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葛洲坝水利枢纽:为中国水利事业积累五大经验
2011/8/10 8:41:18    新闻来源:中国经济网
    中国经济网宜昌8月8日讯(记者魏劲松柳洁)30年前,三峡出口的南津关,漩涡滚滚,礁石密布,稍不留神就船毁人亡,有着“鬼门关”之称。如今,这里江阔水深,风平浪静,万吨级船队往来其间,“川江不夜航”已成历史。

    南津关的改变,源于葛洲坝的修建。这座中国人在长江干流上首次自行设计、施工、管理的大型水利枢纽,因先于三峡大坝问世,被誉为“万里长江第一坝”。

    今年7月30日,葛洲坝电站投产发电30周年。葛洲坝水利枢纽,这座承载了中华民族兴利除弊、根治水患梦想,由我国自行设计、施工、制造、安装、运行管理的民族典范工程,已安全运行30周年。

    8月5日,由中国长江三峡集团公司、中国水力发电工程学会共同主办的“葛洲坝水利枢纽运行30周年纪念活动暨水电开发与经济社会可持续发展主题论坛”,在湖北宜昌隆重举行。

    攻坚克难  十万大军铸就长江第一坝

    长江是一条雨洪河流,自古水患不断。特别是“九曲迥肠”的荆江河段,从明朝初年到民国时期,平均每6年就要溃堤一次。1954年洪水来势凶猛,令长江和汉江干堤多处溃口,京广线铁路交通命脉中断行车100天,农田淹没4700万亩,死亡30000余人。

    1954年长江发生大水灾后,毛泽东主席就建议在长江三峡设卡子,建三峡大水库“毕其功于一役”,永远消除长江水患。50年代中期,毛泽东又描绘出“更立西江石壁,截断巫山云雨,高峡出平湖”的宏伟蓝图。然而,由于“文革”、“备战”等制约因素,毛泽东主席并没有匆忙批准三峡工程的修建计划。

    1970年11月,周恩来总理主持中央政治局会议,原则批准了关于提前修建三峡水利枢纽的组成部分---葛洲坝水利枢纽的报告。周恩来总理亲自给毛泽东主席写了《关于兴建长江葛洲坝水利枢纽工程的报告》。

    1970年12月26日,在毛泽东77岁生日这天,他在这份报告上挥笔写下了“赞成兴建此坝。现在文件设想是一回事,兴建过程中将要遇到一些现在想不到的困难问题,那又是一回事。那时,要准备修改设计。”的批示。

    1970年12月30日,时任湖北省革委会副主任张体学同志为葛洲坝工程铲下了第一锹土,拉开了葛洲坝工程建设的序幕。

    葛洲坝工程虽然开工了,但在工程初期建设中,由于未按基本建设程序办事,许多基础工作没有做好,加之当时又缺乏统一的规划、设计和科研。因此,开工不久许多严重的问题逐步暴露出来。在这种情况下,周恩来总理于1972年10月下令,暂停施工,修改设计。

    经过两年对重大技术问题的研究,1974年下半年提出修改初步设计,经技术委员会和有关部门审定并报国务院批准后,1974年10月,停工二十二个月后的葛洲坝工程正式复工。

    1978年10月20日中共中央副主席、国务院副总理李先念专门给葛洲坝工程局党委并全体职工写了一封信。信中说:“葛洲坝这样大的工程,在我国水电建设史上还是第一个,必须坚持高标准,严要求,质量第一。这是党和人民赋予我们的历史重任。工程质量,务必做到一丝不苟,持之以恒,千万不能反反复复,好一阵坏一阵。因为这是百年大计,千年大计,马虎不得,如稍有疏忽,必后患无穷。”

