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中国水利水电工程生长 | 中国工程院院刊

来源:鸭脖官方网站   发布时间:2021-08-10 11:22nbsp;  点击量:

本文摘要:关注风云之声 提升思维条理导读停止2014年,中国已成为世界上水库大坝数量最多、农田浇灌面积最大、水电总装机容量最大、调水工程里程最长的国家。

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关注风云之声 提升思维条理导读停止2014年,中国已成为世界上水库大坝数量最多、农田浇灌面积最大、水电总装机容量最大、调水工程里程最长的国家。本文选自中国工程院院刊《Engineering》2016年第3期 作者:贾金生泉源:A Technical Review of Hydro-Project Development in China[J].Engineering,2016,2(3):302-312.编者按中国是水旱灾害频繁发生的国家,在1949年之前的2000年里,全国规模内共发生过1092次洪灾、1056次旱灾。

为确保防洪宁静、供水宁静,提升非化石能源占比,1949年以来中国修建了众多的大坝、跨流域调水工程、抽水蓄能电站等。中国水利水电研究院贾金生在《Engineering》中撰文总结了中国水利水电工程的生长,并与外洋的情况举行了比力,对高坝建设宁静保障、江河治理与非匀称不平衡输沙理论、跨流域调水工程、巨型水电机组、抽水蓄能电站、地下洞室以及生态掩护等方面的重大技术希望举行了论述。

一、中国水利水电工程生长及与外洋比力中国是水旱灾害频繁发生的国家,在1949年之前的2000年里,全国规模内共发生过1092次洪灾、1056次旱灾。1920年华北大旱,饿死50多万人;1931年长江洪灾,死亡14.5万人。为确保防洪宁静、供水宁静,提升非化石能源占比,1949年以来中国修建了众多的大坝、跨流域调水工程、抽水蓄能电站等。

当前中国每年的水灾损失一般低于国民经济总量的2%。大坝是水利水电生长最重要的标志。历史没有明确纪录第一座大坝何时发生,但公认中国、印度、伊朗、埃及是最早建设大坝的国家。

据纪录,公元1000年以前坝高明过30m的大坝只有3座,最高的是中国浮山堰土坝(坝高48m);1900年以前坝高明过30m的大坝只有31座,最高的是法国Gouffred’Enfer砌石重力拱坝(坝高60m)。1900年之后,世界各国鼎力大举生长水利水电。与国际比力,中国水利水电生长可分为四个阶段。

1900—1949年为第一阶段,中国高于30m以上的大坝只有21座,总库容约2.8×1010 m3,水电总装机容量为5.4×105 kW。其时的中国水灾是心腹大患,基本是大雨大灾、小雨小灾、无雨旱灾,技术落伍。

第二阶段从1949年新中国建立至1978年革新开放开始,这一时期中国是国际上修建水库大坝最活跃的国家,30m以上的大坝由21座增加到3651座,总库容增加到约2.989×1011m3,水电总装机容量增加到1.867×107 kW,大坝建设的主要目的是防洪、浇灌等。由于受技术、投资等因素制约,虽然取得了很大的成就,但总体上与蓬勃国家相比还比力落伍。

第三阶段从革新开放开始至2000年,以二滩等特大型大坝建成为标志,中国水利水电建设实现了质的突破,由追赶世界水平到不少方面居于国际先进和领先水平,许多工程经受了1998年大洪水、2008年汶川大地震的严峻磨练。这一阶段工程的突出特点是设计质量高、施工速度快、宁静性好,普遍到达了预期目的。21世纪以来,以三峡、南水北调工程投入运行为标志,中国进入了自主创新、引领生长的第四阶段,先后竣工的小湾、龙滩、水布垭、锦屏一级等工程,建设技术不停刷新世界纪录。

这一阶段中国越发关注巨型工程和超高坝的宁静,注重情况掩护,在许多领域居于国际引领职位,同时也全面到场国际水利水电建设市场,拥有一半以上的国际市场份额。停止2014年,中国建成各种水库9.8万多座,总库容为8.166×1011m3,到达全国河川年径流量的29%;农田有效浇灌面积达6.9×107 hm2,占世界的23%;已建、在建坝高明过30m的大坝6539座,占世界的43%;已建水电总装机容量凌驾3×108kW,占世界的27%;已建抽水蓄能电站总装机容量达2.211×107 kW,占世界的12%;输水干渠长度凌驾1.38×104 km,水工隧洞长度凌驾1×104 km。中国已成为世界上水库大坝数量最多、农田浇灌面积最大、水电总装机容量最大、调水工程里程最长的国家,与国际情况的比力见图1、图2及表1至表3。

