国内难得的优良高拱坝坝址——院士谈乌东德水电站

周双超, 王 波, 刘 鑫

(三峡总公司金沙江公司筹建处,四川成都 610042)

在 5月 13日至 16日北京召开的金沙江乌东德水电站预可行性研究报告审查会议上,特别邀请了潘家铮等 11位中国科学院、中国工程院院士为工程进行审查把关。会议期间,记者采访了工程院院士陈厚群、张超然,中科院院士张楚汉,他们从专家的角度谈了对乌东德水电站是的看法。

乌东德拱坝宽高比接近 1比 1,对大坝的安全性有很大的好处

在乌东德水电站预可研审查会上,记者又见到了清华大学水利工程系教授、中科院院士张楚汉。记者曾在 2006年的白鹤滩水电站预可研审查会上采访过他,得知张楚汉是我国大坝安全研究方面的专家,长期从事水工结构工程与抗震研究,曾主持完成过三峡、二滩、小湾、溪洛渡、锦屏、拉西瓦、大岗山、向家坝等 30多项工程静动力安全关键技术研究。当记者请他谈对乌东德水电站的认识时,张院士十分谦虚,他说,虽然看了设计报告,但由于没有去过现场,不便接受采访。

在审查会水工组的分组讨论会上,张院士发表了他的看法。他说:乌东德水电站预可研报告推荐的坝址所处的河谷狭窄,地形完整,构造简单,岩体质量优良,从地质条件来看,是国内难得的优良高拱坝坝址。张楚汉院士进一步分析道:报告推荐的乌东德拱坝宽、高比接近 1比 1,这在国内大型拱坝中少见,这种比例的大坝,承受的水推力小,对大坝的安全性大有好处;另一方面,由于宽高比比较好,大坝体型较薄,便于施工企业质量控制。当前,对国内施工企业来说,大体积混凝土浇筑仍然是一个挑战。大坝混凝土厚度在 60米以上,产生裂缝的控制难度较大。而乌东德拱坝,最大厚度仅 50米,平均只有 40多米,大坝体型薄,施工难度相对易于控制。中国水电界一直想修建一座没有裂缝的大坝,在乌东德水电站的建设中,国内施工企业在当前技术条件下是可以实现的。在肯定乌东德坝址拥有建坝的优越条件的同时,张楚汉指出,该坝址也存河床覆盖层深厚、岩溶对坝基岩体质量的影响及金坪子滑坡等工程地质问题,他提醒设计人员在可行性研究阶段进一步加强勘测研究。

关于乌东德坝址坝型的好处,工程院院士张超然不约而同地表达了近似的观点。他认为,乌东德水电站坝址的地质条件相对比较好,作为一个拱坝坝址地形条件相当优越,坝顶河谷的宽度与坝高的比值近乎一比一的关系,从目前国内已建、在建的坝高超过 200米的拱坝中,乌东德水电站选的这个坝址,是最优的,是一个很难得的坝址,溪洛渡水电站都不如它。溪洛渡拱坝坝顶的弧高比为 2.61,而乌东德仅为 1.16,这不仅有利于工程的安全性,也使得乌东德水电站大坝工程量特别少。

乌东德坝址的地形地质条件优越,从抗震角度来讲是比较有利的

“5◦12”汶川地震后,水电站的工程抗震问题引起社会各界的关注。对于地处西南地震高发区的乌东德水电站抗震研究同样受到高度重视。2009年,三峡集团公司组织设计单位对 5◦12汶川地震后乌东德水电站地震安全性进行了复核研究,这年年底,设计单位提出了复核研究报告,对乌东德水电站坝址构造稳定性进行了全面评价。

作为水电工程抗震专家,在乌东德预可研究阶段,陈厚群院士参与了大坝抗震的分析研究工作。谈到乌东德水电站的抗震设计,陈厚群院士说,因为乌东德水电站坝址河谷非常窄,两岸的岩石也很完整,地形比较对称,其地震强度属于中等水平,这在西部众多高坝当中是非常少有的。大渡河大岗山水电站、金沙江溪洛渡水电站及上游的虎跳峡,小湾、锦屏等地震烈度都比它高,经过计算分析,在地震工况下,乌东德水电站的拱坝中高部拉应力比以上水电站的应力好。因此,从抗震角度来讲乌东德坝址的地形地质条件非常优越,适合建高拱坝。

在陈厚群半个世纪的抗震科研工作中,对我国二滩、小浪底、三峡、小湾等许多重大水利水电工程的大坝、进水塔、升船机等结构的抗震试验和分析研究做出了重大贡献。他曾两度主持编写了我国水工建筑物抗震设计规范,指导我国水利水电工程的抗震设计实践。

