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【大河重器奏华章 幸福河开向未来】破而后立 是荣光更是担当
文章来源:明珠集团 发布时间:2022-09-27 08:42

 

    黄河安危,事关重大。自古以来,治理好黄河事关国家政治稳定、经济和社会发展大局。历史告诉我们,泥沙问题是治黄事业的关键,然而治理泥沙工作有技巧吗?有!从历史中探寻出的答案便是:摸索规律、认识规律、掌握规律。

    历史上许多大事件,开始时甚至小到只是时间绳索上的一根线头。

    1957年4月13日,三门峡水利枢纽开工建设,作为在黄河上修建的第一座水利工程,这是新中国“除害兴利,综合开发”治河方针的一次重大实践。

    自1960年9月建成投入运用以来,三门峡水利枢纽历经半个世纪曲折发展的历程,无论是枢纽的数次改建,还是水库运用模式的变迁,其中所涉及黄河治理开发的一系列重大问题,远远超出了三门峡工程本身的意义,极大深化了社会对整个黄河乃至中外多泥沙河流客观规律的认识。三门峡枢纽的从无到有、从苦难中涅槃重生的探索历程,诠释着人民治黄里程碑的意义,践行着新中国水利建设事业探路先锋的使命,并向世界贡献着多泥沙河流治理的“中国方案”。

探索 枢纽第一次改建工程

    从“曙光就在前头”的眺望,到“万里黄河第一坝”建成的回望,有一种传承,有一份坚守,始终照亮着未来中国水电建设和多泥沙河流治理的希望。作为根治多泥沙黄河的第一个闯关工程,三门峡枢纽在60多年中取得了改建和运用成功,正是因为其历史、位置、环境等特殊性,所以它为中国和全世界多泥沙河流治理作出的重要贡献也是唯一的,极为珍贵。

    跟随历史的长镜回转,三门峡水库于1960年9月~1962年3月首次蓄水拦沙运用,最高蓄水位332.58米高程,蓄水量72.3亿立方米。然而蓄水后,库区泥沙淤积严重,在一年半的时间内水库330米高程以下淤积15.3亿吨,有93%的来沙淤在库内,其速度和部位都超出预计。1962年,原水电部决定调整三门峡水库运用模式,汛期闸门全开敞泄,只保留防御特大洪水的任务,库区泥沙淤积有所减缓,但由于泄水孔位置较高,在高程315米水位时,下泄流量只能达到3084立方米每秒,入库泥沙仍有60%淤积在库内,原设计的发电及航运等项效益更是无从谈起。

    为充分发挥三门峡枢纽在治理黄河泥沙问题中的效益,各级领导、水利届专家学者、长期研究黄河及从事治黄工作的科研人员历时两年,对三门峡枢纽“增建泄流排沙设施,加大泄流排沙能力”问题进行了三次系统、全面、科学的论证研究,最后决定,三门峡工程改建时机不能再等,确定在枢纽的左岸增建两条泄流排沙隧洞,改建5~8号4条原建的发电引水钢管为泄流排沙管道,以加大枢纽的泄流排沙能力(简称“两洞四管”)。

    1965年1月经国家计委和原水电部批准,三门峡枢纽第一次改建工程(也称增建工程)开工,由原水电部北京勘测设计院负责工程设计,原黄河三门峡工程局承担施工任务。

    “立即动手,迅速建成运用”“要雷厉风行地搞”这是当时国家领导人和原水电部给出的指示。

    正当改建工程抓紧施工之际,国家为加快推进“三线”工程建设,1965年12月,上级抽调三门峡工程局大批精干施工队伍和较多的机械设备进入四川建设大渡河上的龚咀水电站,三门峡枢纽改建工程施工进度受到了影响。为此,水电部从安徽陈村工程局紧急抽调200名施工人员,支援枢纽的隧洞混凝土浇筑……

