糯扎渡:中国土石坝的里程碑工程
发布时间:2022-12-30
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赶上电站投产发电十周年

时值金秋,我们坐火车从昆明到普洱,植被在车窗外肉眼可见地茂密起来,虽然云南被称作植物王国、彩云之南,但不得不说,澜沧江下游的普洱、西双版纳地区更是其中翘楚。目之所及,蔚蓝的天空仿佛被水洗过,高山茂林看不见土壤的颜色,即使在城市里,花草树木也是绝对的主角儿。出了普洱火车站,生生有了一种来旅行度假的错觉。体内回归大自然的原始情感被点燃,我们逐渐变得欢欣雀跃起来。没想到在糯扎渡水电站,每个电厂员工脸上也挂着同样欢欣雀跃的表情。吃饭时间,食堂坐得满满当当,大家一边进食一边小声交流,愉悦的情绪在空气中弥漫。我立马“侦探”到“有情况”,原来两天后就是电站首台机组发电十周年,电厂职工已经提前预热起来,举办了各种各样的体育竞技比赛。这几天绝大部分员工都齐聚电厂,以各种形式的活动迎接2022年9月6日——糯扎渡水电站发电十周年纪念日的到来。刚好,我们赶上了这样的盛况。

糯扎渡水电站

糯扎渡水电站位于云南省普洱市思茅区和澜沧县的交界的澜沧江下游干流上,是澜沧江上最大的水电工程,总装机容量585万千瓦,保证出力2506兆瓦,设计多年平均发电量239.12亿千瓦时。工程以发电为主,兼具防洪、改善下游航运、灌溉、渔业、旅游和环保等综合效益。

糯扎渡水电站工程规模巨大,创新成果突出,为我国300米级心墙堆石坝的建设、质量管控、运行管理及规范标准的制定提供了宝贵的经验,是中国乃至亚洲超高土石坝的里程碑式工程。

英雄过江的地方

第一站,终于见到了糯扎渡的砾石土心墙堆石坝。

来之前我一直很疑惑,21世纪前十年,是我国水利水电行业全面、高速发展时期,也是我国水库大坝建设技术进步的黄金10年,而在这一时期开工建设的糯扎渡水电站,为什么选择了非常传统的土石坝,而非这一时期比较常见的混凝土坝型。而且,就土石坝建设而言,国内现行规范仅适用于200米以内的大坝,而糯扎渡的坝高达到了261.5米,从国内外水电行业来看,300米级别的土石坝并无多少经验可借鉴。对于这样巨量级土石坝而言,工程规模一旦变大之后,其建设难度就会由量变引起质变,呈几何级数方式增长。

到现场后,谜底终于揭开。奔流而下的澜沧江到了糯扎渡,山势突然收窄,生生束出了个“小蛮腰”。糯扎渡是拉祜族语言,对应的汉语意思是英雄过江的地方,可见此处水流之湍急,地势之险峻。但这样的地形,恰恰适合修建水电站。不仅地形条件好,糯扎渡的地质条件也相对完美,坝址区分布的岩层主要包括花岗岩体和砂泥岩地层,坝基部位主要为花岗岩,岩性单一,砂泥岩主要分布在左岸坝顶以上平台部位。坝址河床及左岸岩体浅风化、断层规模小而且少,岩体完整性较好。唯独坝基右岸的构造软弱岩带规模较大,且走向平行岸坡、倾向坡内,工程性状差,是糯扎渡水电站主要工程地质问题之一。因此,经过综合比较,电站建设者选择了能较好适应坝基工程地质条件且基础处理工程较为简单的心墙堆石坝坝型。

糯扎渡工程枢纽区

蓄水之后的糯扎渡水库特别美,不似一般水库蓄水后形成的平湖如镜,这里的澜沧江是有风浪的。天晴时浪小,阳光如碎金般撒在水面上,又被一朵朵小浪花推攘着往岸边涌去;下雨时浪大,将我们乘坐的快艇打得左摇右晃。9月的天就像孩子的脸,我们在细雨蒙蒙中乘船观赏了水库,下船时已经是“也无风雨也无晴”。不过我惊喜地发现,水的颜色变了,从刚才的浅绿变成了浅蓝,工作人员告诉我,这里的水一年会变12种颜色,不仅会随着天气和季节变化,不同时间不同角度颜色也不一样,“不过这里的水质是达到二类饮用水质标准的,变的应该是外部因素。”

