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谈谈长坝轴线设计
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谈谈长坝轴线设计
朱诗鳌
坝轴线的长度, 简称坝长, 准确地说, 是指坝顶轴线的长度。坝轴线长度是水坝的一项重要设计指标。
水坝的另一重要设计指标是坝的高度, 简称坝高。坝越高, 要求的筑坝技术和筑坝水平也越高。坝越高, 受重视的程度越高, 发挥的效益也越高。所以人们向来都是“以坝的高低论英雄”。相比之下, 人们对坝轴线长度却关心甚少。实际上, 坝轴线, 特别是长坝轴线的设计也很有讲究。从古代以来, 世界上坝轴线很长的水坝数不胜数。
1. 长坝轴线的作用
采用长坝轴线的作用主要有:
(1) 减少单宽流量,增加总泄流量
对溢流坝(堰)来说, 如果受到堰上水头的限制(比如水头不能太大, 否则单宽流量就大, 坝体易遭受冲刷破坏), 又要宣泄较大流量, 采用长坝轴线当为上策。在坝址所在河道本来就较宽的情况下, 采用长坝轴线当无困难。但如果河道本来不很宽, 这时就要“有意”延长坝轴线。
如何有意延长坝轴线, 1929年出版的旭克利许(Schoklitsch,A.)的专著《水利工程学》(Der Wasserbau)(汪胡桢译)中曾归纳出如图1所示的几种方法 :
图1 有意延长坝轴线的几种方法
图中a为常规的坝轴线(与两岸正交的单一直线)。为了延长坝轴线, 可以将a改为b至i各种形式。但须注意, c、d、e对河床中部的冲淘较严重, 而f、g对两岸的冲淘较严重, 要根据具体条件决择。
(2) 配合有利地形, 可以增大库容
河道从峡谷出口之后, 往往都很开阔。有些水坝的坝址就选在这种峡谷出口后的开阔河段上, 其坝轴线因而很长。这种坝的泄洪条件很好, 而且可获得较大库容。
(3) 有利于引水入渠
在河道上筑坝引水入渠, 为了使入渠水流平顺, 往往将坝轴线设计成与河岸斜交, 且坝轴线方向与渠线方向相一致。因为与河岸斜交, 也形成了长坝轴线。
(4) 使枢纽组成建筑物有足够的布置空间
在坝区如果有长短不同的多条坝轴线可供选择, 为满足枢纽组成建筑物有足够的布置空间, 也会选择较长的坝轴线。
2. 典型实例
现结合上述的长坝轴线的作用介绍以下若干典型实例(按建坝时间为序)。
(1) 减少单宽流量,增加总泄流量的典型实例
● 柯萨尔(Khosar)坝
亚述国王森纳彻里伯(Sennacherib)不仅是亚述精明强干的国王之一, 还特别精于坝工技术。为了解决首都尼尼微的用水需求, 在公前649年于底格里斯河的支流柯萨尔河建了柯萨尔坝。这是一座很典型的有意延长坝轴线的水坝, 坝轴线呈S形, 其长度比河道的宽度长得多, 总长228m, 坝高3m, 见图2。
图2 柯萨尔坝
● 飞沙堰
飞沙堰是我国都江堰渠首三大工程之一, 是一座高2m的溢流堰。为了增大泄流量, 采用了长轴线设计, 堰长达240m。 该堰在岷江低水期挡水, 在洪水期用以排泄宝瓶口不需要的多余的内江水, 同时排走进入内江的大部分推移质泥沙。始建于战国时期(公元前256年), 一直使用至今, 是闻名于世的伟大工程。见图3。
图3 飞沙堰(引自www.xutour.com)
● 大天平与小天平(坝)
大天平与小天平是我国秦代灵渠工程组成部分之一, 我国最早的砌石坝。分别位于渠首的右侧和左侧。大天平坝长344m, 小天平坝长130m, 两者呈人字形布置, 相交成108°。该坝既可壅水, 也可导流入渠(北渠与南渠), 在洪水期还可泄洪, 将洪水泄入湘江故道。由于坝轴线有意延长了, 泄洪能力也大为增强。建于公元前219年, 一直使用至今, 世界著名水坝。见图4。
图4 大天平与小天平(引自www.travelstation.com.tw)
(2) 配合有利地形,增大库容的典型实例
● 马里卜(Marib)坝
马里卜坝是公元前750年左右建于也门的一座古坝, 坝址选择在达纳干河(Wadi Dhana)峡谷出口以下的宽阔河道上, 坝长610m, 既获得了较大的库容, 又有引水入渠的作用, 见图5。
图5 马里卜坝(引自www.abuyunis.com)
● 郑国渠大坝
