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日志

三峡溃坝会否发生,下游洪涝能否避免?

已有 240 次阅读2020-6-29 19:42 |个人分类:热点杂谈|系统分类:原创博文 | 宽屏 请点击显示宽屏,再点击恢复窄屏 | 动漫全图 如只见部分动漫,请点击显示全图,再点击恢复窄图

【前注】中国南方多省6月以来暴雨成灾,南方26个省成泽国。长江流域的主汛期一般是7、8月份。现在由于长江上游的葛洲坝和三峡大坝都已经开始全力泄洪,造成宜昌全城被淹(6月27日)。

目前,国内由于维稳,官方的报道很少,然而微信大量灾情照片,触目惊心;而国外,又是一片耸人听闻,似乎三峡大坝随时有溃坝风险。看来一个客观评估是有必要的。


一,三峡溃坝是小概率(溃坝多是人灾)

1,三峡大坝概况维基[],亦可参考百度[]):
三峡大坝为混凝土重力坝,它坝长2335米,底部宽115米,顶部宽40米,坝顶高程为海拔185米,最大浇筑坝高181米,正常蓄水位海拔175米。
水库全长600余千米,坝轴线全长2309.47米,水面平均宽度1.1千米,总面积1084平方千米,总库容393亿立方米,其中调洪库容约221.5亿立方米,调节能力为季调节型。
三峡大坝设计成由多个功能模块组成,从左至右(面向下游)依次为永久船闸、升船机、泄沙通道(临时船闸)、左岸大坝及电站、泄洪坝段、右岸大坝及电站、山体地下电站等。

(图1,来源

2,三峡是否溃坝
对于一般人来说,这是一个常识问题,不是一个科学问题。试想,我们乘坐飞机,会去论证飞机不会摔下来的原理吗?或者,我们的说辞会比那些专家工程师更有权威性吗?我们之所以相信飞机,是因为人类飞行记录的统计数字表明,坐飞机不仅安全,而且出事几率比火车汽车还低[]!

三峡大坝是否溃坝,常识告诉我们一般不会:
1,自2010年到2019年,三峡大坝已经成功实现蓄水175米目标十年[]。目前蓄水147米,仍有近30米的蓄洪空间;
2,每年汛期,通常蓄洪水位在160米或以下(图2:2010~2016);
3,三峡共有泄洪深孔23个(引:百度百科),目前只开启了两孔泄洪(图3)。

可见,在枯水期,在静态情况下,三峡蓄水175米不会溃坝,那么在汛期,三峡蓄低于175米,也不会溃坝!

(图2,来源

(图3,来源

3,大坝溃坝原因
三峡大坝溃坝几率小,但是不等于没有溃坝的风险。那么,在什么情况下会溃坝呢?
1,从原理上来说,(重力坝)溃坝可能由于下面因素引起:洪水漫顶、基础缺陷和战争[引]
2,旅德水利专家王维洛认为一般溃坝因素有三[]50%设计;40%质量;10%人为(此三因素三峡都存在)。

除去战争因素,无论设计(基础)缺陷,还是质量问题,人为疏失,其最后溃坝都表现在洪水漫顶的过程中。我们可以认为,洪水漫顶是溃坝的唯一考量因素。

以中国,也是世界上最大的灾害,河南“75.8”水库溃坝(引:维基百科),为例,可见一斑:
“75·8特大洪水”,是指1975年8月中国河南省南部淮河流域,在台风尼娜影响下产生的特大暴雨导致包括板桥水库在内的62座水库溃坝、1万多平方公里受灾的事件。
8月8日零時20分,板橋水库电站因形势危急停止发电;20分鐘後,洪水漫坝。水库管理局第三次向上级部门发出特特告急电,報告水庫已經決口,并“擅自”开启尚能移动的五扇闸门,水库已经开始决口。 8月8日1時開始,板橋、石漫灘兩座大型水庫,竹溝、田崗兩座中型水庫,以及58座小型水庫在短短數小時內相繼垮壩潰決。凌晨1时,板桥水库水位涨至117.94米最高值,超坝顶1.6米,超坝顶防浪墙0.3米,相应库容6.131亿立方米。漫过防浪墙的洪水先是掏空墙后坝顶的卵石路,继而推倒防浪墙,然后冲决坝体,洪水以每秒6米的速度衝出板橋水庫決口處,沖向下游。