图1 世界主要国家坝高30m以上大坝的数量图2 世界主要国家的抽水蓄能装机容量表1 世界坝高前10名大坝表2 世界库容前10名水库The largest reservoir in China is the Three Gorges Reservoir with a storage ca表3 世界装机容量前10名的工程中国建设了世界上最多的水利水电工程,也接纳了最严格的水资源治理制度,要求以水定城、以水定产,但由于人口众多、水资源时空漫衍不均,与蓬勃国家比,依然需继续推进工程建设。基于约100个国家的数据,比力了水资源开发度与人类生长指数(HDI)的相关关系(图3、图4),HDI是权衡一个国家综合国力的重要指标。由此可见蓬勃国家人类生长指数高(预期寿命、教育水平、人均GDP),对应的水资源开发度一般也高。

2014年中国人类生长指数为0.727,水电开发度为52%,人均库容约600 m3,基本切合较蓬勃的生长中国家的指标,说明中国的水库和水电建设与国民经济社会生长的水平总体是协调的。图3 水电开发度与人类生长指数的关系图4 人均库容与人类生长指数的关系二、坝建设宁静保障技术中领土石坝、重力坝、拱坝、胶结颗粒料坝生长在文献中已有详述,在高坝建设中,中国特别关注宁静,生长了许多新理念、新技术。(一)高混凝土坝的真实性态仿真、抗高压水劈裂与质料配制混凝土坝是世界高坝建设的主要坝型之一,在200m以上的高坝中,其占比凌驾60%,在中国占比为56%。

为开发水资源,全球还将修建一系列高混凝土坝,因此保障高坝宁静意义重大。20世纪高混凝土坝的生长取得了庞大的乐成,同时也有凄惨教训。胡佛、英古力、大迪克逊、伊泰普等高混凝土坝建设结果卓著,引领了高混凝土坝的生长。

奥地利科恩布莱恩(图5)、美国德沃夏克、前苏联萨扬舒申斯克等高坝都发生过严重开裂漏水,修补加固用度庞大;法国马尔帕塞拱坝因坝肩失稳发生溃决,给生命、产业带来庞大损失;中国也有高混凝土坝发生严重裂痕、高压水劈裂等影响宁静的实例。众多事故讲明,传统盘算方法和建设技术难以满足高混凝土坝宁静建设的需要,主要体现为: ①传统方法算出的应力、变形、稳定与真实情况差异大,大坝性态预测误差大; ②大坝质料的高强度与高抗裂之间矛盾突出,接纳传统方法配制难以兼顾; ③高混凝土坝高压水劈裂风险高、劈裂后危害严重。

图5 科恩布莱恩拱坝事故与加固为实现大坝“性态可预测、宁静可控制”,基于对海内外已建15座典型拱坝应力、开裂规模的分析,提出了适用于300m级特高坝的有限元等效应力方法和应力控制尺度,提出了变形体时程动态稳定分析方法,接纳革新的动接触力模型模拟坝基岩体各滑裂面在静力和地震作用下张开、黏着、滑移的非线性力学行为,提出了局部变形累积到达临界状态、控制性位移泛起拐点这一新的定量评价准则,建设了大坝稳定和大坝极限抗震能力评价新体系。传统方法预测大坝性态时误差大,位移预测值与观察效果相差普遍大于30%,坝踵应力状态有时与观察值相反,难以准确评估大坝的宁静性态。提出了高混凝土坝后期温升模型,建立了多缝大坝高效迭代模型和排水孔幕模拟的夹层代孔列模型,实现了混凝土坝浇筑、灌浆、蓄水运行,到老化、劣化的建设运行全历程模拟,显著提高了大坝性态预测精度。

