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【南方+】解密珠江“三峡工程”:大湾区7000万人再添供水保障

崇山峻岭间,珠江奔流而过,一座超级工程如钢铁巨龙般横卧江面之上,经拦蓄后的滔滔江水,从泄水闸门奔涌而出。

日前,有珠江上的“三峡”之称的大藤峡水利枢纽工程顺利蓄水至52米高程,这是枢纽全面完工前允许运行的最高水位,标志着一期工程开始全面发挥综合效益。

中国水量第二大河珠江,自云贵高原发源后一路携川纳流、劈山穿谷,冲破最后一道关隘——大藤峡,奔向大海。国家172项节水供水重大水利工程中的标志性工程——大藤峡水利枢纽,就位于礁多水急、山峻峰险的峡谷出口。

预计在2023年全面建成后,大藤峡水利枢纽不仅将在珠江流域的防洪、航运、发电、水资源配置以及水生态治理等多个方面发挥效益,还将大大提升流域内应急调水能力,保障粤港澳大湾区约7000万人的供水安全。届时,通过联合上下游水库调度,不仅广西梧州市防洪标准可由50年一遇提升至100年一遇,珠江三角洲防洪标准也将由100年一遇提升至200年一遇。

大藤峡地理位置图

广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司(以下简称大藤峡公司)总工办主任严来光介绍,自2014年动工以来,为攻克建设难题,工程团队已累计开展41项专项科研试验研究,并在船闸输水系统、人字闸门底枢制造等多个方面实现了技术突破,创造了多项全国乃至世界纪录。

近日,记者跟随由水利部珠江水利委员会等组织的“幸福珠江行”采访团前往广西桂平,深入工程现场,直击大藤峡水利枢纽建设进展,解码这项超级工程背后的前沿水利技术。

   “这里的岩溶通道四通八达,建造大坝如在马蜂窝上动土”,大藤峡公司工程部副主任谢济安说,他们想了很多办法来克服基坑岩溶涌水的难题。

登上大藤峡一侧山坡的平台眺望,不远处的右岸二期工程围堰基坑里,一派繁忙景象:塔吊林立、吊臂起伏、焊花飞溅,工程车辆穿梭其中。左岸已建成的泄水闸、厂房、船闸等建筑物林立。

今年7月31日,位于左岸的一期工程全面投产运行。而在建中的右岸工期,则主要包括了右岸泄水闸、厂房、黔江主坝鱼道等。

左岸一期工程已基本完工,右岸二期工程正有序推进

大藤峡水利枢纽控制着西江流域56.4%的流域面积、56%的水资源量以及梧州65%的洪水量。而由泄水闸、电站厂房、船闸等组成的挡水建筑物,事关珠江流域防洪控制和工程供水保障能力的发挥。

谢济安告诉记者,大藤峡水利枢纽受地形、气候等自然条件影响,施工难度很大,其中岩溶涌水、高温多雨问题尤为突出。

从位于大藤峡上游库区的武宣乘船顺流而下,珠江两岸峰丛连绵、山高峡险,是典型的喀斯特地貌。

受地下水和地表水的溶蚀作用,地层岩溶发育。在这之上建大型水利枢纽工程,要面临岩溶边坡及地基稳定性弱、岩溶涌水、突泥及岩溶塌陷等一系列高难度挑战。

大藤峡船闸

船闸建设过程中岩溶涌水的惊心一幕,让谢济安记忆犹新:“当时遇上特大暴雨,河水水位上涨,造成岩溶通道漏水突增,对工程进度产生了一定影响。”

为克服基坑岩溶涌水的难题,一手抓勘查,一手抓灌填堵漏。一方面,建设团队通过勘察手段查清岩溶地质条件,除了常规试验,还尝试采用探地雷达、瞬变电磁法、电磁波CT、地震映像法等多种方法,通过示踪、声纳检测法查漏水通道。在团队的努力下,左岸一期工程,共揭露了8个较大溶槽、22个溶洞以及20多个岩溶涌水点和5条集中漏水通道。