宽厚雄伟的大坝

糯扎渡水电站于2004年筹建,2012年首台机组发电,2014年全部机组投产,是“西电东送”和“云电外送”的主要电源点。电站枢纽工程由砾石土心墙堆石坝、左岸开敞式溢洪道及消力塘、左右岸各一条泄洪洞、左岸饮水发电系统及地面副厂房、出线场、下游护岸工程等组成。整个大坝枢纽区仿佛一个美丽的大花园,工作人员向我们“抱怨”这里草木疯长,刚刚修剪过几天的草地和花坛,一场雨就恢复原样,更遑论在路上大摇大摆出现的野生动物,完全把自己当作了这里的主人。我们从中多少听出了些“凡尔赛”的意味,却不得不承认,这里的自然环境的确如同人间仙境。

大坝坝面上修建了“之”字形道路,应该说是连环“之”字,从坝顶到坝底,宽阔的双向行车道蜿蜒而下,我们坐车在上面穿行,新奇不已。与混凝土坝型相比起来,糯扎渡格外敦实而宽厚,让靠近它的人类显得渺小如蚂蚁。但就是这么一个庞大的工程,却最害怕白蚁的侵蚀。“千里之堤,愧于蚁穴”,在糯扎渡的一个展厅里,我见到了在电站附近挖出的一米多高的白蚁巢穴,密密麻麻的穴孔看得人密集恐惧症都犯了。幸而糯扎渡水电站建立了集“诱、杀、控”为一体的土石坝白蚁综合防治体系,成功将电站枢纽区蚁患率降至0.97以下,禁止区蚁患率始终保持在0%,获得了多项专利及奖项,保证了工程的安全运行。

美丽的糯扎渡水电站

糯扎渡砾石土心墙堆石坝坝顶高程为821.5米,心墙基础最低建基面为560米,最大坝高为261.5米。坝顶宽度为18米,上游坝坡坡度为1:1.9,下游坝坡坡度为1:1.8。坝体中央为直立心墙,心墙两侧为反滤层,反滤层外是堆石体坝壳。我们从外部只能看到坝面上密布的石块儿。“可以想象一下,最里面的心墙掺的石子最细最少,越往外面石子就越粗越多。”工作人员这样一解释,大坝的剖面图就在眼前形象地展开。

开敞式溢洪道布置于左岸平台靠岸边侧,呈直线布置,采用挑流与消力塘消能,消力塘采用护岸不护底的衬砌形式。现场看过去,开敞式溢洪道就像一个巨型滑滑梯,渠道到消力塘末端的水平总长度为1445米,宽151米。我们当场提问工作人员,为何消力塘护岸不护底?巨大的洪流从顶端冲下,会不会把消力塘底部冲出一个大坑?”“消力塘底部本来就是坚硬的花岗岩,而且采用了消力塘护岸边界底板的新型结构形式,可以保护消力塘底板不被冲损,所以不需要混凝土衬砌,护岸是怕从消力塘迸出的洪水冲刷两岸植被和土壤。”工作人员向我们仔细介绍道,“不过这条溢洪道是为了应对特大洪水修建的,目前还没有派上用场,只是在实验时使用过一次。”

糯扎渡的红色黏土心墙原料

糯扎渡的主要工程材料来自于就地取材,这里富产一种红色土壤,黏性强,密度大,非常适合作为心墙的原料。为了充分利用工程开挖料作为坝体填筑料,减少料场补充开采量,不仅是心墙料,包括堆石料、反滤料、接触黏土及护坡石块儿都优先使用工程开挖料。据统计,糯扎渡工程主要建筑物土石方开挖总量约5345.66*104立方米,坝体填筑总量为3268.42*104立方米,回填率达到半数以上,这种“回收再利用”的方法不仅最大限度降低了对环境的影响,同时也节约了成本,缩短了工期。