    1980年7月12日,在葛洲坝工程建设的关键时刻,时任中共中央副主席的邓小平来到了沸腾的工地,亲切看望了广大建设者,给参建者以极大的鼓舞。

    1981年1月4日19时,历时36小时23分钟,顺利实现了大江截流。

    1981年5月23日17时26分,27孔泄水闸开始下闸实施分期蓄水。

    1981年6月27日,葛洲坝三江船闸正式通航。

    1981年7月30日,葛洲坝电站首台水轮发电机组并网发电。

    1988年12月6日,21号水轮发电机并网发电,标志着工程主体全部完工。

    葛洲坝水利枢纽全长2606.5米,坝顶高程70米。它主要由水工建筑物,通航建筑物,电站建筑物组成。葛洲坝电站是一座低水头、大流量、径流式水电站,设计装机21台,总容量271.5万千瓦,年均发电量141亿千瓦小时,实际年均发电量157亿千瓦小时。机组全面投产后,葛洲坝电厂又开展了1台保安电源机组的扩建和2台机组改造增容,现装机容量为277.7万千瓦,最大出力达293万千瓦,最高发电量达170.48亿千瓦时。

    “实战准备” 为“梦圆三峡”奠定坚实基础

    从葛洲坝到三峡,距离虽只有38公里,在从“实战演习”修低坝到“梦圆三峡”建高坝,时间跨度却用了20多年。

    “38公里”和“20多年”,见证了中国水电技术不断开拓创新的轨迹。

    葛洲坝工程初步设计的主要任务,就是确定坝体和枢纽布置,而要解决枢纽布置问题,最要紧的就是解决泥砂淤积问题。在长江上建坝,泥沙问题、航运问题、大江截流技术、大型机电设备制造等是中国20世纪70年代中国水利建设最大的挑战之一。

    “静水通航,动水冲沙”解决了航道的泥沙淤积问题。长江平均每年下泄泥沙达5.21亿吨,如果有十分之一或是二十分之一淤积在坝前航道口区域,那每年就有2000万至4000万立方米,容易导致整个航道淤塞,长江断航。设计人员经过反复论证和试验,巧妙提出了“静水通航,动水冲沙”方案。所谓“静水通航”,就是船队经引航道过船闸时,冲砂闸全部关闭,航道完全处于静水状态;“动水冲砂”,即在通航间隙,或临时性停航,全开冲砂闸,达到清理航道和排除粗砂卵石的目的。    

    运用“河流辩证法”科学布置“一体两翼”枢纽格局。葛洲坝河段水流状态、河势变化极其复杂,林一山运用“河流辩证法”,创造性地提出“一体两翼”的枢纽布置格局。在葛洲坝拦河建筑物上游2100米宽的河面中,两侧利用防淤堤与河岸形成各300米宽的引航道,中间为800米宽的主泓河床。从南津关到泄水闸的长江主泓即:“一体两翼”中的“一体”,它两侧从引航道口门(也称运河口门)开始通向下游的航道为“两翼”。同时,在这个主泓之下端接近泄水闸的部位,其两侧又各有一个侧向进水的电站引水渠道,它也叫第二个“两翼”。“一体两翼”的布置,把所有过水建筑物连成为一个整体,包括建筑物以下的河道在内,从总体上解决了泄洪、排沙问题,保证了工程的安全和正常运行。葛洲坝工程是运用河流辩证法成功的杰作。

    这一设计思想的科学性和有效性,在三峡的规划设计和枢纽布置方面得到了应用与发展。三峡工程枢纽布置的“一体两翼”格局就借鉴于葛洲坝工程的实践经验,较好地解决了通航建筑物与发电、泄洪的关系和坝区泥沙淤积与通航水流条件问题,适应了分期施工、导流、截流和提前发挥通航、发电效益的要求。

