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? ? 黃河安危,事關重大。自古以來,治理好黃河事關國家政治穩定、經濟和社會發展大局。歷史告訴我們,泥沙問題是治黃事業的關鍵,然而治理泥沙工作有技巧嗎?有!從歷史中探尋出的答案便是:摸索規律、認識規律、掌握規律。
? ? 歷史上許多大事件,開始時甚至小到只是時間繩索上的一根線頭。
? ? 1957年4月13日,三門峽水利樞紐開工建設,作為在黃河上修建的第一座水利工程,這是新中國“除害興利,綜合開發”治河方針的一次重大實踐。
? ? 自1960年9月建成投入運用以來,三門峽水利樞紐歷經半個世紀曲折發展的歷程,無論是樞紐的數次改建,還是水庫運用模式的變遷,其中所涉及黃河治理開發的一系列重大問題,遠遠超出了三門峽工程本身的意義,極大深化了社會對整個黃河乃至中外多泥沙河流客觀規律的認識。三門峽樞紐的從無到有、從苦難中涅槃重生的探索歷程,詮釋著人民治黃里程碑的意義,踐行著新中國水利建設事業探路先鋒的使命,并向世界貢獻著多泥沙河流治理的“中國方案”。
探索 樞紐第一次改建工程
? ? 從“曙光就在前頭”的眺望,到“萬里黃河第一壩”建成的回望,有一種傳承,有一份堅守,始終照亮著未來中國水電建設和多泥沙河流治理的希望。作為根治多泥沙黃河的第一個闖關工程,三門峽樞紐在60多年中取得了改建和運用成功,正是因為其歷史、位置、環境等特殊性,所以它為中國和全世界多泥沙河流治理作出的重要貢獻也是唯一的,極為珍貴。
? ? 跟隨歷史的長鏡回轉,三門峽水庫于1960年9月~1962年3月首次蓄水攔沙運用,最高蓄水位332.58米高程,蓄水量72.3億立方米。然而蓄水后,庫區泥沙淤積嚴重,在一年半的時間內水庫330米高程以下淤積15.3億噸,有93%的來沙淤在庫內,其速度和部位都超出預計。1962年,原水電部決定調整三門峽水庫運用模式,汛期閘門全開敞泄,只保留防御特大洪水的任務,庫區泥沙淤積有所減緩,但由于泄水孔位置較高,在高程315米水位時,下泄流量只能達到3084立方米每秒,入庫泥沙仍有60%淤積在庫內,原設計的發電及航運等項效益更是無從談起。
? ? 為充分發揮三門峽樞紐在治理黃河泥沙問題中的效益,各級領導、水利屆專家學者、長期研究黃河及從事治黃工作的科研人員歷時兩年,對三門峽樞紐“增建泄流排沙設施,加大泄流排沙能力”問題進行了三次系統、全面、科學的論證研究,最后決定,三門峽工程改建時機不能再等,確定在樞紐的左岸增建兩條泄流排沙隧洞,改建5~8號4條原建的發電引水鋼管為泄流排沙管道,以加大樞紐的泄流排沙能力(簡稱“兩洞四管”)。
? ? 1965年1月經國家計委和原水電部批準,三門峽樞紐第一次改建工程(也稱增建工程)開工,由原水電部北京勘測設計院負責工程設計,原黃河三門峽工程局承擔施工任務。
? ? “立即動手,迅速建成運用”“要雷厲風行地搞”這是當時國家領導人和原水電部給出的指示。
? ? 正當改建工程抓緊施工之際,國家為加快推進“三線”工程建設,1965年12月,上級抽調三門峽工程局大批精干施工隊伍和較多的機械設備進入四川建設大渡河上的龔咀水電站,三門峽樞紐改建工程施工進度受到了影響。為此,水電部從安徽陳村工程局緊急抽調200名施工人員,支援樞紐的隧洞混凝土澆筑……
? ? 所有的只爭朝夕,只為了日新月異。施工期間,施工人員們逢山開路遇水搭橋,先后解決了滑坡、水下清淤、水下混凝土施工和土石方開挖,以及懸崖峭壁下作業等難題。