于高山之巅,看大河奔涌

糯扎渡水库

第一次见到这样宽厚雄伟的大坝,坝面上还可以跑车,难以想象这个庞然大物是怎样建设起来的。工作人员告诉我们,当时的糯扎渡是亚洲最高的土石坝,比之前建成的小浪底、瀑布沟工程跨越了约100米级台阶,建设过程中缺乏现成的经验以供借鉴,急需针对“高水头、大体积、大变形”条件下260米高以上超高心墙堆石坝成套筑坝技术进行研究。

糯扎渡水电站是国内首次建设300米级心墙堆石坝,是超规范、超经验的世界级里程碑式工程,每一步都是摸索前行。

就大坝而言,随着坝高增加,坝体沉降变形量迅速增加,变形控制难度越来越大,作为当时中国最高的土石坝,糯扎渡天然土料不能满足用量需求。建设人员及专家提出掺人工碎石防渗土料的解决方案,并通过开展室内和大型现场试验研究,确定了既满足变形要求且经济合理的掺入比例(35%),并制定了防渗、力学等合适的设计指标参数要求。这一举动在之前的土石坝中是没有先例的,大家潜意识里都认为掺入石子的土心墙防渗功能肯定会大打折扣,但实验数据表明,采用掺人工碎石防渗土料后,心墙土料压缩模量提高近一倍,使坝体沉降变形大幅减小,同时防渗性能也很好。根据大坝建成后的监测资料显示,大坝实际变形及渗流量指标均远远优于国内外同类工程。

糯扎渡大坝施工场景

建设者们还开创了平铺立采的掺合方法,以及合适的土、石铺层厚度和具体的掺合工艺;研发了600毫米直径超大型击实仪,并与等量替代法进行相关对比分析,确定了152毫米三点快速击实法检测心墙掺砾石土料填筑质量的快速检测方法,提高了检测效率。首次系统提出了人工碎石掺砾防渗土料设计、施工工艺、质量控制成套技术。

现如今糯扎渡作为国内最高土石坝的纪录已被2021年投产发电的雅砻江两河口水电站打破,两河口水电站最大坝高295米。虽说作为当地材料坝,每一座土石坝都有着独一无二的地形地质、水文气象、筑坝料源等外部环境制约条件,其工程难点也各不相同,但糯扎渡电站作为国内首个已建成的300米级超高土心墙堆石坝,依然给后来者留下了许多宝贵经验。而中国的筑坝技术,正是在无数次摸索中勇于创新,又无数次站在巨人肩膀上砥砺攀登后,最终到达世界巅峰。

于高山之巅,方见大河奔涌;于群峰之上,更觉长风浩荡。

土石坝一点也不“土”

由于填筑物料为石料、黏土等材料,一般人眼里的土石坝“土气”十足,与混凝土大坝相比,土石坝体型巨大,显得粗犷豪放,给人以“科技含量不够”的印象,但是走进糯扎渡才知道,土石坝不仅不土,反而科技又环保。

糯扎渡工程建设过程中,建设者们不仅对超高心墙堆石坝的特性、计算分析方法、坝体结构、抗震措施、施工工艺及质量控制标准展开了系统深入的研究,解决了制约超高心墙堆石坝筑坝关键技术问题,还首次成功研发了“数字大坝”系统,实现了对坝料来源、质量、施工工艺和方法等全过程实时、在线监控,确保了大坝的施工质量优良,是世界大坝建设质量控制技术的重大创新。

对于大坝以外的附属建筑,建设者们提出了消力塘护岸运动边界底板的新型结构形式,不仅减少底板混凝土方量16.1万立方米,降低了施工难度,还大大减小了消力塘底板冲损风险,提高了运行安全性;研发并建成叠梁门分层取水新型进水口,有效控制了下泄水温,为鱼类繁衍创造了良好条件。