    在长江上首次截流,单戗立堵的方案成为创举。在每秒4720立方米流量的长江上,葛洲坝工程采用上游单戗立堵的截流方案进行截流,这在我国水利水电建设史上是一个创举。截流能否成功也直接关系到整个葛洲坝工程的成败。为了降低截流难度,改善抛投物料的稳定条件并有利于截流安全施工,在龙口合龙的困难段设置了石坝护底。龙口护底在大江截流施工中堪称杰作。截流时用粗壮的钢丝缆绳把三至四个25吨重的混凝土块联成“葡萄串”,搞“集团冲锋”。两岸同时把两串共重二百多吨的七、八个大混凝土块同时填进龙口。原计划7天,结果仅用36小时就顺利实现截流。并创下了单戗堤立堵截流抛投强度7.2万立方米的纪录。36小时23分横锁大江的速度,更是举世罕见!

    三峡工程大江截流与葛洲坝工程大江截流相同,采用立堵截流方案。在大江截流合龙过程中,借鉴葛洲坝工程大江截流水下抛投护底结构的经验,采用龙口河槽预平抛垫底、减小龙口水深的技术措施,并辅以优选戗堤堤头进占方式及抛投方法等安全保障措施,防止了截流戗堤堤头坍塌事故的发生,创造了截流戗堤进占日抛投强度19.4万立方米的世界纪录,安全、优质、顺利地实现大江截流龙口合龙。

    大型船闸具有世界规模。葛洲坝工程船闸是我国在多沙河流上修建的第一座大型通航建筑物。船闸为单级,1、2号两座船闸闸室有效长度为280米,净宽34米,与三峡船闸大小相同,一次可通过载重为1.2万至1.6万吨的船队。3号船闸闸室的有效长度为120米,净宽为18米,可通过3000吨以下的客货轮。每次过闸时间约40分钟,其中充水或泄水约5至8分钟。上、下闸首工作门均采用人字门。其中1、2号船闸下闸首人字门,每扇宽9.7米、高34米、厚27米,质量约600吨。面积相当于两个蓝球场,被誉为“天下第一门”。其安装标准要求正向和侧向允许误差只有5毫米,而实际安装误差均小于2.5毫米。

    葛洲坝船闸设计基本理论、研究方法和工程经验,在三峡工程船闸设计中发挥了重要作用。三峡工程双线五级船闸是当今世界规模最大,水头最高、技术复杂的多级船闸。其通航建筑物规模和尺度与葛洲坝工程通航建筑物相匹配。由于启用和发展了葛洲坝船闸的实践经验,较好地解决船闸布置、通航水流条件,引航道淤积,输水系统水力学、高边坡稳定、建筑物结构型式,超大型人字门及启闭设备等系统关键技术问题。

    葛洲坝工程提升了我国设计制造大型水力机械设备的水平。葛洲坝二江电站1号、2号机组,是完全由我国自行设计、制造和安装的发电机组,转轮直径达11.3米,至今依然是世界上尺寸最大的轴流转浆式机组之一,被誉为“世界卡普兰式水轮机的里程碑”。这一项目实现了我国水电设备制造史上的重大突破,推动了装备制造业的发展,荣获1985年国家科技进步特等奖。

    中国工程院院士梁维燕说,我国大型水电机组设计、制造、安装技术是从葛洲坝打的底子,后来通过技术引进,使三峡机组又达到一个新的高度。葛洲坝起到了很好的带头作用,是一个成功的范例。

    葛洲坝至上海直流输电工程,推动了我国超高压输电技术的发展。高压直流输电,一直被世界公认为大型电力系统中的一项重要输电方式。1990年,我国第一个超高压换流站在葛洲坝建成投产。同时,我国第一个超高压、大容量、远距离直流输电工程,500千伏葛洲坝至上海直流输电工程投入运行。葛洲坝的电能,穿越湖北、安徽、江苏、浙江四省一市35个县1045公里直至上海。葛上直流输电工程的建成,使华中、华东两个大电网实现了强联网,开创了西电东送的新格局,拉开了跨大区联网的序幕,为三峡工程电力外送和全国电力联网做了多方面的技术准备。