    所有的只争朝夕,只为了日新月异。施工期间,施工人员们逢山开路遇水搭桥,先后解决了滑坡、水下清淤、水下混凝土施工和土石方开挖,以及悬崖峭壁下作业等难题。

    1967年8月12日,I号隧洞建成投运;1968年8月16日,II号隧洞建成投运。“两洞”泄流运用的时间较设计工期提前了1~2年。“四管”于1966年5月竣工,同年7月29日首次启门过水,工期仅一年半,进度提前了1年。在这期间,有几组数据记录下了当时的艰辛与不易:现场施工人员1965年12月为6515人,1966年6月为4732人,1967年12月为2603人;工程累计开挖土石方1276386立方米,浇筑混凝土141925立方米,安装金属结构2580.4吨、钢筋3802.1吨,回填灌浆17117平方米,固结灌浆8126米……

    “两洞四管”改建完成并投运后,库区淤积虽明显减少,枢纽的泄流排沙能力却仍然不足,但却为枢纽运用的进一步完善奠定了基础,为下一步改建赢得了宝贵时间,更重要的是从千锤百炼的实践中,探索出了解决水库淤积的有效途径,枢纽运用的方向逐渐清晰明朗。

追寻 枢纽第二次改建工程

    跨越了一个枢纽从无到有、从弱小到强大、从九死一生到蓬勃兴盛的漫漫岁月长河,从探寻水和沙的关系,到将目光同时放到枢纽和流域自身、反求诸己,兼顾泥沙治理,是一脉相承的,是走好治黄“赶考”之路的清醒坚定,是走得再远都不会忘记的初心使命和历史自信。

    看似寻常最崎岖,成如容易却艰辛。三门峡枢纽第一次改建工程完成后,枢纽的泄流规模增大了一倍,缓解了水库的严重泥沙淤积,但仍有20%的来沙淤在库内,根本问题尚未解决。为了能更好地发挥工程效益,1969年6月19日,相关机构和治黄专家向国家呈报了《关于三门峡水利工程改建及黄河近期治理问题的报告》,并在报告中提出三门峡水利工程要在确保下游的前提下,合理防洪排沙放淤;利用低水头径流发电,总装机20万千瓦,并入中原电力系统,向陕西、山西两省供电;按照上游发生特大洪水时敞开闸门泄洪的运用原则,对枢纽进行第二次改建(也称改建工程)。

    原水电部军事管制委员会于1969年10月在三门峡水利枢纽主持召开陕晋豫鲁和第一机械工业部等单位参加的“三门峡水利枢纽第二次改建工程方案审查会议”,围绕重新打开封闭的建坝时期施工导流底孔进一步增加泄流排沙能力,和降低水头径流发电等方面进行反复研讨,并就改建的两套方案中,关于防洪、排沙,工程安全、施工时间、模型试验等问题进行充分论证。

    1969年12月7日,原水电部军管会下达《转告国务院批准三门峡工程改建方案的意见》,初步明确关于三门峡工程二次改建方案,“先开挖表面溢流坝下三个底孔,水电站1~4号机组的引水钢管进水口高程下降,改建为低水头径流水电站并立即进行施工,通过实践到1970年上半年,再在总结施工经验的基础上,决定最后方案。”

    三门峡大坝溢流坝原建的深水孔有12个,进水口底槛高程300米;溢流坝底部有原施工导流底孔12个,进水口底槛高程280米,大坝建成后于1961年6月全部回填混凝土封堵。

    1970年1月,1~3号底孔开挖,同年4月底挖通,备受国家和水利界关注的“进水口斜门被水泥浆灌牢”“斜门提起困难”“底孔出现拉应力且加固措施没有把握”三大难题在施工实践中得到完全解决。

