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35米/秒的流速堪比12級臺風,三峽泄洪時江水沖天砸下,每秒4.9萬方的沖擊力能輕易掏空巖石,為何三峽大壩卻安然無恙呢?
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三峽大壩作為長江流域的核心防洪工程,巨量的洪水如果直接沖擊壩角或下游河床,別說是鋼筋混凝土了,就算是堅硬的山體都能被掏空,所以很多大壩選擇將泄水口設置在底部,水壓大時排出水流的流速更快,底部的位置不僅能方便大壩排出泥沙防止淤積,還能避免局部應力集中導致壩體破壞?。
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但水越深的地方壓強越大,大壩底部也是最容易受損的區域,三峽大壩能至今安然無恙,就是因為它采用了“倒三角斜坡+挑流”的設計,選擇讓水流“上天”而不是“鉆地”。
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這就不得不說一下設置在泄洪道末端的消力塊了,高速的水流遇見它會被直接拋向高空,水流在空中分散成無數小水滴,在與空氣摩擦后消耗掉了大量的動能,沖擊力大幅降低,再加上動能降低的水滴再落到河流中時,距離壩體也比較遠,不會對壩基和下游河床造成直接沖刷,破壞力自然也降到了最小。
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像2020年的長江特大洪峰挑流消能就發揮了大作用。那同樣都是大壩,國外的大壩為何卻選擇不同的設計,直接在水庫安裝了一個“大漏斗”呢?
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這種大漏斗也叫“溢洪道”,它的原理就是利用了水位差來進行自動泄洪,只要水位超過安全高度,水就會流入漏斗向下游排出,全程無需工作人員監控和操作,更加省心省力。
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并且溢洪道是直接用水泥管道鋪設而成,內部暢通無阻,無需復雜的閘門控制系統,建設成本遠低于三峽的閘門式泄洪,后期維護也只需簡單檢查管道,維護成本大幅降低。
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美國的胡佛大壩就是典型代表,兩條溢洪道像大滑梯一樣從壩頂延伸到下游,結構簡單明了,性價比也很高。既然溢洪道設計簡單又省錢,為何我國大多數大壩都不采用,反而是選擇成本更高的閘門式泄洪呢?
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不是不想,而是國情不同、需求不同。首先就是為了精準防洪,我國是世界上洪水災害非常嚴重的國家之一,長江、黃河等河流的洪水流量大、來勢猛,對防洪的要求極高,而溢洪道完全由水位決定,無法調節,一旦遇到特大洪水,無法短時間排出巨量洪水,極易為下游帶來防洪壓力。
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而三峽大壩這樣的閘門式泄洪,可以通過控制閘門開啟個數,精準調節下泄流量,更好的掌握防洪主動權。
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其次是多元化利用。我國的水資源分布極為不均,南多北少、汛期枯水期差異大,所以很多大壩除了具備防洪功能,還承擔著蓄水、發電等重任,溢洪道“水滿則溢”,只要水位超過高度就會白白流走,無法充分利用。
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而閘門式泄洪卻能汛期防洪、枯期補水,滿足農業和生活的用水需求,還能借此進行水力發電,實現了水資源最大化利用,所以閘門式泄洪和溢洪道設計并無好壞之分,只是根據國情做出的不同選擇罷了。
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