另一方面,为解决不同类型岩溶难题,团队采取了针对性的灌填结合防渗处理方案。例如,对基坑表层及浅层溶洞、直接开挖,清除并冲洗干净后,用混凝土回填堵塞;对规模不大深层溶洞,进行帷幕灌浆;对较大的溶洞和漏水通道,则钻设大口径孔与洞穴连通,然后回填水泥沙浆或混凝土,达到一定强度后钻孔灌浆;如遇漏水流速大,则在浆液中掺入水玻璃等速凝剂,加投砂石等加速堵塞……

除了岩溶涌水,另一项摆在大藤峡建设团队面前的“世界性难题”,是大体积混凝土的温度控制。

大藤峡左岸一期工程

11月的大藤峡,阳光依旧炙热。这里高温高湿季节漫长,夏季平均气温可达28.6℃,极端情况下仓面温度更可能高达60℃。

“所谓‘千里之堤,溃于蚁穴’。温度的把控对于混凝土浇筑十分关键,如把握不好,一条小小的裂缝,就足以给大坝造成致命的伤害。”严来光说。

然而,自然气候条件的限制和工程规模大,无疑都让大藤峡的混凝土温控面临更大的挑战。按照工程计划,大藤峡工程混凝土浇筑达710万方,如果把这些混凝土做成宽、高各1米的长条,它的长度可以从北京到广州往返2趟。

对此,建设团队创新性地研发出了大体积混凝土智能温控系统。严来光介绍,通过骨料预冷以及混凝土内8000支数字温度传感器对出机口混凝土温度、混凝土运输、混凝土浇筑温度等全过程的温度信息自动感知和智慧通水冷却处理,大藤峡工程的混凝土温控达标率顺利达到了98%,有效确保了混凝土建筑的质量,并创造了月浇筑超25万方的历史纪录。

今年9月,二期工程顺利完成了首个坝段混凝土浇筑到64米设计高程的目标。

2023年后,得益于大藤峡水利枢纽的调节,通过联合上下游水库调度,不仅广西梧州市防洪标准可由50年一遇提升至100年一遇,珠江三角洲防洪标准也将由100年一遇提升至200年一遇。

此外,大藤峡水利枢纽未发挥效益前,珠江三角洲如遇咸潮上溯、突发污染、干旱缺水等水安全事件,实施应急水量调度需由1000多公里外的龙滩、天生桥水电站调水,应急水源抵达珠三角需7—10天时间。而工程发挥效益后,应急水源抵达时间减少至3日,调度路线缩短到300多公里,下泄水量可满足澳门和珠江三角洲压咸补淡需求,保障粤港澳大湾区供水安全。

   大藤峡船闸在总体布置、结构型式、制造工艺等诸多方面的技术要求都已经超过了目前世界上已建人字闸门,无直接经验可循。

一艘艘即将“翻越”大藤峡的船只,排队通过引航道,经过硕大的闸门,缓缓驶入船闸。这些载满砂石的货船将一路顺流而下,为下游地区送去工程建设的基础原料。

大藤峡水利枢纽船闸是发挥工程航运效益的重要部位,其位于主坝左侧,为单线单级船闸,由上游引航道、上闸首、闸室、下闸首和下游引航道组成。

“大藤峡船闸下闸首人字门高47.5米,宽20.2米,厚3.2米,重量达1295吨,高度相当于16层楼,面积相当于2.5个篮球场大小,比三峡船闸人字门重500吨,并且高出9米,是目前世界上已建最高单级船闸。”严来光如数家珍。