    值得一提的是,1~3号底孔进水口斜闸门重32.5吨,闸门前的泥沙淤积最厚处达17米,所需启门力达500吨左右。鉴于原有设备启力不足、地形限制难以增设启门设备的实际情况,施工人员采用了上提、下顶和挂钩相结合的提门办法来弥补现有简易启升机能力的不足。1970年6月25日1时30分,沉埋在淤沙中达10年的第一台进口闸门被提起,随后第二台、第三台进口斜闸门被依次提起,实现了三个底孔泄流排沙,1~3号原施工导流底孔改建圆满成功。鉴于实际效果,开挖其它5个底孔分歧已逐步统一,同年7月决定继续开挖4~8号底孔。由于剩余的4~8号溢流坝深水孔段下部的5个底孔和其上面的深水孔形成了双层孔过水,而当时尚未有过双层孔过水工程实践。后经底孔和深水孔双层过水原体试验,得出结果与原水工模型试验成果基本一致,不会影响大坝安全,双层孔泄流方案得到采纳。4~8号底孔每扇闸门门叶约50吨,依次于1971年10月上、中旬提起,并投入泄流排沙运用。

    与此同时,枢纽电站坝体钢管道改建工作接续推进,1~4号机组引水钢管的老进水口堵头混凝土浇筑、新进水口开挖、新引水管道安装、管道周围混凝土回填、顶部回填灌浆、工作闸门井的改建、新工作闸门和启闭机安装等项目相继完成;5号机组发电引水的进水口改建也如期完成,暂作为排污和泄流排沙用,1~5号所有机组进水口高程由原建的300米高程下降至287米高程,进一步增强排沙能力。

    为尽快解决有水库不能蓄水、有电站不能发电的停滞局面,按照国家计划要求,第一台机组要于1973年年底投运发电。鉴于黄河中游段泥沙多,三门峡枢纽改建涉及的发电运用水头低,水头变化较大,且原已建成的建筑物已安装了部分设备,鉴于此,水电站改建后水轮发电机组的机型选用了轴流转桨式机组,该型号机组允许水头变动幅度较大,能适应已建成厂房尺寸,采用抗磨损措施及修复均有利。发电机组的设计与试制工作由原一机部哈尔滨电机厂及有关单位承担,受限于当时运输条件,1973年9月20日机组关键设备座环才运抵工地,比计划工期推迟30天,工期异常紧迫。施工人员发扬苦干巧干精神,大搞技术革新,克服技术力量不足和技术要求高的现状,用时97天,圆满完成安装及试运行任务,首台单机容量5万千瓦机组(4号机组)于同年12月26日并网发电,其余4台单机容量5万千瓦机组也相继于1975~1979年并网发电。

    据历史资料记载,三门峡枢纽第二次改建期间(1969~1981年),共完成土石方工程531372立方米;混凝土浇筑71831立方米;钢结构安装2693吨;混凝土开挖47543立方米,安装水轮发电机组5台总计重7156吨。

    历经千磨万击,终究百炼成钢。经过两次改建,三门峡枢纽泄流排沙能力得到了极大增强,潼关以下的库区已由淤积变为冲刷,潼关以上库区在部分时段内已开始有冲刷。据相关资料记载,1970~1973年三门峡水库敞泄排沙运用期间,潼关以下冲刷出库的泥沙3.95亿立方米,出库沙量占入库沙量的比值在1971年、1972年、1973年,分别达到117.19%、137.69%、102.66%;潼关站1000立方米每秒流量的水位,已由1969年的328.7米高程,降至1973年的326.7米高程;三门峡水库330米高程以下库容较一次改建前增加10.5亿立方米;渭河下游的淤积也趋于缓和,土地盐碱化有所减轻。自1974年起,黄河下游河道的泥沙淤积量较三门峡建库前大幅度减少,同时,水库335米高程以下可长期保持防洪库容约60亿立方米,三门峡枢纽开始全面发挥防洪、防凌、灌溉、发电和供水的综合效益。

淬火 枢纽泄流工程二期改建

    纵观三门峡枢纽两次改建的历史不难看出,这是一个逐步摸索规律、认识规律、掌握规律,不断解决矛盾的过程。尤其是在确保枢纽安全、保障黄河安澜这件事上,从来都不能指望“天公作美”,从来都是靠想尽办法、用尽千方百计。

