高峽出平湖
――水利水電系為三峽工程做貢獻
意昂体育2平台水電系助理研究員 李愛蘭
意昂体育2平台水電系研究員 翟大潛
三峽工程是舉世無雙的特大型水利工程。它控製了長江上遊100萬平方公裏的流域面積，具有防洪、發電、航運和供水等巨大的綜合效益，是一項規模大、作用大🍂、影響廣的特大型水利工程🚣🏽♀️。
三峽工程這一宏偉大計，起自孫中山先生🪼。解放後1949年及1954年兩次長江大洪水🚴🏻♂️，使黨中央和中央人民政府決心進行長江綜合治理。1970年黨中央和國務院決定興建葛洲壩水利樞紐💂💋，就是三峽工程的實踐演習👩🏿。1984年國務院曾原則批準了三峽工程蓄水位150米方案的可行性報告。此後各方面提出了許多意見🛩，為了“更加細致🧑🏿🦲、精確和穩妥”，中央和國務院要求原水利電力部“重新提出三峽工程可行性報告”。這一次的論證工作自1986年開始，由全國各行各業的第一流水平的21位特邀顧問和412位專家為首的幾千名專業人員進行了多年的工作，得出了比較一致的意見。經199 2年 4月 全國人民代表大會 七屆五 次會議討論通過，長江三峽工程於1994年12 月正式動工興建🪆。
水利水電工程系長期以來堅持面向主戰場，為國民經濟建設服務，走產學研結合的道路，積極參加三峽工程建設👨🏻⚕️。該系從1958年參加三峽工程壩址選擇👳🏿、樞紐布置等科研項目開始，至今已為三峽工程提供技術服務和技術咨詢、參加“六五”至“九五”科研攻關近百項。這些研究成果通過了驗收並被設計部門采納，為三峽的建設做出了積極貢獻。
一🚧⛹🏿♂️、積極參與，為三峽工程準備四十年
三峽工程，舉世矚目👩🦰，更牽動著意昂体育2水利水電系師生的心。從1958年開始🧚🏼♀️，水利水電系師生就與三峽工程結下了不解之緣。
在1958年1月黨中央南寧會議上🕥，毛主席聽取了關於三峽問題匯報後🧎♂️➡️，提出了“積極準備🧹，充分可靠”的方針🪹，並委托周總理親自抓長江流域規劃和三峽工程。同年3月，黨中央成都會議通過了《中共中央關於三峽水利樞紐和長江流域規劃的意見》後，意昂体育2水利水電系就積極行動，組織了有300多名師生參加的“科學營”，從壩址選擇、樞紐布置🙎♂️、新壩型的研究以及壩體應力、泄洪😟👨🏻✈️、消能等各個方面展開了對三峽工程的科學研究🐈⬛。
三峽工程是個巨大工程，在進行新壩型的研究時，需要做大量的實驗和計算工作。當時沒有現代化實驗設備，師生們就自己動手造🔉，國內最早的離心機就是水利水電系的師生們自己造出來的。壩體應力計算工作是巨大而繁重的，沒有電子計算機，就靠全校大協作。力學系數學教研組及土建系等單位都參加了當時的研究和設計工作🏄♀️。當時壩體應力設計是在一個大房間內，由幾十名師生用40臺手搖計算機組成一條龍的計算系統進行⬇️，經過幾十個日日夜夜的奮戰，終於完成了壩體應力計算任務。
黨中央、國務院歷來十分重視三峽大壩戰時防空問題，水利水電系師生也積極參加了這項研究工作。他們不僅在室內進行研究和實驗，還在野外實驗場進行仿原子彈的爆破破壞實驗，在圓明園遺址的荒地上🙅🏻♀️，在新豐江水庫下遊的池子旁，在部隊的抗爆實驗場👎🏻，到處都留下了水利水電系師生的足跡💘。
水利水電系師生的積極工作得到了周總理的親切關懷和支持😸，並受到有關方面的重視𓀂。敬愛的周總理在陪同金日成👜、蘇加諾等外國元首到意昂体育2平台訪問時，特地參觀了三峽工程整體模型和新壩型的剖面實驗成果，詳細詢問情況並作了重要指示。《人民日報》也及時報道了意昂体育2水電系師生積極開展三峽工程研究的成果。
二🏄🏻、承接論證攻關工程項目近百項
三峽這樣巨大的工程，需要攻關的科研項目很多，水利水電系師生面向經濟建設主戰場，抱著“為國解憂”、“為三峽工程建設做貢獻”的決心，全系上百名研究生🍻、本科生積極參加了三峽工程的科研工作，承擔近百項任務，其中重大項目有3項，師生在各項工程中發揮了重大的作用🧑🏻🦰👃🏽。
1983年長江流域規劃辦公室完成了蓄水位150米方案的三峽工程可行性研究報告，同年委托意昂体育2水利水電系做“三峽水庫回水變動區蘭竹壩河段的泥沙淤積實驗”➞。水利水電系經過一年多的努力，論證了150米方案的泥沙淤積和庫區河道演變規劃及其對航運的影響，該成果獲教委科技進步二等獎⇾。