大藤峡下闸首人字闸门

两扇16层高的“庞然大物”给建设者带来不少挑战。其在闭合时需要将精度控制在0.05毫米,并同时确保开闭效率,降低船只过闸难度。

为此,建设团队联合多家科研单位,开展了包括结构优化及数值仿真研究、背拉杆专题研究、人字闸门结构和水动力及启闭特性研究等在内的多项科研课题攻关。

让严来光印象深刻的,还有船闸下闸首人字闸门底枢“蘑菇头”的锻铸。

底枢是保证门扇绕门轴柱转动的重要构件。由于尺寸大、材料特殊,“蘑菇头”的建造难度极高:从规模上看,大藤峡人字闸门的底枢直径1.2米,是三峡闸门的1.2倍,为世界之最;从材料上看,底枢选用高碳高铬不锈钢材质锻造,也属国内首次。

底枢建造初始阶段,大藤峡建设团队曾尝试委托行业内经验丰富的厂家进行了两次锻铸,均以失败告终。为确保工程进度,大藤峡公司结合水利部相关专家咨询会的意见,委托中信重工同时铸锻,互为备用。在加工过程中,中信重工采用了电渣重溶、大吨位压力机快速锻压及合并铸锻等新技术,有效解决了毛坯内部组织疏松和单个蘑菇头铸锻细长比不够的技术难题,同时巧妙地保证了锻造材质最优部分分布于蘑菇头主要受力部位。最终,该蘑菇头以6次回波的优异成绩,顺利通过了水利部相关测试中心的检测。

江水通过泄水闸门喷涌而出。大藤峡公司供图

大藤峡公司船闸中心主任王小林表示,大藤峡工程全面建成后,黔江通航吨级将从300吨级提升至我国内河航道的最高等级3000吨级。船闸的单次通过载重量也将达到1.29万吨,相当于215节火车皮的运量。

“大坝建起来之前,这段航道暗礁四伏,险象丛生,只有经验丰富的船员敢开,现在,通航条件上来了,很多货船都选择从这里过。你看,现在我们这船开得多稳。”在武宣前往大藤峡的船上,广西桂平海事处工作人员黄运禄笑着说。

大藤峡水利枢纽船闸规模按3000吨级建设,船闸设计年通过能力达5189万吨。根据大藤峡船闸中心提供的数据,随着库区水面增加以及船闸航道条件的改善,自3月31号试通航开始至10月29日,大藤峡船闸累计过闸核载总量已达到1869万吨,实载总量849万吨。以当前日均货物的通过量推算,年货物通过量将超过工程初步设计预测的2020年1500万吨的指标。

大藤峡水利枢纽建成后的“红柳黔浔西”水运新通道,可极大提升黄金水道的通航能力,为珠江—西江经济带发展战略提供重要支撑。

   水能是可再生的清洁能源,具有极高的环保效益。珠江被誉为水资源的“富矿”,而大藤峡正是南盘江红水河水电基地综合利用规划10个梯级中的最末一级。

位于工程左岸的大藤峡发电厂机房内灯火通明,三台圆柱形的蓝色发电机组持续运行,轰鸣声不绝于耳。

大藤峡公司水力发电厂厂长罗红云说,目前,大藤峡水利枢纽拥有自主研发的国内最大轴流转桨式水轮发电机组,发电机组额定水头25米,单机引用流量886立方米/秒,发电机额定功率可达200MW,推力负荷达38000千牛。按照工程建设规划,大藤峡将建造8台发电机组,装机总量1600MW,分左右岸建设。

已正式投产的6至8号发电机组

尺寸巨大,技术复杂,且国内同类型的工程经验较少,让大藤峡水电机组的建造面临着一系列挑战——其核心部件水轮机转轮,直径达10.42米,高7.5米,规模在同类型机组中排在前列。而它的制造安装,则关系到发电机组能否将水能转换为机械能,带动发电机旋转发电。

从开始进场组装,到成功吊装完成,建设团队需要先后完成转轮轮毂体吊装、轮毂内活塞等部件组装、浆叶挂装、密封装置安装、动作试验等多道工序。大藤峡建设团队采用两台300+300吨桥机进行抬吊。台吊平衡梁为一根起吊重量1200吨及两根600吨平衡梁组合,中间采用起吊轴及转轮吊具连接转轮。在参建各方的努力下,大藤峡工程左岸首台水轮机转轮在2019年12月成功吊入机坑。