? ? 1967年8月12日,I號隧洞建成投運;1968年8月16日,II號隧洞建成投運?!皟啥础毙沽鬟\用的時間較設計工期提前了1~2年?!八墓堋庇?966年5月竣工,同年7月29日首次啟門過水,工期僅一年半,進度提前了1年。在這期間,有幾組數據記錄下了當時的艱辛與不易:現場施工人員1965年12月為6515人,1966年6月為4732人,1967年12月為2603人;工程累計開挖土石方1276386立方米,澆筑混凝土141925立方米,安裝金屬結構2580.4噸、鋼筋3802.1噸,回填灌漿17117平方米,固結灌漿8126米……
? ? “兩洞四管”改建完成并投運后,庫區淤積雖明顯減少,樞紐的泄流排沙能力卻仍然不足,但卻為樞紐運用的進一步完善奠定了基礎,為下一步改建贏得了寶貴時間,更重要的是從千錘百煉的實踐中,探索出了解決水庫淤積的有效途徑,樞紐運用的方向逐漸清晰明朗。
追尋 樞紐第二次改建工程
? ? 跨越了一個樞紐從無到有、從弱小到強大、從九死一生到蓬勃興盛的漫漫歲月長河,從探尋水和沙的關系,到將目光同時放到樞紐和流域自身、反求諸己,兼顧泥沙治理,是一脈相承的,是走好治黃“趕考”之路的清醒堅定,是走得再遠都不會忘記的初心使命和歷史自信。
? ? 看似尋常最崎嶇,成如容易卻艱辛。三門峽樞紐第一次改建工程完成后,樞紐的泄流規模增大了一倍,緩解了水庫的嚴重泥沙淤積,但仍有20%的來沙淤在庫內,根本問題尚未解決。為了能更好地發揮工程效益,1969年6月19日,相關機構和治黃專家向國家呈報了《關于三門峽水利工程改建及黃河近期治理問題的報告》,并在報告中提出三門峽水利工程要在確保下游的前提下,合理防洪排沙放淤;利用低水頭徑流發電,總裝機20萬千瓦,并入中原電力系統,向陜西、山西兩省供電;按照上游發生特大洪水時敞開閘門泄洪的運用原則,對樞紐進行第二次改建(也稱改建工程)。
? ? 原水電部軍事管制委員會于1969年10月在三門峽水利樞紐主持召開陜晉豫魯和第一機械工業部等單位參加的“三門峽水利樞紐第二次改建工程方案審查會議”,圍繞重新打開封閉的建壩時期施工導流底孔進一步增加泄流排沙能力,和降低水頭徑流發電等方面進行反復研討,并就改建的兩套方案中,關于防洪、排沙,工程安全、施工時間、模型試驗等問題進行充分論證。
? ? 1969年12月7日,原水電部軍管會下達《轉告國務院批準三門峽工程改建方案的意見》,初步明確關于三門峽工程二次改建方案,“先開挖表面溢流壩下三個底孔,水電站1~4號機組的引水鋼管進水口高程下降,改建為低水頭徑流水電站并立即進行施工,通過實踐到1970年上半年,再在總結施工經驗的基礎上,決定最后方案?!?/span>
? ? 三門峽大壩溢流壩原建的深水孔有12個,進水口底檻高程300米;溢流壩底部有原施工導流底孔12個,進水口底檻高程280米,大壩建成后于1961年6月全部回填混凝土封堵。
? ? 1970年1月,1~3號底孔開挖,同年4月底挖通,備受國家和水利界關注的“進水口斜門被水泥漿灌牢”“斜門提起困難”“底孔出現拉應力且加固措施沒有把握”三大難題在施工實踐中得到完全解決。
? ? 值得一提的是,1~3號底孔進水口斜閘門重32.5噸,閘門前的泥沙淤積最厚處達17米,所需啟門力達500噸左右。鑒于原有設備啟力不足、地形限制難以增設啟門設備的實際情況,施工人員采用了上提、下頂和掛鉤相結合的提門辦法來彌補現有簡易啟升機能力的不足。1970年6月25日1時30分,沉埋在淤沙中達10年的第一臺進口閘門被提起,隨后第二臺、第三臺進口斜閘門被依次提起,實現了三個底孔泄流排沙,1~3號原施工導流底孔改建圓滿成功。鑒于實際效果,開挖其它5個底孔分歧已逐步統一,同年7月決定繼續開挖4~8號底孔。由于剩余的4~8號溢流壩深水孔段下部的5個底孔和其上面的深水孔形成了雙層孔過水,而當時尚未有過雙層孔過水工程實踐。后經底孔和深水孔雙層過水原體試驗,得出結果與原水工模型試驗成果基本一致,不會影響大壩安全,雙層孔泄流方案得到采納。4~8號底孔每扇閘門門葉約50噸,依次于1971年10月上、中旬提起,并投入泄流排沙運用。