小湾、锦屏一级、大岗山等特高拱坝初期蓄水至正常蓄水位时最大变形预测值(3个月)与监测值的误差划分为0.9%、0.1%和2.2%,远小于传统方法盘算值与监测值的误差(划分为36.6%、76.1%、36.4%)。为实现抗高压水劈裂,发现了全级配混凝土高压水劈裂模拟试验方法和装置,论证得出按无拉应力准则与按有压应力准则设计200m以上特高重力坝时都存在高压水劈裂风险,提出了抗高压水劈裂的设计方法和准则。发现了高混凝土坝面柔性防渗和坝前自反滤防渗结构,发现了仿真试验装置,证明晰在300m水头作用下坝踵混凝土裂痕张开不凌驾8mm时可防止高压水劈裂。提出的柔性防渗和坝前自反滤结构与加设护坦相比更可靠。

美国胡佛大坝接纳低热硅酸盐水泥,每立方米混凝土成本较三峡高30%以上,难以仿用。为保障“千年大计”的三峡工程及200m以上高混凝土坝的宁静建设,发现了多元胶凝粉体的精密聚集和复合胶凝效应,提出配制高坝混凝土的新方法,解决了传统方法配制混凝土时高强度与高抗裂难以兼顾的难题,开启了高坝工程大规模使用I级粉煤灰、石灰石粉掺合料的先例。应用于三峡三期的4×106 m3混凝土,抗裂系数提升13.1%~50.0%。从图6可见当超细粉(MF)含量到达胶凝粉体20%~40%时可淘汰浆体用水量12%,从而可大幅度降低混凝土用水量和胶凝质料用量。

(二)面板堆石坝变形协调控制与动态稳定止水设计现代面板堆石坝建设自1965年开始,以Cooke为代表,强调依据履历设计、小吨位振动碾薄层碾压施工。中国在20世纪80年月开始引进现代面板堆石坝技术,并在之后的生长中联合控制面板结构性裂痕,中国和巴西专家提出大坝变形控制的理念并将其应用于水布垭、洪家渡等工程。中国提出了孔隙率控制的严格指标,接纳更大激振力的碾压设备,将堆石料的孔隙率控制在19%~20%,大坝最大沉降变形控制在1%坝高,详细见表4。Pinto认为提高堆石体压缩模量E对减小面板压应变是最有效的,并建设了堆石坝体变形模量E/(γH)与河谷形状因数A/H2的关系(图7)。

上述认识和实践促进了面板堆石坝的生长。图6 尺度稠度相对用水量试验效果图7 堆石坝体变形模量与河谷形状因数关系在Pinto的原图基础上,增补了水布垭等10座面板堆石坝工程,可见水布垭、巴贡等面板堆石坝并不切合Pinto结论,即单独控制堆石体变形也不尽科学,需要既控制堆石体变形总量,又控制各部位变形的协调才是合理的措施。联合巴贡面板堆石坝等工程建设,提出了变形协调设计新理念,建设了变形协调的准则、判别尺度和变形宁静设计盘算方法,按新、老理念设计的典型工程的运行情况见表4。表4 海内外典型高面板堆石坝的统计数据高面板堆石坝在早期生长历程中一直存在周边缝破坏漏水问题,联合水布垭面板堆石坝建设,研究提出了新的止水结构,厥后归纳提出了动态稳定止水设计理念。

其基本要求是在300 m高水压下,止水结构可以蒙受三向大变位作用,通过动态自调整形成稳定止水体系,即新的止水结构既可在正常设计工况下实现动态稳定止水,又可在很是情况下依靠具有流动止水功效的新质料弥补止水系统的缺陷。新止水设计与外洋通例止水设计工程的运行效果见表5。

运用面板综合渗透系数法建设了面板堆石坝渗漏评价方法,基于海内外67座面板堆石坝工程监测效果获得图8,水布垭、洪家渡等工程均居于优质区。表5 止水效果的海内外对比图8 面板综合渗透系数的累积概率曲线(三)高坝抗震宁静在胡佛拱坝论证中,美国垦务局开发了试载法,按拟静力法思量0.1g的地震加速度举行抗震设防。后续的希望包罗以试载法为基础的拱坝动力特性及动力反映分析等。中国在强震区建设200 m以上高坝,设计地震加速度值普遍较大,如小湾拱坝为0. 308g、溪洛渡拱坝为0. 357g、大岗山拱坝为0. 5575g(现在世界混凝土坝中最高设计值)。

