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攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

中國是一個水電開發大國,在金沙江、雅砻江、瀾滄江等西南水系建立了13個水電基地,規劃建成的小灣、溪洛渡、錦屏等百萬級千瓦水電站讓世界都為之驚歎。

在金沙江的下遊,“四大水利天王”是聞名全國的骨幹級水電站。其中,向家壩和溪洛渡分别于2012年和2013年下閘蓄水,烏東德水電站也在2021年正式投産發電。至于萬衆矚目的白鶴灘水電站,目前也已進入收尾階段,預計2022年12月建設完工。

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白鶴灘大壩

屆時,長江上遊的這四大梯級電站将聯合發揮作用,有望為下遊的三峽水庫解決“心頭隐患”。

全國第二大水電站:溪洛渡水電站

金沙江是長江的幹流,從攀枝花到宜賓河段全程約780公裡,落差729米,山地丘陵綿延不絕,急流險灘交替出現,發電優勢無與倫比。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

從位置上看,溪洛渡位于下遊的第三個梯級,它的建造規模也是達到了全國第二,僅次于長江的三峽水電站。

溪洛渡水電站總裝機1386萬kw,年均發電量約571億度,蓄水8年來累計發電量超過4000億度。這些電力是大陸“西電東送”工程的重要支撐,左右岸電站分别主送浙江和廣東。由于溪洛渡水電站位于四川、雲南的界河上,是以在發電方面也兼顧了川滇兩省的用電需求。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

溪洛渡水電站

水電站主體由攔河壩、發電廠房、洩洪、排沙、供水等水工建築物組成,最大壩高285.5米,屬于300米級高拱壩,大壩頂部弧長698.07米;左右兩岸的發電廠房埋設在地下,分别安裝了9台發電機組,地下洞室群規模龐大;最大下洩流量5萬m³/s,水流速度高達50m/s。

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以上三個方面反映出溪洛渡水電站的建造難度是非常大的。首先,300m級高拱壩的建造是一個世界難題,背後要考慮到地質條件、樞紐布置、洩洪耗能、混凝土的品質控制等多個關鍵技術。其次,廠房的修建需要挖掘龐大的地下隧道,水準埋深300~450米,垂直埋深340~480米,工程量非同小可。最後,大壩坡面要克服高速流量帶來的巨大壓力,不僅要求混凝土抗壓防滲透,在溫控防裂方面也必須要得到控制。

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以最後提到的溫控防裂問題為例。2010年大壩澆築的混凝土為159萬m³,單月最大澆築量達到了17萬m³,如果不做處理,必然會産生極大的化學熱。工程人員為解決這一難題,在原料上重點選擇了發熱量低、線膨脹系數小的混凝土配合比,改善了抗裂性能。為保證澆築溫度均在12℃以下,施工機關事先對出骨料先進行二次風冷降溫,再通過加片冰、制冷水攪拌等措施控制溫度。

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最大的挑戰是在5~9月份這一高溫時期,此時還需要嚴格控制澆築的時間段,當倉内溫度高于23℃時,需及時加強倉面噴霧以降低環境溫度,并通過預埋水管通制冷水的方式進行冷卻。以上任何一個環節有疏漏,都有可能會給壩體安全帶來不利影響,工程挑戰超乎想象。

溪洛渡水電站的作用

溪洛渡水電站是中國的超級工程,它所發揮的作用自然也是非常巨大的。

在建設定位上,溪洛渡水利樞紐以發電為主,同時具有防洪、改善航運等效益。蓄水後,向家壩、三峽大壩的水量能得到穩定供應,可提高枯水期的蓄水水位,是以下遊的水電站也是受益者。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

在發電方面,溪洛渡水電站連續多年完成了600億度的年發電目标,截至2020年9月,發電累計已突破4000億度。這到底是什麼概念呢?四川省在2019年的社會用電總量為2636億度,按照這一标準來看,4000億度電能保證四川全省使用一年半!

更令人振奮的是,在2021年“金沙江四兄弟”中的烏東德(4台機組)和白鶴灘(6台機組)也已經開始發電,這使得金沙江成為了長江乃至世界水電站分布最密集、規模最大、發電能力最強的地區之一!