? ? 與此同時,樞紐電站壩體鋼管道改建工作接續推進,1~4號機組引水鋼管的老進水口堵頭混凝土澆筑、新進水口開挖、新引水管道安裝、管道周圍混凝土回填、頂部回填灌漿、工作閘門井的改建、新工作閘門和啟閉機安裝等項目相繼完成;5號機組發電引水的進水口改建也如期完成,暫作為排污和泄流排沙用,1~5號所有機組進水口高程由原建的300米高程下降至287米高程,進一步增強排沙能力。
? ? 為盡快解決有水庫不能蓄水、有電站不能發電的停滯局面,按照國家計劃要求,第一臺機組要于1973年年底投運發電。鑒于黃河中游段泥沙多,三門峽樞紐改建涉及的發電運用水頭低,水頭變化較大,且原已建成的建筑物已安裝了部分設備,鑒于此,水電站改建后水輪發電機組的機型選用了軸流轉槳式機組,該型號機組允許水頭變動幅度較大,能適應已建成廠房尺寸,采用抗磨損措施及修復均有利。發電機組的設計與試制工作由原一機部哈爾濱電機廠及有關單位承擔,受限于當時運輸條件,1973年9月20日機組關鍵設備座環才運抵工地,比計劃工期推遲30天,工期異常緊迫。施工人員發揚苦干巧干精神,大搞技術革新,克服技術力量不足和技術要求高的現狀,用時97天,圓滿完成安裝及試運行任務,首臺單機容量5萬千瓦機組(4號機組)于同年12月26日并網發電,其余4臺單機容量5萬千瓦機組也相繼于1975~1979年并網發電。
? ? 據歷史資料記載,三門峽樞紐第二次改建期間(1969~1981年),共完成土石方工程531372立方米;混凝土澆筑71831立方米;鋼結構安裝2693噸;混凝土開挖47543立方米,安裝水輪發電機組5臺總計重7156噸。
? ? 歷經千磨萬擊,終究百煉成鋼。經過兩次改建,三門峽樞紐泄流排沙能力得到了極大增強,潼關以下的庫區已由淤積變為沖刷,潼關以上庫區在部分時段內已開始有沖刷。據相關資料記載,1970~1973年三門峽水庫敞泄排沙運用期間,潼關以下沖刷出庫的泥沙3.95億立方米,出庫沙量占入庫沙量的比值在1971年、1972年、1973年,分別達到117.19%、137.69%、102.66%;潼關站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;三門峽水庫330米高程以下庫容較一次改建前增加10.5億立方米;渭河下游的淤積也趨于緩和,土地鹽堿化有所減輕。自1974年起,黃河下游河道的泥沙淤積量較三門峽建庫前大幅度減少,同時,水庫335米高程以下可長期保持防洪庫容約60億立方米,三門峽樞紐開始全面發揮防洪、防凌、灌溉、發電和供水的綜合效益。
淬火 樞紐泄流工程二期改建
? ? 縱觀三門峽樞紐兩次改建的歷史不難看出,這是一個逐步摸索規律、認識規律、掌握規律,不斷解決矛盾的過程。尤其是在確保樞紐安全、保障黃河安瀾這件事上,從來都不能指望“天公作美”,從來都是靠想盡辦法、用盡千方百計。
? ? 實踐證明,三門峽樞紐兩次改建是成功的。但是因為三門峽樞紐是全國在多泥沙河流上興建的第一座大壩,改建過程中,在世界范圍內都沒有相關的先例參考,從而忽視了泥沙對泄流建筑物的嚴重磨蝕問題,對因加大泄量造成流速、流態發生變化后,泄流工程下游的消能防沖問題也沒有考慮充分,同時又缺乏經常性檢修維護經驗,1980~1981年,經檢查,發現各泄流孔邊壁混凝土過流面和門槽導軌埋件不同程度遭受磨蝕破壞,導致溢流壩底孔和深孔等泄流建筑物運用安全難以得到保障。?