以陈厚群、张楚汉、林皋院士为代表的团队,开发建设了系统的混凝土大坝抗震宁静分析方法,主要包罗地震动输入、结构地震响应、结构抗力分析。接纳随机有限断层法以面源破裂历程来思量近场大震的地震动输入特性,接纳与地震动加速度反映谱对应的“有效峰值加速度”(EPA)作为表征地震作用强度的主要抗震设计参数,概率法与确定性方法相联合,由设定地震确定设计地震反映谱。

提出了坝体与地基耦合的变形体时程动态稳定分析方法,提出了局部变形累积到达临界状态、控制点位移泛起突变这一新的定量评价准则,建设了大坝整体稳定和大坝极限抗震能力评价体系,建立了高坝并行盘算技术、开发了并行盘算软件,建设了大型三向六自由度地震模拟振动台。提出了同时思量残余变形与刚度降低的混凝土损伤模型,引入“视弹性模量”(图9)和“视损伤因子”建设混凝土动态损伤本构关系[式(1)],并应用于对经受汶川地震磨练的沙牌拱坝举行震情磨练。

在2008年的汶川地震中,沙牌拱坝、紫平铺面板堆石坝等4座100m以上高坝履历了强震磨练,大坝整体稳定。图9 视弹性模量E–的应力–应变关系(四)高坝泄洪消能中国的小湾、二滩、小浪底等大型工程,水头高、流量大、河谷狭窄、地形地质条件庞大,其泄洪水力学指标如水头、泄量、泄洪功率等到达了世界之最,泄洪消能难度很大。

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针对高拱坝泄洪消能防冲难题,提出了“多种设施,疏散泄洪;双层多孔,水流撞击;分区消能,按需防护”的原则和思路,最初在二滩水电站乐成应用。今后,随着中国建坝技术的进一步生长,大坝的泄洪消能技术参数进一步突破,见表6。

这些工程均接纳“坝身孔口+泄洪洞泄洪+水垫塘消能的二滩模式”,较好解决了高坝泄洪消能问题,已完建工程均运行良好。表6 海内外部门高拱坝坝身泄洪水力学指标基于“纵向扩散,空中摩擦掺气消能”理念,生长了窄缝消能技术,乐成解决了一批“窄河谷、高坝、大泄量”大型工程的泄洪消能难题。对窄缝消能工举行了系统研究,提出了窄缝消能工的应用条件、设计步骤和消能特性,在龙羊峡、拉西瓦等大型工程上获得乐成应用。为解决高水头、大单宽流量、低佛氏数泄洪消能难题,发现了宽尾墩消力池团结消能工,应用在景洪、五强溪等多个工程。

景洪最大坝高108m,最大单宽流量为331 m3·s–1,是迄今为止宽尾墩消力池团结消能工应用的最高水平。此外,生长了孔板消能工、旋流消能工等多种形式的内消能工技术,解决了导流洞改建泄洪洞的水流衔接问题,同时无挑流雾化对情况的倒霉影响,乐成应用于小浪底、公伯峡等工程。深山峡谷区的地形地质条件往往给水电站泄洪洞的部署带来难题,研究提出的“龙落尾”泄洪洞部署思路和泄洪洞掺气减蚀技术可将高速水流空蚀破坏的风险显著降低,已在溪洛渡、锦屏一级等工程中获得乐成运用。

三、江河治理与非匀称不平衡输沙理论中国黄河、长江世界著名,但治理最为难题。图10比力了国际典型河流的比降。

以黄河为例,1949年以前,是百年一改道、三年两决口的河流,给人民带来了深重的灾难。黄河四季流量变化大、泥沙含量多,水库淤积问题严重。

黄河年输沙量1.6×109 t,为亚马逊河年输沙量9×108 t的1.8倍,多年平均含沙量达35kg·m–3,为亚马孙河的210倍。1992年观察讲明黄河流域已有凌驾20%的水库库容被淤损。对此,接纳“蓄清排浑”“异重流排沙”等方法,实现了“不淤高、不决口、不停流、水质不恶化”的黄河治理目的。

图10 国际典型河流的比降对比黄河因含沙量高,河流淤积严重,其下游已经成为高悬于黄淮海平原之上的地上悬河。为应对黄河水沙灾害问题,胡春宏等提出了全河角度的空间优化设置总体框架,构建了黄河泥沙空间优化设置的理论与模型。