    实践证明,三门峡枢纽两次改建是成功的。但是因为三门峡枢纽是全国在多泥沙河流上兴建的第一座大坝,改建过程中,在世界范围内都没有相关的先例参考,从而忽视了泥沙对泄流建筑物的严重磨蚀问题,对因加大泄量造成流速、流态发生变化后,泄流工程下游的消能防冲问题也没有考虑充分,同时又缺乏经常性检修维护经验,1980~1981年,经检查,发现各泄流孔边壁混凝土过流面和门槽导轨埋件不同程度遭受磨蚀破坏,导致溢流坝底孔和深孔等泄流建筑物运用安全难以得到保障。 

    为解决二次改建工程过程中出现的溢流坝泄水底孔磨蚀、下游2号隧洞出口淘刷,以及进一步增大泄流规模等一系列问题,经由水利部、黄委逐级批准,确定溢流坝工程二期改建项目内容为1~8号底孔改建,打开9~10号底孔并改建,6~7号底孔增设2台600吨卷扬启闭机,3~4号深孔增设2台500吨液压启闭机、1台斜门专用启闭设备,以及2号隧洞出口加固处理等项目。

    在1984年10月至1987年2月试验性施工建成并经投运可行的基础上,三门峡枢纽泄流主体工程于1987年7月全面开工,拉开了接续二次改建工程、工期跨度20年的泄流工程二期改建:

    1987年,两套自行研制的钢叠梁围堰在三门峡枢纽2号、5号、6号3个底孔成功沉放,随后3个底孔斜门槽改建完成;其余5个底孔改建于1995年完成;

    1990年,9~10号导流底孔被改建为永久泄流排沙底孔并投运;

    1994年,一门一机全部安装完毕,通过验收并移交投运;

    1996年,2号隧洞出口加固完成,共浇筑混凝土12060立方米,方量之多、规模之大,国内罕见;

    2001年,完成增开11~12号底孔工程和1~3号底孔出口增设消能工程……

    2003年6月泄流工程二期改建基本完成,枢纽泄流规模得以增强,排沙能力得到进一步提升,满足了枢纽运用原则要求,至此三门峡枢纽二次改建工程圆满落下帷幕。

    经过泄流工程二期改建,在解决了底孔应力、抗磨蚀、进口斜门改建等问题基础上,改建、增建27个泄流孔洞投入泄流排沙运用,同时提升了启闭设施的灵活性,缩短了闸门的启闭时间,增大了调节水沙的能力,使得枢纽在发挥错峰调洪作用,确保黄河下游的防洪安全上取得了显著成效。

复兴 水库三次运用方式调整

    千山一脉,万宗同源,三门峡水利枢纽的命运从来都是同黄河、同多泥沙河流治理紧密相连。从国破山河在的年代走来,治黄事业虽曲折万千,但仍一往无前,直至在复兴路上昂首阔步……期间,三门峡枢纽的演变过程,何尝不是如今“提笔新答卷,始终厚植为民情怀,站稳人民立场”的回答呢?

    随着三门峡枢纽的建设及增建、改建进程,水库的运用方式也在不断朝着更符合水沙规律、符合实际情况、确保黄河岁岁安澜的方向改进。从蓄水拦沙,到滞洪排沙,再到蓄清排浑,三门峡枢纽为多泥沙河流水库调水调沙提供了宝贵的经验,极大丰富和发展了国内外泥沙科学理论。

    三门峡枢纽工程的发展历程是曲折的,三门峡水库的运用方式也并非是一成不变的。

    ——蓄水拦沙。在1960年9月至1962年3月期间,三门峡水库运用采用蓄水拦沙方式,水库最高蓄水位为332.58米高程,在蓄水高程以下库区共淤积泥沙15.3亿吨,由于回水淤积和地下水位升高,库区农田浸没和土地盐碱化迅速发展。与前苏联地广人稀、土地资源相对丰富的国情不同的是,我国人口多、耕地少,良田更是不可再生资源。实践证明,将前苏联“大淹没换取大库容”的规划思想照搬到黄河上,应用于1955年黄河综合规划、三门峡水利枢纽及支流拦泥水库的规划设计,试图用“淹没大片稳产高产田换取大库容”的办法进行蓄水拦沙,有悖于当时的基本国情,水库运用方式急需调整。

