在建規模世界第一 白鶴灘水電站都有哪些黑科技？
我們知道，世界上規模最大的水電站，是總裝機容量2250萬千瓦的三峽電站。那世界上第二大的水電站在哪里呢？答案是：也在中國。準確地說，它
準確地說，它就在三峽大壩的上游不遠處，它就是總裝機容量1600萬千瓦的白鶴灘水電站。
一條江上真的容得下兩座這么大的水電站嗎？請容我細細道來。
（一）不算不知道，整個長江竟然蘊藏著八個三峽
長江，尤其是上游的金沙江落差很大，水量豐沛，蘊藏著數不盡的水能資源，水電富集程度居世界之最。經計算，中國西南的長江水系中可供開發的水電總量可以達到8個三峽的總裝機容量。
在中國金沙江水電基地的規劃中，在三峽以上的流域中共規劃了20座大大小小的水電站，將金沙江變成了一個水庫連接一個水庫的平湖。整個梯級開發成功后，金沙江上游藏川段豐富的水能資源將借助超高壓或特高壓電網通過四川轉送華中、華東電網，成為中國“西電東送”的主力，為中國的去煤化和環境保護做出巨大貢獻。
（長江干流剖面圖）
這其中，白鶴灘水電站就是最大的一座。
它位于云南省巧家縣大寨鎮與四川省涼山彝族自治州寧南縣六城鎮交界的白鶴灘，上游與烏東德梯級電站相接，下游尾水與溪洛渡梯級電站相連，是金沙江下游河段四個梯級開發的第二級，也是發電量最大的一級。
白鶴灘水電站的攔河壩為混凝土雙曲拱壩，高289米，壩頂高834米，頂寬13米，最大底寬72米。相比起寬達2308米的三峽大壩，白鶴灘大壩顯得十分狹窄，水量也與三峽大壩有著明顯的差距。但金沙江巨大的落差使得等量的水在這里蘊藏著更加巨大的能量，看起來小小的白鶴灘水電站卻擁有著接近三峽大壩的發電能力。
可以說，在金沙江開發水電，效率高得驚人。
（二）發電量接近的三峽和白鶴灘水電站，為何形狀卻大不相同？
三峽水電站和白鶴灘水電站，作為兩個發電量接近的電站，形狀看起來卻完全不同。
三峽大壩是一條筆直的大壩，兩側很寬，又矮又長，橫截面是一個直角梯形。而白鶴灘大壩則看起來又薄又高，全壩呈水平的拱形，凸邊面向上游，兩端緊貼著峽谷壁。
是什么造成了這種區別呢？
原來，三峽大壩和白鶴灘大壩，恰好是兩類最重要水壩的典型代表：重力壩和拱壩。
水壩的兩側水壓不均，上游壓力大，下游壓力小。隨著兩側水高度差的增加，這種壓力差往往能達到十幾個大氣壓之多。水壩要想正常工作，就必須平衡這一巨大的壓力差。其中，重力壩是依靠壩體自重產生的壓力來抵消水壓力的，而拱壩則是借助于拱的形狀將水壓傳遞給兩側的巖體。
相對而言，重力壩的結構冗余度較大，因此比較安全可靠，耐久性好，可以抵抗滲漏。即使發生洪水、地震、戰爭等災難對水壩造成了破壞，只要你沒有把壩體移走，那么被破壞后完全失效的重力壩殘骸也仍然擁有擋水的能力，不會瞬間發生泄洪，對下游造成毀滅性的破壞。
對于三峽這一容不得半點閃失的國家重要樞紐工程，采用重力壩的壩體模式是十分科學的。尤其是長江在三峽段的江面十分寬闊，兩側也缺乏足夠堅固的基巖可以傳力，重力壩恰好可以應對這樣的環境。
（重力壩示意圖）
不過，對于白鶴灘水電站這樣的大壩，重力壩的模式就顯得不合時宜了。
白鶴灘水電站的落差很大，重力壩要想承擔這么高的壓力差，所需要的大壩體積將會極其驚人。這既造成極大的材料浪費，拖延工期，而且也對地基造成了巨大的壓力。
而采用拱壩模式，則大大提高了壩體的利用效率，讓大壩的每一處都能均勻受力，也大大減輕了地基的壓力。此外，由于金沙江白鶴灘處水面狹窄，兩側的山體比較堅實，恰好能夠承擔拱壩傳遞過來的水壓力。
（拱壩示意圖）
在各種拱壩形式中，白鶴灘大壩屬于形式最為科學的一類，叫做“雙曲拱壩”。它的壩體為雙曲面，受力模式最為科學，可以使拱壩的厚度減小、壩高增大。尤其是對于白鶴灘這樣的V型河谷，可以有效地節省壩體材料，同時提高安全性。
（白鶴灘的V形河谷）
（三）位處滑坡段下游，白鶴灘水電站如何保證地質安全？
白鶴灘水電站所處的位置，地質條件還算穩定，但在其上游僅5公里處就是地質學中著名的金江滑坡。這是一處在四萬五千年間經歷了四次滑動破壞的滑坡體，其堆積體積達1.58億立方米，平均厚度達56米。