有关治理部门提出了“基于小浪底水库单库调治为主、空间尺度水沙对接、干流水库群水沙团结调理”等调水调沙模式,形成了调水调沙理论及指标体系。韩其为等建立了非匀称不平衡输沙理论,阐明晰泥沙运动的非匀称沙、不平衡输移机理,解决了以长江三峡、黄河小浪底为代表的大型水库淤积及下游河流冲刷预测等难题,乐成地将泥沙运动由定性形貌上升为定量模拟。该理论的先进性涵盖以下几个方面:建设了非匀称不平衡输沙理论系列表达式,其中非匀称悬移质含沙量的沿程变化可表现为式(2);展现并证实了粗细泥沙交流是冲积河流河流演变的普遍纪律;导出了平衡与不平衡条件下恢复饱和系数的表达式;建设了统计理论挟沙能力的理论体系;导出了竖向与纵向速度差别相关的泥沙转移与状态概率,提出了基于床面泥沙交流强度的扩散方程普适界限条件。

近年来,非匀称不平衡输沙理论被广泛应用于海内外重要模型及工程实践中,发挥了重要作用。式中,S、S*划分为出口断面的非匀称沙总含沙量和总挟沙能力;表现对1~n组泥沙求和;P4,l、P*4,l划分为悬沙及挟沙能力级配;α为恢复饱和系数;L为河段长度;λl=q/ωl为第l组泥沙的落距,其中,q为单宽流量,ωl为泥沙沉速;下标0表现入口断面相应的值。四、跨流域调水工程为保障可连续生长,长距离跨流域调水常是解决水资源短缺和优化水资源设置的一定选择。

据统计,全球已有40多个国家和地域建成了350余项调水工程。中国已建、拟建大中型调水工程近50项,年调水量逾9×1010m3。

南水北调工程(图11)预计年调水总量为4.48×1010m3,其中,东线1.48×1010m3、中线1.3×1010m3、西线1.7×1010m3,已建东线一期工程干线全长1467km、中线一期工程干线全长1432km,在调水距离、影响人口、工程庞大性和宁静控制难度等多方面均居世界之最。图11 南水北调工程总体结构图长距离调水工程难题主要包罗:①差别时空尺度与差别要素历程的水循环模拟; ②多水源、多目的、多主体的群决议与风险调理; ③庞大巨系统宁静高效运行水力控制。

中国学者针对难题取得了多项希望和突破。构建了思量人类运动影响的漫衍式水文模型,提高了水文模拟对差别气候、下垫面条件、人类运动的适应性;提出了水库系统的经济特性与调理决议原理,开发了三种基于单调性的革新动态计划算法,盘算效率比传统算法提高一个数量级;建设了水库调理规则多目的群决议优化技术,乐成应用于南水北调中线丹江口水库。在输水系统多约束、多相、多历程耦合模拟方面,提出了输水明渠关键水力参数系统辨识模型与输水系统庞大多相流数值仿真理论方法,乐成应用于南水北调中线工程。

提出了渠道糙率系统辨识公式,见式(3)。该公式为论证中国长距离输水工程的输水能力提供了理论基础,国际上现有的Einstein公式、Belokon-Sabaneev公式、Larsen公式均是封冻渠道综合糙率公式的特例。式中,n为渠底糙率;R为渠道水力半径;nc为渠道综合糙率;ni为冰盖糙率;β为湿周比;a为冰封率。建立了庞大输水系统水力调控频域分析理论及闸门群优化控制技术,提出了“粗调”“细调”与“协调”作用有机衔接的长距离庞大输水系统闸门群集散控制模式,设计了闸门群控制算法。

在调水系统常态应急态水力控制技术方面,开发了长距离输水系统水力控制新技术,有效解决了高中水头、长距离、大流量有压管道输水工程水击控制难题;建设了长距离输水系统冰情预测、冰害防治与冰期运行控制技术,乐成应用于引黄济津工程、南水北调中线工程等。在长距离调水工程中,深埋长隧洞在克服高山峡谷等地形障碍、缩短空间距离等方面具有不行替代的作用。据不完全统计,中国长度在5km以上的新建成和在建跨流域调水输水隧洞工程共22座,其中,大伙房一期工程输水隧洞单洞长85km,是现在世界上已建的最长隧洞。现在,中国的以新奥法(New Austrian Tunneling Method,NATM)为焦点的深埋长隧洞修建技术在许多方面已到达了世界先进水平,施工地质灾害的超前预报及其控制技术正在逐渐走向成熟,特别是研制出拥有焦点技术和自主知识产权的全断面岩石掘进机(TBM,图12)及配套的流程化施工方法,在南水北调中线穿黄隧洞、引汉济渭穿秦岭隧洞等多个工程中获得了乐成应用。