    ——滞洪排沙。1962年3月,按照上级单位部署,三门峡水库运用方式由蓄水拦沙改为防洪排沙(后改称滞洪排沙)。除配合下游防凌需关闸蓄水外,一般是12个深水孔敞开泄流。由于彼时三门峡枢纽泄流能力不足,1960~1964年水库下泄沙量很少,下泄水流较清,黄河下游河道共冲走泥沙23.2亿吨;1964年汛后出库泥沙较多,当年汛期最高滞洪水位为325.9米高程,水库淤积仍在继续,至1964年10月,全库区累计淤积泥沙达44.1亿立方米,其中潼关以上7.6亿立方米,潼关以下36.5亿立方米。随着1968年三门峡枢纽“两洞四管”等增建工程陆续完成并投入运用,枢纽泄流规模增大了一倍,排沙能力得到大幅提升,缓解了水库严重的泥沙淤积,但仍有20%来沙淤在库内,运用方式需要进一步考虑。

    ——蓄清排浑。伴随着三门峡枢纽二次改建工程,三门峡水库从1973年10月开始按蓄清排浑方式运用,通过水库调节度对水沙进行综合调节,在来沙量少的非汛期(11月至翌年6月)适当蓄水兴利;在来沙多的汛期降至低库水位进行防洪排沙运用。通过这种运用方式,把非汛期淤积在库内的泥沙调节到汛期(特别是洪水期)下排,以利于保持库区冲淤平衡、潼关高程稳定和下游河道减淤,充分发挥了大水带大沙的优势,提高了下游水流输沙入海的能力。据相关资料记载,1974~1987年,三门峡进库年平均来沙量为10.15亿吨,河水平均含沙量为25.1千克每立方米,黄河下游河道的淤积量年平均2.6亿吨,较建库前减少三分之一左右。

    一把钥匙开一把锁,因地制宜、分类施策,才能让水库运用更有针对性、实效性。随着泥沙条件和水库运行边界条件的变化,1991~2010年,在蓄清排浑大原则不变的前提下,根据来水来沙情况,对“蓄清”及“排浑”的调度运用指标进行了调整,使蓄清排浑运用方式更加完善。尤其是在小浪底水库投入运用之后,三门峡水库调度运用有了进一步优化空间,根据水沙条件变化和水库运用经验的总结与积累,在前期运用指标完善的基础上,对汛期运用指标进行优化,使汛期运用方式由“洪水排沙、平水兴利”,逐步完善发展到洪水期采用“空库应洪、敞泄排沙”的方式,大大提高了排沙效率,实现了防洪、减淤、兴利等多目标共赢。

    2002年,黄河防总利用黄河中游干流水库群开展黄河调水调沙实验及生产运行实践,三门峡水利枢纽在其中发挥着承上启下的关键作用。2002至2021年,在黄河调水调沙运用中,经万家寨、三门峡、小浪底等水库联合调度,三门峡水库累计出库沙量25亿吨,通过塑造异重流,小浪底水库累计出库沙量24亿吨,下游河道累计冲刷泥沙31亿吨。黄河下游主槽过流能力由2002年汛前的1800立方米每秒,增至2022年汛前的4600立方米每秒。期间,三门峡水利枢纽全力以赴传好“接力棒”,为实现水库减淤,提高黄河下游行洪能力,实现调水调沙既定目标作出了应有贡献。 

    风起于青萍之末,浪成于微澜之间。对于始终走在蓄势待发变革之路上的三门峡枢纽来说,确保黄河岁岁安澜始终是一场全新的探索。在这个过程中,三门峡枢纽深知,不立足于规律,枢纽建设就是无根之萍;不谋求创新,枢纽发展就只能是无稽之谈。面向未来,三门峡枢纽更须用“国之大者”的高度指引发展,更要用“国之大者”的担当,擘画黄河流域生态保护和高质量发展的宏伟蓝图。(华夏炎)


责任编辑:华夏炎    审核:王铎