他等級大於W10,壩體因此具備了良好的密實性。
其次,混凝土在澆筑後會發生凝結硬化反應,時間越長,硬化水泥就越多,整體抗壓能力就越強。因此,三峽大壩不僅不懼怕長期浸水,反而會在100年之內越泡越堅固。
那從鋼筋和混凝土的性能來看,大壩的運行壽命有多少年呢?據專家介紹,從測試結果來看,「大壩的混凝土至少500年不會出現問題」。
這一結論確實有一定依據。根據三峽大壩結構混凝土的建造標準,水膠比低於0.45,碳化實驗測得28天的最大碳化深度只有1.26cm,這相當於自然環境中50年的碳化深度。結構混凝土的保護層厚度大於6cm,而要達到鋼筋的保護層厚度,自然碳化時間至少要500年以上。
總結
三峽大壩是世界上規模最大、綜合效益最高的大壩,也是中國最堅固、最安全的大壩。如今的三峽庫區也成為了長江新興的旅遊景點,600多公里的水庫正在成為長江的生態核心,魚蝦成群、水綠山青的場面正在顯現。
在長江的防洪、航運、發電、生態、供水等方面,三峽大壩都發揮著不可替代的作用。在嚴密的質檢、周全的防護下,這一百年工程必將為華夏子孫創造更大的財富。