图12 中国自主研制的8.03 m直径全断面岩石掘进机(TBM)五、巨型水电机组与抽水蓄能电站中国巨型水电站的大规模建设驱动了巨型水电设备生长。1949—1978年,中国水电设备工业由小到大取得长足生长,自主研制生产了混流式、转桨式、打击式水轮发电机组。1978年后,水电装备水平不停迈向新高度,刘家峡、龙羊峡、岩滩电站等接纳的单机容量到达了300 MW级,李家峡单机容量为400 MW,二滩单机容量为550 MW。

以三峡工程为代表,接纳了“引进、消化、吸收、再创新”的生长思路,中国大型水电装备制造业的通例水轮发电机组设计制造能力迅速提升至700 MW级。三峡和龙滩机组共30多台,单机容量到达700 MW;溪洛渡、向家坝和在建的白鹤滩、乌东德等电站,单机容量更是到达700~1000 MW。

在三峡右岸电站水电机组的研制中,哈尔滨电气团体公司通过接纳优化定子线圈换位方式与定子机座结构形式、合理选择定子铁心质料及优化设计冷却系统等技术措施,自主开发了其时世界上单机容量最大的840 MW全空冷技术水轮发电机。东方电气团体有限公司也为三峡地下电站研制了具有自主知识产权的、世界上单机容量最大的840 MW蒸发冷却水轮发电机组。现在,中国企业设计制造的800 MW级水轮发电机组已投入运行,1000 MW级机组正在研制当中。

通过宝泉、惠州和白莲河三个蓄能电站机组制造统一招标和技贸联合引进技术,依托后续的黑糜峰、蒲石河等抽水蓄能电站机组的消化吸收,抽水蓄能机组设备国产化的程序大大加速。现在,中国已形成300 MW级及以上抽水蓄能机组关键焦点技术。从2007年开始,陆续设计、制造了响水涧、清远、仙游等抽水蓄能电站的机电设备。

中国建设了高精度水力机械模型试验台,表7列出了试验台与世界各国的比力。试验台建设为开发优秀水力机械模型打下了基础,同时举行了大型水电站、抽水蓄能电站同台对比试验,为科学评标提供平台。表7 试验台参数比力表中国抽水蓄能电站建设起步晚、生长快、未来需求大。

2014年已建总装机容量达2.211×107 kW,居世界第三,约占全国电力总装机容量的2%,尚低于蓬勃国家约5%的水平,预计2030年装机为1.2×108 kW。除机组技术希望外,在全池防渗、高压引水隧洞输水、厂房抗振等方面也取得了创新结果。

提出了沥青和混凝土面板全池防渗耐久性定量设计理念,建设了室内、外老化对应关系,开发的改性沥青抗冻断温度可达–45℃,为世界最低;提出了防渗层沥青混凝土抗低温冻断、抗高温流淌的设计方法。提出了超高压输水隧洞钢衬与非钢衬的判据,提出了15 MPa超高压灌浆工艺与施工新技术;提出了厂房抗振动力学模态分析方法,实现了全历程共振频率、振动位移“双控制”。上述这些技术在天荒坪、呼和浩特等蓄能电站乐成应用,取得了良好的效果。

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六、地下洞室21世纪以来,中国的水电开发逐渐向水能资源富厚的西南高山峡谷地域转移,地下水电站在数量和规模上都有重大突破。三峡、二滩等电站的地下厂房主体洞室高跨比到达2.13~2.67,大大突破原有锚喷支护地下洞室高跨比(0.8~1.2)的一般履历规模;龙滩、溪洛渡、向家坝等电站的地下厂房跨度均已凌驾30m,最大单机容量达700~800 MW,在建的白鹤滩水电站单机容量向1000 MW迈进。这些地下厂房涉及的地下洞室群规模弘大、结构庞大,提出了一系列需要解决的关键技术难题,促进了中国地下洞室群设计水平和施工技术的迅猛生长。地下洞室建设实施以新奥法理论为基础的动态设计原则,强调设计、施工和监测三位一体,凭据监测反馈分析的结果实时优化开挖支护设计参数、接纳合适支护措施,确保了施工期的围岩稳定和宁静。