糯扎渡地下厂房开挖时期

地下主、副厂房修建在左岸山体当中,总长418米,最大跨度31米,最大高度81.6米,布置9台单机容量为65万千瓦的发电机组。尾水调压室为圆筒式,尾水隧洞共3条,三台机组共用一个调压室和一条尾水隧洞。糯扎渡地下引水发电系统规模巨大,由140条地下洞室群组成。地下厂房的所在的山体全是坚硬的花岗岩,开挖难度很大,“人家打洞子就怕地质条件不好,容易塌方,需要各种支撑锚固,我们地质条件太好了也愁,挖不动啊,太硬了,体量太大了。”工作人员又开始向我们笑着“抱怨”,“为了布置出线厂等设施,半个山头都被平整了,花岗岩的山啊。”难怪地下厂房顶部似一座平整的小花园,我们曾在上面向下眺望深不见底的出线口,丝毫没意识到这里原来是一座高山,并且是将澜沧江“掐”成小蛮腰,为修建糯扎渡电站创造条件的两山之一,实在失敬。

糯扎渡地下厂房

糯扎渡工程建成投产后,电站生产运营坚持智能化发展道路,努力探索“状态检修、运维合一、无人值班”的新型生产管理模式,终于在首台机组投产发电8周年之际,2020年9月6日9时6分6秒,正式实施无人值班。

无人值班模式是现代化巨型水电厂值班方式改革和发展的高级阶段,不是简单地将运行人员从中控室撤出,而是涉及电厂人员素质、思想观念及电厂机组设备自动化水平、应急处置能力及运行管理机制等方面的复杂系统工程,是创建国际一流水电厂、打造智慧电厂的必经之路。

生态底色绘就绿野仙踪

从电站枢纽区回到电厂生产管理营地,就仿佛走进了一个绿野仙踪的童话世界,小桥流水、亭台楼榭掩映在高大的树木之间,番石榴、芒果挂在树上散发着香甜的气息。

营地后面的芒果树

大中河从营地中间穿过,夏天时这里定是荷香阵阵,而秋天河中只留下枝枝残荷,以及让人眼见生馋的肥硕莲蓬,有的正绿得生动饱满,有的已经干枯成艺术风骨。营地里最多的便是各种蕉类和铁树,它们都有宽大的叶子和直挺的树干,让人有些分不清,直到工作人员把我们带到了珍稀植物园。

篦齿苏铁

珍稀植物园就建在厂区营地内,占地约100亩,包含珍稀植物保护区40亩,珍贵植物园区10亩,苗圃区15亩,珍稀植被抚育区35亩。主要对枢纽区及水库淹没区分布的2种国家一级保护植物宽叶苏铁和篦齿苏铁,9种国二级保护植物如疣粒野生稻、金毛狗、中华桫椤、苏铁蕨、合果木、千果榄仁、勐仑翅子树、黑黄檀、红椿、金荞麦及其它珍贵植物和群落进行迁地保护移栽。起初我们多次从营地路边经过,只觉得各种植物生机盎然,长势极好,还有一个个木牌上写着关于它们的介绍,却丝毫没意识到这就是珍稀植物园。工作人员向我们仔细介绍了宽叶苏铁和篦齿苏铁,也就是我们在营地里看到最多的植物,它们是这里唯二的国家一级保护植物,且确实观赏性极高。

疣粒野生稻

二级保护植物有9种,“这是疣粒野生稻,你看这小小的颗粒就是它的种子,别看它长得像野草一样不起眼,它可是杂交水稻的母种之一,非常古老。”工作人员给我们一一介绍着它们的身份和长势,“这是小花龙血树,是由云南西双版纳植物园已故的蔡希陶教授为了寻找用于枪伤的快速止血药——血竭的代用品而发现的,观赏价值也很高。”