? ? 為解決二次改建工程過程中出現的溢流壩泄水底孔磨蝕、下游2號隧洞出口淘刷,以及進一步增大泄流規模等一系列問題,經由水利部、黃委逐級批準,確定溢流壩工程二期改建項目內容為1~8號底孔改建,打開9~10號底孔并改建,6~7號底孔增設2臺600噸卷揚啟閉機,3~4號深孔增設2臺500噸液壓啟閉機、1臺斜門專用啟閉設備,以及2號隧洞出口加固處理等項目。
? ? 在1984年10月至1987年2月試驗性施工建成并經投運可行的基礎上,三門峽樞紐泄流主體工程于1987年7月全面開工,拉開了接續二次改建工程、工期跨度20年的泄流工程二期改建:
? ? 1987年,兩套自行研制的鋼疊梁圍堰在三門峽樞紐2號、5號、6號3個底孔成功沉放,隨后3個底孔斜門槽改建完成;其余5個底孔改建于1995年完成;
? ? 1990年,9~10號導流底孔被改建為永久泄流排沙底孔并投運;
? ? 1994年,一門一機全部安裝完畢,通過驗收并移交投運;
? ? 1996年,2號隧洞出口加固完成,共澆筑混凝土12060立方米,方量之多、規模之大,國內罕見;
? ? 2001年,完成增開11~12號底孔工程和1~3號底孔出口增設消能工程……
? ? 2003年6月泄流工程二期改建基本完成,樞紐泄流規模得以增強,排沙能力得到進一步提升,滿足了樞紐運用原則要求,至此三門峽樞紐二次改建工程圓滿落下帷幕。
? ? 經過泄流工程二期改建,在解決了底孔應力、抗磨蝕、進口斜門改建等問題基礎上,改建、增建27個泄流孔洞投入泄流排沙運用,同時提升了啟閉設施的靈活性,縮短了閘門的啟閉時間,增大了調節水沙的能力,使得樞紐在發揮錯峰調洪作用,確保黃河下游的防洪安全上取得了顯著成效。
復興 水庫三次運用方式調整
? ? 千山一脈,萬宗同源,三門峽水利樞紐的命運從來都是同黃河、同多泥沙河流治理緊密相連。從國破山河在的年代走來,治黃事業雖曲折萬千,但仍一往無前,直至在復興路上昂首闊步……期間,三門峽樞紐的演變過程,何嘗不是如今“提筆新答卷,始終厚植為民情懷,站穩人民立場”的回答呢?
? ? 隨著三門峽樞紐的建設及增建、改建進程,水庫的運用方式也在不斷朝著更符合水沙規律、符合實際情況、確保黃河歲歲安瀾的方向改進。從蓄水攔沙,到滯洪排沙,再到蓄清排渾,三門峽樞紐為多泥沙河流水庫調水調沙提供了寶貴的經驗,極大豐富和發展了國內外泥沙科學理論。
? ? 三門峽樞紐工程的發展歷程是曲折的,三門峽水庫的運用方式也并非是一成不變的。
? ? ——蓄水攔沙。在1960年9月至1962年3月期間,三門峽水庫運用采用蓄水攔沙方式,水庫最高蓄水位為332.58米高程,在蓄水高程以下庫區共淤積泥沙15.3億噸,由于回水淤積和地下水位升高,庫區農田浸沒和土地鹽堿化迅速發展。與前蘇聯地廣人稀、土地資源相對豐富的國情不同的是,我國人口多、耕地少,良田更是不可再生資源。實踐證明,將前蘇聯“大淹沒換取大庫容”的規劃思想照搬到黃河上,應用于1955年黃河綜合規劃、三門峽水利樞紐及支流攔泥水庫的規劃設計,試圖用“淹沒大片穩產高產田換取大庫容”的辦法進行蓄水攔沙,有悖于當時的基本國情,水庫運用方式急需調整。