施工技术不停向集成创新方面转变,笼罩了施工的各个环节,例如:①丈量技术的生长、钻孔精度和轮廓爆破技术的提高,使开挖质量近乎完美; ②钢纤维和聚丙烯微纤维喷混凝土的应用以及岩土锚固技术的生长,联合分层分块的优选及预加固技术,使得在不良地质条件下的大洞室开挖稳定技术越发成熟; ③反井钻机和开敞式TBM掘进机的应用及滑模技术的完善,实现了长斜井和深竖井的快速施工; ④高效通风机的研制及通风方法研究,解决了庞大洞群的通风散烟难题; ⑤“平面多工序,立体多条理”工法的广泛推广,极大地提高了地下洞室群的施工速度。七、生态掩护中国的水利水电建设越来越高度关注生态情况掩护研究与实践,在水库生态调理、大坝分层取水、珍稀鱼类掩护等多个方面接纳了最为严格的措施,取得了较好的成效。近年来中国在水库生态调理的理论研究和实践应用取得了富厚结果和长足进步。水库生态调理目的已经从单一物种或种群生长到整体生态系统;生态调理控制工具由单一水库调理,生长到梯级水库群团结调理;生态调理影响规模由一段河流、河流,生长到笼罩整个流域;生态调理时段由针对目的掩护物种的生态关键期生长到全年期,甚至思量预报因素的中恒久调理。

在上述基础上,王浩院士开展了面向生态的流域综合调理研究,构建了流域生态调理理论技术体系。1999年以来,黄河流域实行全流域统一调理,三门峡、小浪底和万家寨多次实施团结调理,保证了河流的基本生态流量,制止了黄河干流断流,恢复了河口和下游的生态。

此外,通过水库生态调理,还乐成实施了珠江补淡压咸、引岳济淀等应急调水工程,修复了河流生态,维护了河流康健。中国20世纪60年月在借鉴美国、日本等国的多层式、竖井式取水口等型式的基础上,为解决水库下泄低温水问题修建了一些分层取水结构。21世纪以来,在200m、300m级特高坝建设中,进一步生长和提出了以叠梁门为代表的分层取水部署技术,解决了高坝大库分层取水进水口的水温控制及宁静运行等难题,并已在锦屏一级、溪洛渡、糯扎渡、光照等大型水电站中乐成运用。

其中,锦屏一级坝高305m,电站运行水位变幅达80m,单机引水流量为350m3·s–1,分层取水设施的运行水头、流量等规模居世界前列。围绕中华鲟自然及人工种群的掩护,中国学者在中华鲟繁育技术、中华鲟物种掩护技术、中华鲟自然种群动态及洄游运动纪律研究等方面取得了突出希望,现在已经累计向长江、珠江等放流中华鲟500万尾,为中华鲟自然种群资源的维持及掩护提供了重要保障。对掩护鱼类有需求的水利水电工程,必须建设鱼类过坝设施,中国已经研究并制定了《水利水电工程鱼道设计导则》。现在在建的珠江大藤峡、江西峡江、西藏拉洛等水利工程上都建有鱼道。

另外,为了满足水利水电工程下游生态需水要求,现在设计的所有水利水电工程都专门设置了生态放水孔洞,以保障工程从施工到运行全历程能泄放下游生态流量。八、结语未来中国的水利水电建设将向西部转移,地质条件越发庞大,生态情况越发懦弱,工程建设面临更大的挑战。但我们相信,基于已有结果和不停创新,中国的水利水电建设技术必将实现新的跨越,为世界水利水电生长做出更大的孝敬。

注:本文内容出现形式略有调整,若需可检察原文。改编原文: Jinsheng Jia.A Technical Review of Hydro-Project Development in China[J].Engineering,2016,2(3):302-312.扩展阅读:“暗”,不止于“深”——迈向认知智能与类人知识的范式转换 | 中国工程院院刊 战略研究:现代农业转型生长与食物宁静供求趋势研究 | 中国工程院院刊 水资源的可连续治理 | 中国工程院院刊 桥梁形态与美学 | 中国工程院院刊配景简介:文章2020年7月30日揭晓于微信民众号 中国工程院院刊 (前沿综述丨中国水利水电工程生长),风云之声获授权转载。责任编辑:祝阳。


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