说起中国规模的水库,选项无疑是三峡水库:蓄水面积1084平方公里,库容总量393亿m³。但放眼世界,三峡水库的蓄水量还排不进前十,在非洲的赞比亚和津巴布韦之间,就有一座蓄水量更大的水库:卡里巴水库。
这座水库的面积约为5580平方公里,平均水深29m,库容为1850亿m³,是三峡水库蓄水总量的4.7倍。能孕育出如此巨大的水库,主要归功于赞比西河丰沛的水资源。在整个非洲,赞比西河的年径流量仅次于刚果河、尼罗河和尼日尔河,位居非洲第四。但如果把范围缩小到非洲南部,赞比西河则是当之无愧的大河。
赞比西河不仅是非洲人民的母亲河,还是津巴布韦和赞比亚两国的界河。说来也巧,两国之间的地形非常特殊,卡里巴峡谷提供了天然的蓄水屏障,地形条件优越,非常适合修建水电站。20世纪50年代,卡里巴大坝的建造设想应运而生,项目委托给意大利的水电开发商建造,总投资4.8亿美元。
建成后的枢纽包括一座128m高的混凝土双曲拱坝,以及南岸、北岸的两座水电站。其中,北岸电站位于赞比亚境内,南岸电站位于津巴布韦境内,两国都能享受到水电资源的福利。
但随着经济的发展,津巴布韦和赞比亚对清洁水电的需求日益增加,早期的装机容量已无法满足用电需求。数据显示,南岸电站于1963年竣工投产,装机6×12.5万kw,北岸电站于1976年竣工投产,装机4×15万kw,南北两大电站的装机总量只有135万kw。
这是什么概念?在蓄水面积和蓄水量上,卡里巴水库明显多于我国的三峡水库,水电资源更丰富,但装机容量却不及三峡水库(2250万kw)的一个零头。为提高发电量,的方法就是扩建电站,增加装机容量。只不过这一次,津、赞两国把目光投向了中国,而中国水电也没有辜负期望,顺利完成了南北电站的扩建项目。
先看北岸电站的扩容工程。中国电建最早于1999年进入赞比亚市场,从2004年开始跟踪考察北岸电站扩建项目,2007年完成合同谈判,水电站的设计、施工和技术服务由中国水电十一局承担。
2008年,扩建工程正式开工,中国水电在原电站的基础上,独立修建引水发电系统,完成扩机2×18万kw的机组安装。这是我国在赞比亚建成的大型水电工程,建成后的电站支撑着该国54%的用电负荷。得益于先进的工程勘察、富有特色的设计方案及新技术的大量使用,扩建工程还被授予了境外工程“鲁班奖”,彰显了中国水电的强大实力。
南岸扩建工程则开工于2013年,在原来6台机组的基础上,新安装了2×15万kw的水轮发电机组,总容量由75万kw提高到105万kw。扩建完工后,津巴布韦的电力供应增加了20%~30%,大大缓解了电力紧张的压力,项目因此受到高度评价。
虽然电站扩建工程达到了赞、津两国的预期,但作为一个年久失修的老坝,威胁大坝的隐患并未根除,而是随着时间的推移不断暴露弊病,敲响警钟。
自1987年10月1日以来,水库管理、发电运营等事宜皆由赞比西河管理局(ZRA)负责,工程师们定期监测、评估并保障大坝的运行。但在2014年3月,工程师发现大坝的坝基因长期的泄洪冲刷已被削弱,急需加固修复,否则大坝就将面临倒塌的风险。
此消息并非一家之言。2014年10月,英国广播公司也报道称:“卡里巴大坝正处于危险状态”。文中对“危险”的原因也给出了解释:卡里巴大坝看似修建在坚固的玄武岩床上,但在过去的50年里,溢洪道的水流不断侵蚀大坝基岩,掏蚀深度预计将持续增加。
在泄洪设计方面,大坝坝体设有6个泄洪孔口,尺寸为9.1m×9.46m,单孔泄流流量可达1580m³/s,水舌的抛射距离为85m,具有巨大的动能。洪流冲出的深坑不断逼近坝脚,大坝地基的稳固性已经不如当年。
令人细思恐极的是,如果整个大坝发生倒塌,后果将不堪设想。首先,卡里巴水库蓄水量庞大,库区1800多亿m³的洪水将在8~10小时内倾泻而下,赞比西河谷将出现一道海啸般巨大的水墙,淹没河流两岸的田野、村镇以及高人口密度的城市。根据赞比西河管理局的估计,在最坏的情况下,赞比亚、津巴布韦、莫桑比克和乌拉维四国都会受到影响,届时将有350万人处于危险之中。
其次,巨大的洪流还会引发连锁反应,顺沿河谷冲击莫桑比克的卡布拉巴萨大坝。该大坝枢纽配套建有南非的水电工程,如果被上游的洪流摧毁,非洲南部40%的水力发电能力将瞬间丧失。
卡里巴大坝的问题显然到了不容忽视的地步。为了降低风险,赞比西河管理局决定于2017年启动大坝修复项目,预计2025年完工,主要内容有二:一是重新修整大坝下游的消力池,限制水流对坝基的冲刷、侵蚀作用;二是对溢洪道和相关基础设施进行翻修,改善大坝的稳定性能。
卡里巴大坝的教训揭示了一个道理:对于蓄水量越大的水库,就越要重视配套水利枢纽的工程质量,确保大坝。有网友可能会产生这样的疑问:三峡大坝是否会存在类似的问题?
事实上,三峡大坝并不存在类似的风险,我们可以从大坝的坝型设计和技术水平两个维度来粗略比较。
1,坝型设计。三峡大坝作为国家一等工程,坝址选在了湖北省宜昌市的三斗坪镇,坝基的地质条件稳固。大坝主体是由混凝土浇筑形成的重力坝,基底宽124m,坝顶宽15m,这种坝型的特点是稳固,根基强大,在稳定性上和卡里巴坝所采用的双曲面坝有显著的不同。
2,技术水平。三峡工程始建于1994年,采用了当时的大坝修建技术,考虑了抗震问题、标准问题、工程防护以及长期使用问题。为保证施工质量,技术人员还采取了新型的混凝土原料和配合比例,使用了混凝土温控防裂技术,建造于水平。
值得一提的是,三峡大坝的泄洪设计还采用了挑流消能的方案,泄水建筑物末端设有挑流鼻坎,向上挑射水流以大部分能量,有效保证了大坝根基的稳固性。
因此,三峡工程在设计、施工和保障方面都有周到的考量,即便是千年一遇的洪水也无法将其撼动,这也是国家精品工程、世纪工程的底气所在。
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