郑国渠大坝是我国战国时期建于陕西泾水上的一座古坝, 坝址选在泾水峡谷出口以下宽阔的“瓠口”, 坝轴线长达2300m, 除使水库获得较大库容外, 还起到了导库水入郑国渠的作用。此外, 大坝不仅河床坝段450m的石笼坝可以泄洪, 近2000m的河岸坝段也有一定的溢流能力, 可见设计者郑国考虑到了利用这一长坝轴线排泄非常洪水。见图6。
图6 郑国渠大坝复原图
● 葛洲坝
葛洲坝是我国长江上第一座大坝, 坝址位于长江南津关峡谷出口以下2.3km处。南津关江面宽仅300m, 到坝址处突然扩宽为2200m, 见图7。水坝建成后的坝轴线长达2606.5m,获得了较大的库容, 也为布置泄水闸和水电站创造了有利条件。
图7 葛洲坝(引自卢进等《中国长江三峡写真长卷》)
(3) 有利于引水入渠的典型实例
● 艾山新渠坝
建于公元445年。当时艾山北黄河河段西岸原有一灌溉旧渠, 因河床下切, 无法引水, 需开新渠。此坝为新渠引水坝, 坝高6m, 长450m, 与河床轴线呈30°角, 见图8。因坝轴线长, 也便于泄洪。这一工程后被称为“(黄)河再徙后、三徙前”四大治水活动之一。
图8 艾山新渠坝
● 戴村坝
建于公元1411年, 位于今山东省东平县和汶上县交界处。此坝横截汶水, 别开引河, 使之直趋南旺湖, 以增加运河水量。坝长483m, 见图9。现已无济运作用, 但仍可在汶河拦沙缓洪,固定河槽与保证下游大清河的防洪安全等方面起重要作用。(如果加上上游与其相连的"灰土坝"和"窦公堤", 戴村坝的总长度约为1600m。)
图9 戴村坝 (引自《中国水利百科全书》)
● 千工坝
建于公元1486年, 位于今湖南溆浦县, 横截龙潭河引水入渠, 坝长达300m, 见图10。建该坝的141人18年建坝不回家, 被誉为明代的“大禹”。
图10 千工坝
(4) 使枢纽组成建筑物有足够的布置空间的典型实例
● 三峡大坝
图11 三峡大坝 (引自 卢进等《中国长江三峡写真长卷》)
享誉全球的我国三峡大坝坝址选在湖北省宜昌市三斗坪, 坝址处河谷开阔, 谷底宽就有约1000m, 竣工后的坝轴线全长达2309.5 m, 见图11。这一长坝轴线就为三峡大坝布置泄洪坝段、左右岸厂房与通航建筑物创造了有利条件, 也使整个枢纽工程显得恢弘壮观。
3. 世界长坝轴线水坝的统计
世界坝工专著或论文为水坝单项指标单独进行统计的列表, 常见的有:
世界最高的坝;
世界坝体积最大的坝;
世界库容最大的水库(坝);
世界装机容量最大的水电站(坝)。
而对坝长单独进行统计的列表似乎还未见到, 现试列如下。
现在, 世界坝长超过1000m的水坝有110多座, 超过5000m的水坝近40座。表1是坝长超过10000m的水坝。
表1 坝长超过10000 m 的水坝
|
坝 名
|
所 在 国
|
坝 型
|
坝高(m)
|
坝长(m)
|
建坝年代
|
|
Yacyreta-Apipe
|
巴拉圭/阿根廷
|
土坝/重力坝
|
41
|
72000
|
1988
|
|
Kive
|
乌克兰
|
土坝
|
22
|
40900
|
1964
|
|
Dneprodzerzhinsk
|
乌克兰
|
土坝/重力坝
|
34
|
35450
|
1964
|
|
Afsluitdijk
|
荷兰
|
土坝
|
19
|
32000
|
1932
|
|
Saratov
|
俄罗斯
|
土坝
|
40
|
15260
|
1967
|
|
Tsimlyansk
|
俄罗斯
|
土坝/重力坝
|
41
|
13245
|
1952
|
|
Lauwerszee
|
荷兰
|
土坝
|
23
|
13000
|
1969
|
|
Twin Buttes
|
美国
|
土坝
|
41
|
12984
|
1963
|
|
Guri(Raul Lconi)
|
委内瑞拉
|
土坝
|
162
|
11409
|
1986
|
|
Porto
|
巴西
|
土坝/重力坝
|
38
|
11385
|
1986
|
|
New Cornelia
|
美国
|
土坝
|
30
|
10851
|
1973
|
|
Pocchos
|
秘鲁
|
土坝
|
49
|
10800
|
1977
|
|
Tucurui
|
巴西
|
土坝
|
106
|
10667
|
1984
|
https://m.sciencenet.cn/blog-264137-251127.html
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