? ? ——滯洪排沙。1962年3月,按照上級單位部署,三門峽水庫運用方式由蓄水攔沙改為防洪排沙(后改稱滯洪排沙)。除配合下游防凌需關閘蓄水外,一般是12個深水孔敞開泄流。由于彼時三門峽樞紐泄流能力不足,1960~1964年水庫下泄沙量很少,下泄水流較清,黃河下游河道共沖走泥沙23.2億噸;1964年汛后出庫泥沙較多,當年汛期最高滯洪水位為325.9米高程,水庫淤積仍在繼續,至1964年10月,全庫區累計淤積泥沙達44.1億立方米,其中潼關以上7.6億立方米,潼關以下36.5億立方米。隨著1968年三門峽樞紐“兩洞四管”等增建工程陸續完成并投入運用,樞紐泄流規模增大了一倍,排沙能力得到大幅提升,緩解了水庫嚴重的泥沙淤積,但仍有20%來沙淤在庫內,運用方式需要進一步考慮。
? ? ——蓄清排渾。伴隨著三門峽樞紐二次改建工程,三門峽水庫從1973年10月開始按蓄清排渾方式運用,通過水庫調節度對水沙進行綜合調節,在來沙量少的非汛期(11月至翌年6月)適當蓄水興利;在來沙多的汛期降至低庫水位進行防洪排沙運用。通過這種運用方式,把非汛期淤積在庫內的泥沙調節到汛期(特別是洪水期)下排,以利于保持庫區沖淤平衡、潼關高程穩定和下游河道減淤,充分發揮了大水帶大沙的優勢,提高了下游水流輸沙入海的能力。據相關資料記載,1974~1987年,三門峽進庫年平均來沙量為10.15億噸,河水平均含沙量為25.1千克每立方米,黃河下游河道的淤積量年平均2.6億噸,較建庫前減少三分之一左右。
? ? 一把鑰匙開一把鎖,因地制宜、分類施策,才能讓水庫運用更有針對性、實效性。隨著泥沙條件和水庫運行邊界條件的變化,1991~2010年,在蓄清排渾大原則不變的前提下,根據來水來沙情況,對“蓄清”及“排渾”的調度運用指標進行了調整,使蓄清排渾運用方式更加完善。尤其是在小浪底水庫投入運用之后,三門峽水庫調度運用有了進一步優化空間,根據水沙條件變化和水庫運用經驗的總結與積累,在前期運用指標完善的基礎上,對汛期運用指標進行優化,使汛期運用方式由“洪水排沙、平水興利”,逐步完善發展到洪水期采用“空庫應洪、敞泄排沙”的方式,大大提高了排沙效率,實現了防洪、減淤、興利等多目標共贏。
? ? 2002年,黃河防總利用黃河中游干流水庫群開展黃河調水調沙實驗及生產運行實踐,三門峽水利樞紐在其中發揮著承上啟下的關鍵作用。2002至2021年,在黃河調水調沙運用中,經萬家寨、三門峽、小浪底等水庫聯合調度,三門峽水庫累計出庫沙量25億噸,通過塑造異重流,小浪底水庫累計出庫沙量24億噸,下游河道累計沖刷泥沙31億噸。黃河下游主槽過流能力由2002年汛前的1800立方米每秒,增至2022年汛前的4600立方米每秒。期間,三門峽水利樞紐全力以赴傳好“接力棒”,為實現水庫減淤,提高黃河下游行洪能力,實現調水調沙既定目標作出了應有貢獻。?
? ? 風起于青萍之末,浪成于微瀾之間。對于始終走在蓄勢待發變革之路上的三門峽樞紐來說,確保黃河歲歲安瀾始終是一場全新的探索。在這個過程中,三門峽樞紐深知,不立足于規律,樞紐建設就是無根之萍;不謀求創新,樞紐發展就只能是無稽之談。面向未來,三門峽樞紐更須用“國之大者”的高度指引發展,更要用“國之大者”的擔當,擘畫黃河流域生態保護和高質量發展的宏偉藍圖。(華夏炎)
責任編輯:華夏炎? ? 審核:王鐸