已经 78岁的陈院士精神矍铄,从乌东德水电站说到我国西南水电开发与抗震研究,谈到他的专业,陈厚群院士充满了热情。他说,从我国的国情来讲,水电 80%的资源都集中在西部,其中70%是在西南,这一地区正处在印度板块向亚洲板块的挤压带,因此我国的强震区也大都集中在西藏、云南、贵州、四川这些地方,我国的水资源也在这里,这两个特点相伴相生,建水电站要完全避让这些地区是很难的。因为修水电站要利用淹没土地少,水库大的峡谷优势,就必须选择高山峡谷作为建高坝的坝址;而高山峡谷从地质构造成因来说,就是过去区域构造强烈的地方,也正是这个区域构造让这个地区成为了地震高发区。对此,作为搞抗震的技术人员,面临的任务十分艰巨,我们必须面对这个挑战,而且这也是一个机遇,世界上没有先例,所以在高坝抗震方面,中国应该对世界作出贡献。

乌东德水电站坝址比选的设计深度,已经达到了可行性研究阶段的要求

作为中国长江三峡集团公司的总工程师,张超然院士还向记者介绍了乌东德水电站坝址比选的过程。张超然院士介绍,为加强乌东德水电站坝址比选设计工作,确保选择到最优坝址,从2003年 11月起,由中国水电顾问集团西北勘测设计研究院和长江勘测设计研究院两家单位分别负责以白滩泥石流沟为界的上、下游的坝址选择和相应枢纽设计。西北院选定河门口坝址,长江院选定乌东德坝址。由长江院总成、西北院参加完成了坝址比选报告。

2007年 2月,经过水电咨询公司对报告进行咨询,认为乌东德坝址在地形地质、枢纽布置、施工条件等各方面都有比较明显的优势。张超然院士告诉记者:2007年以后,又针对成昆铁路改造和对攀枝花市影响,正常蓄水位从 950米调整为975米,又重新对坝址进行了复核和比选,比较之后还是认为乌东德坝址更具有优势。从乌东德水电站坝址方案比选的设计深度来说,已经超过了预可行性研究报告深度,达到了可行性研究阶段的要求。

说到乌东德水电站设计方面的技术保障,张超然院士提醒记者:从设计力量上讲,西北院和长江院都是我国综合甲级设计研究院,技术实力都比较强。在坝址比选设计深度来说,西北院在有些方面的设计深度甚至超过了长江院,没有选择西北院设计的坝址并不是他们的工作没有做好,只是由于坝址的先天条件不好。

乌东德水电站工程各项指标相对优越,是我国第四个装机规模为千万级的巨型水电站

乌东德水电站与金沙江下游其它三座梯级水电站(白鹤滩水电站、溪洛渡水电站、向家坝水电站)相比较,乌东德水电站有什么样的特点呢?当记者向张超然问到这个问题时,张超然说:乌东德水电站的坝址地质条件较好,但由于两岸比较陡峭、交通不便等原因,施工条件相比较要差一些,输电距离比较远;金沙江下游四座梯级水电站中,除向家坝水电站是重力坝外,其它三座都是高拱坝,白鹤滩大坝最高,暂定为 289米,溪洛渡285.5米,乌东德为 265米,以乌东德建拱坝的条件最好,工程量最少;从坝址地震基本烈度来说,溪洛渡、白鹤滩为 8级,乌东德为 7级,与向家坝差不多;四座梯级电站中,乌东德水电站大坝所选择的混凝土骨料比较好,距离近,向家坝水电站的骨料也比较好,但距离较远;此外,乌东德水电站单位移民人数最少,1万千瓦仅 40多人;从装机容量来说,我国已建、在建的水电站当中,乌东德水电站仅次于三峡、溪洛渡、白鹤滩,是我国第四大装机在千万级的水电站。进行一番比较之后,张超然说:乌东德水电站的单位千瓦发电量的投资、移民人数、淹没土地等都相对较少,总的来讲,乌东德水电站是一个各项指标比较优越、综合效益很大的水电站。乌东德水电站与白鹤滩水电站构成一组电源,工程建成投产后,对下游的几个电站可以增加防洪、电量等方面的调节,发挥梯级调度的积极作用。

对于乌东德水电站下一步的工作重点,张超然说,一是要尽快下达封库令,开始移民实物指标调查,编制移民安置规划,这是工作的重点,任务很艰巨;二是全面进入到可行性研究阶段,进一步优化枢纽工程设计,细化施工方案。要集中各方力量,做好与水电水利规划设计总院和川滇两省的协调工作,使之能够满足 2020年建成发电的目标。