如今,左岸厂房里的6至8号三台机组都已经完成建设并全部进入商业运行。“自今年4月30号首台机组正式投产发电以来,大藤峡发电厂已经安全运行近200天,连续运行超过2200小时,累计发电量超过12.8亿千瓦时。”罗红云说,目前大藤峡水力发电机组已经节约标准煤超过156083吨,它正在为广西提供源源不断的清洁能源,并在节能减排上发挥重要作用。

   如何满足红水河珍稀鱼类洄游繁殖的过坝需求,最大限度地降低拦河建坝对流域生态的影响,保护生物多样性,是大藤峡必须克服的生态难题。

打开大藤峡二期工程建设的南木江副坝仿自然生态通道效果图,弯弯曲曲、宽窄相间的鱼道就像一条在峡谷间被挥舞开的蓝色绸带。

大藤峡工程在设计建设之初,面临巨大的生态保护压力。这里位于高原山地急流性鱼类向江河平原鱼类过渡的地区,生长着多种水生珍稀濒危保护鱼类,也是江中洄游鱼类的重要通道。

其中,花鳗鲡、鳗鲡、四大家鱼、鳡、鳤、赤眼鳟等为主要种类,而白肌银鱼、七丝鲚、三角鲂、银鲴、黄尾鲴、翘嘴鲌、蒙古鲌等鱼类也都有过坝需求。

“大藤峡一直在着力打造‘一个中心,双鱼道、双增值站’的生态新格局。”当谈及大藤峡工程在环境保护上的努力,大藤峡公司移民环境部主任徐林这样说。一个中心,即红水河珍稀鱼类保育中心;双鱼道,是黔江主坝鱼道及南木江副坝的仿自然生态鱼道;双增值站,则指枢纽区鱼类增殖站和库区来宾红水河珍稀鱼类增殖保护站。“这样的布局,在整个华南地区乃至全国都是罕见的。”徐林说。

大藤峡鸟瞰图成图

 

仿自然生态鱼道创新性地一改普通的混凝土结构,采用堆砌石生态结构建造,并优化了原本的平面顺直设计,将鱼道建造成蜿蜒曲折的形状,更加还原自然环境。徐林表示:“鱼才是大江里真正的主人,我们希望工程建成后,尽量少地影响鱼类原本的生活习性。”

目前,位于南木江副坝的仿自然生态鱼道建设已见雏形,黔江主坝鱼道也已完成优化设计与基础填筑。这个在中国同类型水利工程建设中独特的双鱼道设计,将为河道鱼类资源保护,以及河流生物多样性恢复提供有力的支持。大藤峡公司鱼类保育中心副主任刘波介绍,在大藤峡施工期间,中心已救助翻坝鱼类16000多尾,并自今年3月份起,已经完成了超过194万尾的“四大家鱼”放流。

珠江浩荡、奔腾不息,国之重器,守一方平安。按照工程建设进度总目标,大藤峡水利枢纽将在2023年12月完工。大藤峡总工程师肖强说:“建成后,大藤峡水利枢纽在珠江流域的防洪、航运、发电、水资源配置以及水生态治理等多个方面都将发挥不可替代的重要作用。”

链接

珠江上的“三峡工程”:大藤峡水利枢纽

大藤峡水利枢纽工程总投资357.36亿元,总工期9年,分左右岸两期施工。其控制西江流域面积的56.4%、西江水资源量的56%,控制洪水总量占梧州站洪水量的65%。作为国务院确定的172项节水供水重大水利工程的标志性工程,它集防洪、航运、发电、水资源配置、灌溉等综合效益于一体,是珠江流域关键控制性水利枢纽,被喻为珠江上的“三峡工程”。

 

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