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35米/秒的流速堪比12級(jí)臺(tái)風(fēng),三峽泄洪時(shí)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(zhǎng)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(jiān)硬的山體都能被掏空,所以很多大壩選擇將泄水口設(shè)置在底部,水壓大時(shí)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(yīng)力集中導(dǎo)致壩體破壞?。
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但水越深的地方壓強(qiáng)越大,大壩底部也是最容易受損的區(qū)域,三峽大壩能至今安然無恙,就是因?yàn)樗捎昧恕暗谷切逼?挑流”的設(shè)計(jì),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(shè)置在泄洪道末端的消力塊了,高速的水流遇見它會(huì)被直接拋向高空,水流在空中分散成無數(shù)小水滴,在與空氣摩擦后消耗掉了大量的動(dòng)能,沖擊力大幅降低,再加上動(dòng)能降低的水滴再落到河流中時(shí),距離壩體也比較遠(yuǎn),不會(huì)對(duì)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(zhǎng)江特大洪峰挑流消能就發(fā)揮了大作用。那同樣都是大壩,國(guó)外的大壩為何卻選擇不同的設(shè)計(jì),直接在水庫(kù)安裝了一個(gè)“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(jìn)行自動(dòng)泄洪,只要水位超過安全高度,水就會(huì)流入漏斗向下游排出,全程無需工作人員監(jiān)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(shè)而成,內(nèi)部暢通無阻,無需復(fù)雜的閘門控制系統(tǒng),建設(shè)成本遠(yuǎn)低于三峽的閘門式泄洪,后期維護(hù)也只需簡(jiǎn)單檢查管道,維護(hù)成本大幅降低。
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美國(guó)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了,性價(jià)比也很高。既然溢洪道設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單又省錢,為何我國(guó)大多數(shù)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(guó)情不同、需求不同。首先就是為了精準(zhǔn)防洪,我國(guó)是世界上洪水災(zāi)害非常嚴(yán)重的國(guó)家之一,長(zhǎng)江、黃河等河流的洪水流量大、來勢(shì)猛,對(duì)防洪的要求極高,而溢洪道完全由水位決定,無法調(diào)節(jié),一旦遇到特大洪水,無法短時(shí)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(gè)數(shù),精準(zhǔn)調(diào)節(jié)下泄流量,更好的掌握防洪主動(dòng)權(quán)。
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其次是多元化利用。我國(guó)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(dān)著蓄水、發(fā)電等重任,溢洪道“水滿則溢”,只要水位超過高度就會(huì)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(bǔ)水,滿足農(nóng)業(yè)和生活的用水需求,還能借此進(jìn)行水力發(fā)電,實(shí)現(xiàn)了水資源最大化利用,所以閘門式泄洪和溢洪道設(shè)計(jì)并無好壞之分,只是根據(jù)國(guó)情做出的不同選擇罷了。
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