    “全人工繁殖”成功地解决了中华鲟生态保护问题。中华鲟是我国特有的古老珍稀鱼类,是世界现存鱼类中最原始的种类之一,已在地球上繁衍生息了1亿4千万年,被称为鱼类“活化石”“水中熊猫”,属国家一级保护动物。它们生在长江,长在大海。每年夏秋季节,成鱼要沿着长江逆流而上,到金沙江一带产卵繁殖。长江上修建葛洲坝后,中华鲟的洄游通道被大坝阻断。

    为了使中华鲟更好的繁衍生息,经过反复实验、考察论证,1976年首次提出了以人工增殖放流作为保护中华鲟的主要方法。2009年,中华鲟研究所成功实现了中华鲟的全人工繁殖,极大地促进了中华鲟的物种保护工作。到2010年,中华鲟研究所共向长江、珠江放流多种规格中华鲟近450万尾。经过大量的观测,发现具有顽强生命力的中华鲟已经适应新的水坝环境,在葛洲坝大坝和宜昌市下游附近,形成了三个自然产卵场。葛洲坝的建设也很成功地解决了中华鲟生态问题。

    葛洲坝工程的投产,为我国大型水利枢纽的建设、运行管理实践积累了丰富的经验,为长江三峡水利枢纽工程建设进行了实战准备。

    创新发展  枢纽工程平稳运行30年

    截至今年7月30日,葛洲坝电站已累计发电超过4160亿千瓦时,相当于节约原煤1.6亿吨。跟同等发电量的火电站相比,减少CO2排放超过4亿吨,减少SO2排放量约380万吨,减少氮氧化物约170万吨。

    葛洲坝枢纽70%以上发电量用于湖北,对保障湖北能源需求的增长和地区经济的发展以及武钢等国家重点工程的运行起到了重要作用。

    葛洲坝工程建成后改善了川江200公里三峡峡谷航道条件,淹没了100公里内的青滩、泄滩等急流滩21处,崆岭等险滩9处,为航运发展提供了有利条件,航运安全度增加,航运成本降低,小马力船拖带量提高。特别是三峡工程建成后,葛洲坝三座船闸货运量从上世纪八十年代通航初期不到400万吨,2003年首次突破2千万吨,2008年超过了五千万吨的设计标准,到2010年突破8千万吨,创历史新高。截至2011年6月27日,通航达30年葛洲坝船闸已安全运行38.6万闸次,通过船舶208万艘次,过闸货运量6.29亿吨。

    通过精确调度,葛洲坝枢纽在特殊时期也发挥了拦洪错峰效益。1998年长江遭遇百年不遇特大洪水期间,葛洲坝电站三次超常规提高水库水位拦蓄洪水,拦截水量1亿立方米以上,削减洪峰流量达2700立方米每秒,降低沙市水位0.14米,减轻了洪峰对下游的影响。

    为“三峡工程做实战练习”的葛洲坝工程,使我国水电设计、施工、制造和运行管理队伍得到了锻炼,水平实现了提高。今天,无论是在三峡工程还是国内其它大型水电工程,都可以看到在葛洲坝工程中承担过项目的队伍和人才。2003年,三峡电厂接机初期270余名员工,其中90%以上来自葛洲坝电厂。四川二滩、福建水口、贵州天生桥等水电站的筹建和初期运行,也是在葛洲坝电厂选派的专家参与和指导下进行的。

    实践出真知,管理出成果。葛洲坝工程作为三峡工程的重要组成部分,为三峡工程、为中国水利水电事业积累了五个方面经验:

    第一,大型水利水电工程的建设、运行管理经验;第二,大江大河干流上进行水库调度、航运管理及防洪度汛的经验;第三,大型水轮发电机组检修方式选择和现代检修(试验)专业化技术管理的经验;第四,500千伏超高压远距离交直流输电的经验;第五,安全生产、文明生产、科学管理、人才培训和使用的经验。 

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