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水库建设为什么要截流?如何截流?

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水库建设为什么要截流?如何截流?

水库,作为现代水利工程的基石,承载着防洪、供水、发电、灌溉等诸多重要功能。而截流,则是水库建设过程中一个至关重要的环节,可以说没有截流,就没有水库的诞生。那么,水库建设为何需要截流?截流又是如何实现的呢?这背后是一门复杂而精妙的工程艺术。

一、水库建设为何要截流?

简单来说,截流就是“拦住”河流,将其原本奔腾的河水“关”起来,为后续的筑坝工作创造一个干燥、安全的环境。这就像我们要在一片空地上盖一栋大楼,总不能让正在施工的场地被积水淹没吧?水库建设也是同样的道理。

具体来说,截流的必要性体现在以下几个方面:

1. 为主体大坝的施工提供必要条件: 水库的核心是筑坝,无论是土石坝、混凝土坝还是其他类型的大坝,其施工过程都需要一个相对干燥、稳定的基础。如果河流还在正常流淌,那么在河床施工就像在水里砌墙,不仅难以保证施工质量,甚至可能导致施工人员的安全风险。截流可以有效地将河水从坝址区域疏导开,为施工人员和设备提供一个安全、高效的工作平台。

2. 控制水源,为水库蓄水奠定基础: 截流的最终目的是要将河流的水源控制在预定的库区范围内。通过截流,河流的下游通道被阻断,水流只能通过设计的溢洪道、放水洞等泄水构筑物排出,这样一来,水就可以逐渐地在坝体后方累积起来,最终形成水库。

3. 保障施工安全与工程质量: 河流的水流往往蕴含着巨大的能量,在施工过程中,如果不对其进行有效控制,突如其来的洪水或较大的水流可能会冲毁正在进行的工程,造成人员伤亡和巨大的经济损失。截流能够将流量和水压控制在可预期的范围内,为施工安全提供保障,也为确保大坝结构的长期稳定性打下坚实基础。

4. 优化施工流程,缩短工期: 通过科学的截流方案,可以有计划地控制水流,合理安排施工进度,避免因水流干扰而导致的工期延误。例如,可以利用截流前的枯水期进行部分施工,然后在大坝合龙时再进行最后的截流。

二、水库截流如何实现?

截流并非简单地用一堵墙去“堵”住河流,而是一个经过周密设计、层层递进的系统性工程。根据河流的特点、坝址的条件以及工程规模,截流方案可以多种多样,但万变不离其宗,都围绕着“导流”和“截断”两个核心。

截流的方式主要可以分为以下几类:

1. 导流工程先行,再进行主体截流:

这是最常见也是最稳妥的一种截流方式。在主体大坝动工之前,先修建一套临时性的“导流工程”,将原本的河水通过导流洞、导流渠或临时栈桥等途径绕过主体大坝的施工区域,待主体大坝主体结构完成后,再将导流工程的开口封堵,实现对河流的最终截断。

导流洞/导流隧洞: 这是最主要的导流方式之一。在主体大坝的某个位置(通常是河床的较低处或两侧山体),提前开挖一条或多条直径或尺寸足够大的隧洞。在主体大坝开始施工前,将原有的河床上的部分河水通过这些隧洞导出。当大坝主体结构完成后,再用混凝土等材料将导流洞的开口永久封堵。
优势: 导流量大,对下游影响较小,施工相对安全。
考虑因素: 导流洞的尺寸、数量、位置选择,以及封堵的工艺和材料。
导流渠/临时围堰: 在某些情况下,如果河谷较宽,或者地质条件允许,也可以挖掘临时性的导流渠,将河水引入导流渠。同时,在坝址区域修建临时性的围堰(用土石、混凝土或钢板桩等材料筑成的临时性挡水结构),将施工区域与河流隔开。
优势: 施工相对简单。
考虑因素: 围堰的稳定性、防渗效果,以及导流渠的输水能力。
临时栈桥/渡槽: 对于一些小型水库,或者在施工初期,也可以利用临时性的栈桥或渡槽,将水流架空或转移,从而在下方区域进行施工。

2. 分期截流:

对于一些流量较大、但又需要逐步推进施工的河流,可以采取分期截流的方式。

初期截流(小流量截流): 通常选择在河流的枯水季节,利用较小的临时围堰或一段较小的导流设施,将一部分河水导流,从而在主坝的一侧或中间区域进行部分施工。
中期截流(大流量截流): 当主坝的主要结构(如心墙、防渗墙等)完成到一定程度时,再利用较大的导流工程(如较大的导流洞)将全部河水导流,并在此时进行主体大坝的合龙。
末期截流(封堵导流口): 在主体大坝主体结构完成后,再将导流工程的开口进行永久封堵,实现对河流的完全控制。

3. 组合截流:

在实际工程中,往往会根据具体情况,将不同的截流方式组合使用,以达到最优的效果。例如,可以先修建导流洞,同时修建围堰,在枯水期利用围堰进行部分施工,旱季过后通过导流洞导流,再进行主体大坝施工。

截流的具体操作过程(以导流洞为例):

1. 选址与勘察: 仔细勘察河谷地质、水文资料,选择最适合修建导流洞的位置,既要保证导流能力,又要考虑对主体大坝施工的影响以及封堵的便利性。
2. 修建导流洞: 采用先进的掘进设备(如TBM或钻爆法)开挖隧洞,并进行支护、衬砌,确保其稳定性和防渗漏能力。
3. 修建进出水口结构: 在导流洞的进水口(上游)和出水口(下游)修建相应的引水结构和消能结构(如进水闸、出水消力池等),以控制水流速度,减少对下游河道的冲刷。
4. 修建围堰: 在主体大坝的施工区域,根据设计要求修建临时性围堰,将区域内的河水隔开。围堰的设计需要考虑其高度、宽度、防渗性能以及在汛期可能承受的水压。
5. 导流: 当导流洞和相关配套设施完工后,在合适的时机(通常是枯水期),打开进水闸,将部分或全部河水通过导流洞疏导。
6. 主体大坝施工: 在围堰围成的区域内,开始主体大坝的各项施工。
7. 主体大坝合龙: 当主体大坝建设到一定阶段,需要将其整体合拢时,如果之前的导流方式不足以满足需要,则需要将全部河水通过导流洞排出,并完成大坝主体结构的最后施工。
8. 封堵导流洞: 当主体大坝主体结构完成后,按照设计要求,通过预留的封堵门或直接将导流洞的开口用混凝土等材料永久封堵。封堵时需要特别注意材料的密实性和耐久性,以防止漏水。

一些重要的考虑因素:

水文特性: 河流的年平均流量、最大洪水流量、最小枯水流量等是决定截流方案的关键因素。
地质条件: 坝址区域的地质构造、岩性、渗透性等会影响围堰和导流洞的选址和设计。
工程规模: 水库的大小、坝型的高低直接决定了截流所需的导流能力。
施工季节: 尽量选择在河流流量最小的枯水季节进行截流,以降低施工难度和风险。
环境影响: 截流过程中需要考虑对下游生态环境的影响,合理安排泄洪和导流。

总而言之,水库截流是一项技术性很强的系统工程,它通过精心的规划和实施,将看似无法驾驭的河流收归己用,为人类创造宝贵的“水资源”,是实现水库功能的第一步,也是最关键的一步。它不仅仅是“堵”水,更是智慧与工程能力的体现。

网友意见

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简单说,因为大坝建设周期一般比较长,所以大坝建设时是如何处理水的,如三峡

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