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除了發電,溪洛渡工程在長江防洪中再助一臂之力,主要可以解決四川江段的防洪問題。在正常水位下,溪洛渡水庫的總庫容為126.7億m³,幾乎控制了整個金沙江約96%的流域面積,其中有46.5億m³的庫容專門用于防洪。

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2020年8月中旬,長江中上遊流域遭遇罕見強降雨,岷江、沱江、嘉陵江水位上漲明顯,四川、重慶迅速釋出了I級防汛響應。根據長江水利委員會的決定,溪洛渡水電站在六天内共攔蓄了13億m³洪水,減輕了宜昌段幹流的防汛壓力。

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具體來說,防洪作用主要展現在兩大方面:第一,可以在汛期提前截流,減少了進入三峽水庫的洪水量,起到了遠端分洪削峰的作用。第二,溪洛渡水庫下遊不遠處就是川江,距離防洪目标地點很近,通過和下遊的向家壩以及上遊的白鶴灘聯合排程,可以大大減小宜賓、重慶、泸州等近處城市的防洪壓力。

最容易被忽視的貢獻:攔沙效益

溪洛渡水電站還有一大貢獻很容易被人們忽視,那就是攔沙效益。

長江的水文特征不同于黃河,泥沙淤積并不是影響水庫運作年限的首要因素。但是作為國家級水庫,泥沙淤積始終是妨礙長期運作的一大隐患,對于三峽水庫尤其如此。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

截至2020年,三峽庫區内的淤積泥沙量已經達到19.77億噸,按照多年平均1.3億噸的來沙量計算,2021年的淤沙量估計已突破20億噸。這些泥沙主要來自上遊的幹支流,尤其是在金沙江溪洛渡壩址,每年的輸沙量就有2.47億噸,貢獻了三峽庫區泥沙量的47%。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

溪洛渡水庫泥沙淤積觀測圖

蓄水後,上遊水庫群的效益開始凸顯出來,大部分泥沙都被提前攔截,這是三峽水庫入庫沙量一年比一年少的主要原因。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

在2014~2018年,科研人員對溪洛渡水庫的攔沙效應進行了研究,這段時間内庫區内淤沙已經達到了4.36億m³,相當于占據了3.8%的庫容。

專家估計,溪洛渡水庫運作60年後,三峽的入庫沙量比正常狀态可減少34%以上,屆時将大大減輕三峽水庫的泥沙淤積隐患。

對于上遊水庫中的泥沙,又該怎麼處理?理論上是可以适當利用的。2020年發表在《水利發展》上的一篇報告也指出:長江上遊部分水庫泥沙淤積嚴重,個别庫容的損失率已超過50%,在滿足開采條件的庫段内,可以考慮适當開采利用,既可以增加有效庫容,又能創造可觀的經濟效益。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

在庫區中部,泥沙成分以中粗泥沙為主,可采用射流沖吸式或自吸式管道排沙,沉沙分選後再用作建材;對于庫前的細泥沙,篩選後可用于改良土壤;對于庫尾處的粗泥沙,則可以直接用采砂船采砂,非常友善。當然,開采方式一定要科學合理,嚴謹評估環境影響,要從根本上差別于“非法采砂”、“過度采砂”。

截流蓄水對生态有何影響?

金沙江自古以來就是長江土著魚的重要栖息地。在上世紀80年代,下遊河段調查的魚類多達141種,但在梯級水電站開發後,漁業資源也受到了一定影響。根據2008~2011年的調查,下遊的魚類僅剩下了78種,這種變化其實是有預見性的,在其他水電站也是如此。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

金沙江魚類生态習性分布

在溪洛渡水庫及壩下,有不少魚類都屬于珍稀物種,比如達氏鲟、長薄鳅、長絲裂腹魚、金沙鲈鯉等等。水庫運作以來,土著魚的種類、數量呈現出減少的趨勢,一些喜歡生活在溪流淺灘或者具有洄遊習性的魚類減少幅度最大。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

為了減少生态影響,三大措施“力挽狂瀾”:

偏向生态的設計理念。溪洛渡水電站在修建之初做了詳細的生态規劃,采用了分層取水的設計方式,将下洩水溫提高了約1℃。據調查,金沙江大多數魚類隻有在水溫達到18℃以上時才開始産卵,提高下洩水溫對于土著魚的繁殖具有重要意義。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

金沙鲈鯉/圖源雲嶺先鋒網

生态排程也是保護魚類的一大法寶。生态排程側重于在魚類的繁殖期創造出有利的繁殖條件。比如四大家魚,其受精卵要漂流兩三百公裡後才能孵化,為創造出這一水文條件,溪洛渡、向家壩、長江三峽聯合排程,成功引發“人造洪峰”,起到了人工助産的作用。2019年,宜都江段的家魚産卵量達到了30億枚,是2011年的120倍,這說明生态排程确實發揮了催産作用。

攔沙功臣!溪洛渡蓄水8年發電超4000億度,對三峽水庫有啥貢獻?

增殖放流的力度越來越大。長江上遊的土著魚日漸式微,但人工增殖放流卻方興未艾。胭脂魚、長薄鳅、達氏鲟等珍稀物種成重點放流對象,這是目前最主流的保護手段。可以說,金沙江在水電開發中也兼顧了對生物資源的保護,這為中國水電站的建設提供了一個參考典範。

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