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三峡大坝是怎么防洪的,它有可能被超大洪水冲垮吗?

钟铭聊科学发布时间:2020-07-09 12:24:14

  自古以来,我国的长江、黄河就像是难以被驯服的野马一样,每隔一段时间都会对两岸人民造成严重影响。黄河之所以容易发生水患,是因为黄河的泥沙较多,当泥沙沉积在下游后会导致下游形成地上河而决堤。

  但长江的水患和黄河不同,长江流域大多位于副热带季风区,降雨量大,且80%的水量集中在汛期,属于雨洪河流。长江流域平均每10年发生一次较大的洪水灾害,每一次发生超大洪灾,都会严重威胁当地人的安全,给当地经济造成严重损失。

  为了解决这个问题,也为了能够更好地利用长江水资源,我国决定在长江修建一个堤坝,虽然在我们看来三峡大坝的主要功能是发电,但其实它的主要功能是防洪。

  三峡大坝全轴长2309米,坝顶高185米,坝顶的宽度为15米,大坝底部的宽度为126米。三峡大坝属于混凝土重力坝,主要依靠大坝自身的体重,来抵抗上游水压以及其他载荷量并保持大坝的稳定。

  而如此巨大的大坝,对混凝土的需求非常大。

  混凝土的制作需要用到水泥、骨粉以及水等。而水泥和水相遇后会向外散发热量,如果热量还未散发殆尽就将其制作成大坝,那么大坝表面和内部的温度将会不一,内部会向外在散发热量的同时导致大坝受热膨胀而裂开。

  在过去,工程师们在修建大坝时,会边修建,边冷却,但这样速度非常慢。胡佛大坝的总设计师是个急性子,为了加快大坝的进度,他将水管埋藏在大坝之中,使用冰冷的河水冷却内部的温度,等到大坝建成之后,再将混凝土灌进到水管中,自然冷却后就可以得到一座坚固的大坝。

  三峡大坝没有采用这样的设计,而是在制作混凝土的过程中,将冰块与水泥一起搅拌,冷却大坝的温度。在施工时,使用喷雾车进行喷雾,这是因为喷出的水雾可以减少太阳光线直射到工程项目中,我们知道混凝土的比热容较小,受到阳光照射时很容易升温,减少太阳光线直射可以防止大坝温度升高。

  就这样,三峡大坝解决了水泥遇到水后发热的问题。这样修建的大坝能够抵御上流水流的压力,防止大坝倒塌。

  三峡大坝的结构从右到左分别是:右岸非溢流坝段、右厂房坝段、泄洪坝段、左厂房坝段、左岸非溢流坝段,升船机等。

  我们知道水坝坝顶高度是185米,但其实水坝的正常蓄水位是175米,枯水期最低消落水位是155米,防洪限制水位是145米。

  也就是说,如果在汛期三峡大坝的水位超过145米,那么三峡大坝就会打开中间的泄洪坝段进行泄洪,泄洪是指水不经过发电站直接流向下游。前段时间三峡刚刚泄过一次洪水,当时的三峡水库水位只有147米多一点,但为了有足够的库容迎接接下来的汛期降水,三峡大坝开启了两个深孔加大泄洪,出库水量从原来的每秒2.5万立方米,提升到每秒3.5万立方米。

  其实,泄洪口是非常有讲究的,如果你看过三峡大坝泄洪的照片,你会发现三峡大坝泄洪时,水会向上发射。

  之所以水会向上发射,是因为泄洪口有一个挑角。这样设计,其实是源于一次水坝决堤的教训。

  泄洪口的设计

  1889年,美国宾夕法尼亚州连续暴雨24小时,导致当地的水库水位上升,很快就超过了大坝的总高度。

  当大坝完全被洪水淹没后不久,大坝就决堤了,导致水库中的水瞬间倾泻而下,在短短45分钟内就向下游排出了2千万吨洪水,使得下游小镇瞬间被淹没。

  后来,人们研究了大坝决堤的原因,发现是因为洪水从大坝上方落下来时,高度会增加水的势能,导致洪水携带的能量冲击大坝前面的地基,当地基被冲毁后,大坝就会向前倾倒而解体。

  为了避免美国宾夕法尼亚州水坝的悲剧,之后的大坝在修建时,会在泄洪口增加一个挑角,这样当洪水从泄洪口流下时,因为挑角的存在使得水会形成涡旋,消耗大部分水的势能,此时水的能量就不足以破坏大坝前方的地基,从而保证大坝不会倒塌。

  科学家们在设计三峡大坝时,是本着万年工程来修建的,这并不是说三峡大坝要使用一万年,而是大坝要能够承受流量超过12.23万立方米/秒的洪水,此时允许三峡大坝的主体工程不受影响的情况下,其他设备可能会出现影响。

  而千年一遇的工程是指,三峡大坝在9.88万立方米/秒的流量的冲击下,三峡工程各项工程、设施不受影响,可以照常发电。

  这些标准的设计,是科学家们根据我国长江流域的历史资料计算而来的。在设计大坝时,科学家们除了对大坝的每一个结构,每一个排水孔等做了严密的设计;还运用了无数的演算和实验,考虑了众多的综合因素才设计修建了三峡大坝。

  虽然目前长江流域降雨量较多,但流量范围仍在三峡大坝的设计范围之内,不会对三峡大坝造成较大的影响。

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