驻马店地区的大型水库薄山水库,大坝没有漫顶,因此没有溃坝:
8月8日3时,坝前洪水已经上涨到超坝顶0.4米,距离防浪墙顶0.6米,在水库职工、家属、驻水库舟桥部队、薄山林场职工及赶来抢险的山炮兵第2师官兵40个小时搶救,堵住了防浪墙渗水,并在坝顶筑起了2米高子堤,保住了薄山水库。

此外,这还是一次人为的灾难:邓小平打麻将不理河南告急
紀登奎和李先念經短暫商討后认为只有動用军队才能化險為夷。他們決定向时任第一副總理邓小平彙報想法,請求具體指示。22時45分左右,李先念向鄧小平家打電話。邓小平女儿邓榕称邓小平身体不适,已经入睡。并坚持不肯叫醒父亲,但據紀登奎和李先念後來瞭解,當晚鄧小平並沒有生病,也沒有入睡,而是在万里家打麻将。[引:维基百科]

由此可见,洪水漫坝是溃坝的唯一需要考虑因子,而人为要素又是控制洪水是否漫坝的决定性因子。

二,洪涝发生不可避免
上面讨论可知,所有设计质量包括人为疏失造成的溃坝,都是通过洪水漫顶的过程发生。所以,只要不发生洪水漫坝,则不会有大坝溃坝。

三峡水库的存水量相当于黄河的水量,如果溃坝,其速度将是一般江水流速的五倍,能量将是一般江水的25倍,以海啸的形式,排山倒海,在一天之内摧毁下游大城市,包括武汉,南京,乃至上海,及五亿人口。这是中国人民难忍之重。所以,如果有任何危险,三峡将用泄的形式,降低水位,防止漫坝

1,及时泄洪是防止洪水漫坝的唯一手段
为了防止漫坝,通常水库是在枯期蓄水,以利发电;在汛期泄洪,以防漫坝。图2是三峡水坝2010~2016间的水位,给出了典型的蓄水周期:枯期为蓄水期,蓄水至175米(正常蓄水位又是设计洪水位);接近汛期,放水至145米(防洪限制水位),汛期一边蓄水一边泄洪,理论上不超过正常蓄水位(175米),实际上只达到一半,160米以下 --- 显然,这是为预防洪水漫顶留出足够空间。

(图2,来源

2,三峡大坝泄洪与造成灾害等级
由于三峡水库的蓄洪量仅仅212.5亿立方米(水位从145到175米),而长江自三峡上游每年平均流量为4510亿立方米(宜昌的观测值,维基),三峡水库对长江上游水量的调节度仅有5%!三峡大坝防洪作用相当有限,所以,尽管大坝溃坝是小概率,但是洪涝发生则是大概率。

(图4

图4,长江三峡大坝泄洪极可能造成的灾害,其基本资料源自维基三峡大坝[],千年一遇资料来自《三峡大坝今年起可防千年一遇洪水》。以百年一遇洪水为例,水库流入量为8.37万立方米/秒,大坝水位如保持在166.5米,低于正常蓄水位175米,泄洪5.67万立方米/秒,相当于十年一遇洪水量。红色数据为导出量:大坝经流入量为1.51万立方米/秒,那么9.5天(计算公式:),蓄水可达到正常蓄水位175米。

上面两行红色数值为猜测值,即如果碰到十年/二十年一遇洪水,会参照红色数据泄洪,下游洪水为小于十年一遇。

至于万年一遇以及更大洪水,三峡大坝给出蓄水高度为180.4米,其最大值,红色的流出量是我计算的结果。但是迄今为止,水库从来没有试验过蓄水超过175米,大概率是,如果真是遇到超大洪水,三峡为了保大坝不漫顶,会全力泄洪(进多少出多少,无阻挡泄洪)。也许当出现千年一遇洪水,大坝水位是否敢蓄水到175米,也是存疑,因为枯期蓄水到175米是静态的,汛期蓄水是动态的,大坝是否能承受的住,是不敢用5亿人的生命冒险的。所以,千年一遇洪水,很可能无法保证降到百年一遇,如图中所示。