金沙江中下游本來就處于印度洋板塊與亞歐板塊的碰撞斷裂帶上，這里地震頻發，巖層破碎，很容易發生地質災害。當受到地震或其它外界擾動時，這部分滑坡體是否會發生進一步變形，并對下游的壩體產生影響？（作者 清華大學土木工程博士）
對此，成都理工大學進行了專門的研究。經過細致地實地考察和數學模擬分析，研究人員發現，金江滑坡的整體穩定性很好，整體失穩的可能性不大，但仍然存在局部失穩的可能。
經計算，如果確實受到8度強烈地震的作用，滑坡體發生失穩滑落時，會在下游5公里的大壩處掀起6米左右的浪高。這雖然會對大壩的正常使用造成一定的威脅，但不存在翻壩的危險。
此外，白鶴灘水電站還有更高層面上的安全保障。
在白鶴灘水電站下游245公里處，就是與其相配合的溪洛渡水電站。它的發電量與白鶴灘水電站接近，二者相互配合，即使白鶴灘水電站發生了事故，溪洛渡水電站處所形成的次生洪峰也只會引起江水位上漲4米。
這對防洪庫容達42.8億立方米的溪洛渡巨型水利樞紐基本上不構成威脅，對于整個金沙江的安全通航和下游的防洪也不會造成威脅。
（四）幾百米高、幾十萬噸重的巨型大壩如何維持堅固？
大壩與普通建筑最大的不同點就是其體積巨大。
在幾百米、幾十萬噸的尺度上，在人類看起來堅如磐石的混凝土結構也會顯得十分柔軟。外界條件稍有變動，或是內部應力稍微錯亂，再堅硬的大壩也會像餅干一樣發生開裂乃至破壞。因此，大壩的建設者必須十分精密地計算和施工，才能讓大壩維持穩固。
大壩的建設需要面臨的首要問題，就是大壩自身的體積變化。
大壩澆筑時，混凝土本身會水化放熱，在澆筑入模后會發生體積膨脹。膨脹本身問題不大，但當后期溫度逐漸下降時，已經成型的混凝土又會發生收縮。
對于普通的建筑而言，這種收縮問題還不大；但大壩的體積巨大，內外都有很強的約束，這種收縮就會產生強大的拉應力，將壩體拉出許多的裂縫。因此，在筑壩領域向來有“無壩不裂”的說法。
然而，裂縫對于大壩質量的影響又很大。裂縫會導致大壩滲水，進而產生內部的腐蝕和結構破壞。也正因為如此，能否控制得好大壩開裂，成為了衡量大壩建造成功與否的重要標準。
為了控制裂縫，白鶴灘水電站多種措施并用。
大壩全面采用了新型低熱水泥，其水化放熱量遠低于普通水泥。這在世界上還是第一次。
對于全壩31個壩段，每一倉混凝土中都在不同位置處埋設有數支溫度傳感器和循環冷卻水管，可以實時監測混凝土內部的溫升，并進行有針對性的降溫。澆筑好的混凝土鋪著“保溫被”以隔絕外界陽光直射，現場還有降溫噴霧器隨時待命。
如此一來，大壩各處的混凝土溫度都低于設計要求2-3℃，有效地防止了開裂。
（大壩的控溫）
除了內部溫度因素外，外部的地質變動也會導致大壩變形直至開裂。白鶴灘水電站附近的巖層有一個獨特的地質現象，就是玄武巖柱狀節理。這種節理很容易產生松弛、崩落等現象。
（玄武巖柱狀節理）
針對這種不良地質環境，工程師們對表層巖體進行了錨固、強化灌漿等處理。此外，還對拱壩進行了不對稱性結構設計，對玄武巖的露出部位設置了混凝土擴大基礎，有效降低壩趾的壓應力水平，確保大壩“腳下有根”，防止大壩的不均勻沉降。
結語
2018年，白鶴灘水電站的主體結構建成，首批機組開始發電。預計到2022年，整個水電站都將徹底完工，白鶴灘將成為世界第二大水電站。
它不僅能夠自身發電，還能有效地調節金沙江的水流，增加下游溪洛渡、向家壩、三峽、葛洲壩等梯級水電站的年發電量24.3億千瓦時，明顯改善下游各梯級的電能質量，減少高峰期“廢電”，增加枯水期“有效電”，發電效益巨大。
建成后，白鶴灘水電站不僅將成為中國“西電東送”的一大主力，而且也會對地區社會經濟發展必將起到積極的帶動作用，做到“以電扶貧”。
原標題:在建規模世界第一，白鶴灘水電站都有哪些黑科技？
責任編輯：lixin
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