小叶龙血树

我开玩笑说这个珍稀植物园建得好,不仅可以供员工日常观赏,还能让珍稀植物知识科普于无形当中。工作人员说他们营地不仅有植物园,还有个“动物园”以及鱼类增殖站。我们步行去看,本以为营地内的鱼类增殖站会很小,没想到这里建有20余个大大小小的露天水池,池壁上插着标牌,上面写着各种拗口的名字“巨魾”、“中华刀鲇”、“叉尾鲇”、“中国结鱼”等。十年里,糯扎渡鱼类人工增殖技术不断取得突破,先后实现巨魾、中国结鱼人工增殖成功,实现中华刀鲇人工驯养,每年人工增殖鱼苗4-8万尾。巨魾为国内首次人工繁育成功,开创了世界上首个鮡科鱼类人工繁育纪录。

鱼类增殖站

截至目前,电站累计组织人工增殖放流活动29次,放流叉尾鲇、巨魾、中国结鱼等鱼苗38.62万尾。为促进上、下游鱼类基因交流,糯扎渡电站每年春、秋开展网捕过坝,累计捕捞放流中国结鱼、云南四须鲃、长臀刀鲇、中华刀鲇及其它鱼类10万余尾,为优化澜沧江水域群落结构,保护鱼类资源和生物多样性做出了积极贡献。

糯扎渡库区鱼类增殖放流

邂逅“熊大熊二”

鱼类增殖站不远处就是野生动物拯救站,也被职工们戏称为足不出户就能看到的“动物园”,它是全国第一个由水电企业投资建设、运行管理的野生动物拯救站。

俯瞰野生动物拯救站

我们去的那天阳光很好,许多动物都在院子里晒太阳。没错,每种动物都有自己的房间和小院子,一个个院落紧密相连,整齐得分布在道路两边,饲养员领着我们穿行其间,就像在逛着一个规模不小的“居民”胡同。胡同口上住着猴子一族,“你看这个头顶有块儿黑色的像帽子一样的猴子,它们是僧帽猴。这些猴子都是受伤了被当地村民送过来的。”饲养员说再过一两个月,等它们养好伤,就会被放生到野外。

野生动物拯救站放生猴子

原本十年前,野生动物拯救站只用于开展受工程建设及蓄水影响的野生动物的收救、暂养及放生。十年间,动物拯救站作为普洱市林业局的珍稀动物救护站和珍稀动物繁育中心,动物拯救保护范围已扩大至普洱市全境。

“有些动物受伤或离群后,经过救助后达不到放生条件的,就在这里安家了。”我们在这里见到了秃鹫、白鹇、眼镜蛇、野猪、黑熊、凹甲陆龟、孔雀、印度野牛等多种动物,“这只秃鹫受伤掉队后被我们养胖了,都飞不动了。每天要吃两斤瘦肉,肥肉它还不吃。”饲养员对这里每只动物都了如指掌,“为什么不让它减肥了放生呢?”我们开始好奇地提问。“离群了,放生了也活不了。”“它不是吃腐肉的吗?”“秃鹫只是不吃活的动物,新鲜肉它不更香吗?”我们被逗得哈哈大笑起来。

长胖了的秃鹫

在“胡同尾部”我们见到了三只黑熊,站起来有一人多高,十分唬人。其中两只住在一起,另一只单独住着。我问饲养员别的动物都是同族聚居,怎么黑熊还搞特殊待遇,分开住着呢?“这两只关在一起的是两兄妹,另一头和它们不是一家的,关在一起会打架的。熊打架很凶的,这两兄妹就经常打,只是温柔多了。”正说着它们隔着铁丝网站了起来,张开大嘴流着口水,把我们吓坏了。饲养员笑着说不用怕,它们对人类很温顺的。“它们被妈妈抛弃的时候还在吃奶,小时候我们还经常抱着它们去办公室玩儿,特别可爱。”饲养员说它们是这里元老级的动物了,现在都已经十岁了。“大家给它们取名为熊大、熊二,动画片里的熊是两兄弟,我们这儿是两兄妹。”

站起来的黑熊

截至2022年8月,野生动物拯救站累计救护野生动物74种451(头只条),累计放生或转交科研机构救助动物248(头条只),为区域珍稀动物保护发挥着重要作用。



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