3,长江上游造成的洪灾
长江下游洪灾分三类,一类是由于上游灾害造成,一类是由于下游灾害造成,第三类是由于上下游共同灾害叠加造成。显然,单一的下游灾害与三峡大坝泄洪与否无关。单一的上游灾害,则由上面的图4来确定。

长江下游目前的堤坝工程,可以抵御十年一遇的洪水:

  长江水利委员会总工程师三峡工程代表局局长中国工程院院士郑守仁:“长江流域的防洪主要的就是中下游平原地区的防洪形势,目前的话像荆江河段、汉江平原、洞庭湖区的防洪标准只有10年一遇的标准,超过10年一遇的洪水,两岸堤防就显得比较紧张了。” []


由图4,可以看到,对于百年一遇以及以下的单一上游洪水,有可能不会给下游带来洪灾。


4,实际状况:下游的洪灾为三峡泄洪与下游涝灾的叠加
如果上游下游同时发生暴雨,形成洪灾,那么下游灾害就是两者的叠加。以今年宜昌6月27日的洪灾为例,即是一次上下游叠加的洪水灾害。

6月21日,财经报道[]:
受近日强降雨影响,三峡库区水位持续上涨。目前库区水位接近147米超出防洪限制水位近2米
据新华网报道,6月21日17时00分,三峡水库入库流量达30000立方米每秒以上,三峡电站34台机组全部并网发电,实现2020年首次全开运行,总出力达到2047万千瓦,日发电量接近4亿千瓦时。

34台机组全部并网发电,出库流量是多少呢?根据早年的一篇文章[]说:
据三峡水电站工作人员介绍,......,当汛期水流量达到3.1万立方米/秒时32台机组就可满负荷运转

合理的推断,如今34台机组全部并网发电,其水流量一定大于3.1万立方米/秒。这相当于十年一遇洪水泄洪的一半多!

可见,6月22日到27日宜昌的被淹,也有三峡大坝泄洪的贡献。注意到:6月29日,人民日报载《壮观!三峡大坝2020年首次削峰泄洪--读图--人民网》,其中说到:

(图5)

受长江中上游强降雨影响,进入三峡水库的水量持续增多。为腾出一定库容迎接近期可能到来的洪水,三峡枢纽于29日上午开启两个泄洪孔,加大下泄流量。

这是三峡枢纽今年首次泄洪。

(图6)

近期长江上游乌江、岷江、沱江有强降雨。受此影响,三峡水库入库流量27日下午开始增长。28日14时,三峡水库入库流量达4万立方米/秒,是27日14时的两倍。为应对此轮来水,长江防总要求将三峡水库下泄流量上调至日均3.5万立方米/秒。

虽然文章强调“这是三峡枢纽今年首次泄洪”,但6月21日34台机组并网发电已经泄洪3.1万立方米/秒,“29日上午开启两个泄洪孔” ,不过是“加大下泄流量” 而已。


看看新华社的报道,一句假话也没说,但是背后隐含的内容,一般人是难以了解。如果我们有了三峡大坝比较全面的知识(都是公开的),就可以分析出正确的结果。同时也可以根据官方的报道,了解真实状况的发生。比如,一旦官方报道三峡泄洪5.67亿立方米/秒或以上,就可以判断,这是百年一遇的洪水发生了,泄洪是按照十年一遇的标准!如果下游还有洪水,那么叠加结果就是应有的灾害!


三,结论
1,三峡溃坝是小概率
一般不会发生,因为溃坝的主要原因或唯一原因 --- 大坝漫顶 --- 人为可控。

2,洪涝发生不可避免
泄洪是防护大坝漫顶(导致溃坝)的唯一方法。由于三峡水库的蓄水量仅为长江上游水量的5%,三峡的防洪作用有限,仅为调节。遇到百年以上洪水,或长江中下游同时有暴雨叠加,洪涝发生,出现决堤,是大概率事件。


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