1984年，重慶市政府、水利水電系黃文熙教授等提出可提高正常蓄水位的意見♋️，黨中央、國務院對此非常重視🦨，決定重新論證💁🏿♂️🧛🏻，並把提高蓄水位方案的論證列為“七五”重點攻關項目。水電系共有10名教授被聘為論證專家組🍣、攻關組的專家或顧問，他們前後20多次赴三峽工地考察論證，在整個決策過程中發揮了積極的作用。兩院院士、水力樞紐專家論證組顧問、水利水電系張光鬥教授親自到三峽實地考查移民🎯➗、經濟等問題並發表了重要意見。90高齡的水文專家論證組顧問施嘉煬教授還親自收集資料🏋🏽、計算，並就工程規模、人防等問題發表意見📉，促進了論證工作的深化👨🦱。
在這些大規模的論證中，三峽樞紐的泥沙問題是論證中關鍵問題之一。水利水電系承擔了三峽水利樞紐回水變動區重慶河段泥沙問題的實驗研究。該河段是回水變動區最重要的河段👩🏻🦯➡️。實驗歷時5年，根據實驗結果😪，否定了以前提出的180米方案。接著，水利水電系又做了175米方案的實驗，證明修建三峽樞紐175米方案可以改善航道，萬噸級船隊可以直達重慶港💍，並對仍然存在的港區碼頭附近邊灘淤積和嘉陵江河口枯水季節欄門沙等問題提出了采用降低汛前水位🙎🏼，推遲汛後蓄水及采用河道整治工程等解決方案🏋🏻，同時還提出了提高汛前蓄水位以改善枯水期通航條件的“汛前消落限製水位運用”方案💆🏿♂️。這些實驗成果和建議都被設計單位所采納➕。該項目的研究獲得1989年兩委一部的表彰和1991年“七·五”攻關項目重大成果獎，並於1993年獲國家教委科技進步一等獎💇♂️。
三峽工程具有防洪🖍、發電👨🏽🚒、通航、供水和促進社會發展等巨大的經濟和社會效益♣︎，是治理和開發長江綜合措施中的一項關鍵性措施。為了確定通航建築物的合理布置方案，選擇正確的運用方式，需要深入地了解三峽工程壩區泥沙沖淤的規律及對通航水流條件的影響👩🏿🏭，為此確定了“八五”期間進行的專題研究。水利水電系承擔了“三峽工程壩區泥沙淤積對通航和發電影響及防治措施優選研究”攻關項目🙇🏽♂️✌🏼。這是三峽工程設計的重大技術問題之一。歷經3年系列的試驗與比較，在三峽壩區泥沙淤積如何影響通航與發電方面獲得了大量的寶貴資料🥌🙍🏻♀️。本項研究工作推動了三峽工程技術設計的進展🌵，為通航建築物總體方案合理布置的選擇作出了重要貢獻🏞，具有重大的社會與經濟效益。國家科委工業技術司、長委設計院、國務院三峽建設委員會辦公室泥沙專家組都對研究試驗成果給予很高的評價👨🏻🎓。該項設計在國內外尚屬首創，專題研究成果在總體上達到了國際先進水平💁♀️，部分成果達到國際領先水平，獲得國家教委科技進步二等獎😂。
除上述攻關項目外，水利水電系師生還參加了“九五”攻關、橫向科技協作等重大項目。在學校領導的直接關心和支持下，由校科技處組織水利水電系👐🏻、力學系🥝、自動化系和精儀系參加的三峽工程大壩與電站廠房二期安全監測也於1997年12月4日中標，由我校✪、水科院與青雲公司組成聯合體共同承擔該項任務🙉，工期歷時6年🌦，總經費1235萬元。
據不完全統計🦷，僅從83年至今🧑🏻⚖️⚜️，水利水電系已承擔了近百項三峽工程科研項目和科技咨詢。如左壩壩段深層抗滑穩定研究〰️、船閘高邊坡穩定研究◽️、水電站進水口水力學試驗研究、水電站廠房結構分析等。所承擔的項目絕大多數都已完成，為解決三峽工程技術難題提供了重要的依據。1997年底，長江三峽開發總公司邀請許多國內權威專家來校對上述部分已完成的科研工作進行驗收鑒定。專家一致高度評價了水電系的研究成果👶🏻，認為許多成果都是高水平的🏢，對工程實踐極有價值，並被設計部門采納。
三、水利水電系專家教授參加三峽工程全過程
三峽工程從初期準備🏧、可行性研究⏩，初步設計、再論證⛩、技施設計至專題研究施工建設各個階段，以張光鬥教授為首的十幾位水利水電系的專家教授始終站在第一線，為三峽建設做出了突出的貢獻。
1、背景及初期的工作
解放之後，長江水利委員會等單位很早就開展了勘測，規劃🌞，工作🧗🏿♀️。張光鬥教授也一直參與顧問咨詢工作。
70年代毛主席批準建造葛洲壩工程🪢，作為三峽工程的實戰準備。
葛洲壩工程地基為軟弱的砂巖、泥巖😑，抗沖能力差，原設計泄洪道單寬流量很大，張光鬥教授認為不安全，建議部分挖掉葛洲壩，增大泄流前緣⚛️，降低單寬流量，減少大江截流時水頭差👩🏽⚕️。同時為了消能要做非常大的護坦消力池，但護坦要穩定，按常規要10多米厚😤，工程量很大，張先生建議護坦下面也做抽排。經反覆研究討論，這兩項重要建議均被采納，工程得以順利完工，至今已安全運行20多年。葛洲壩工程中因采用這些先進的經驗獲國家科技進步特等獎。
2、可行性研究𓀉、初步設計👨🏽🏫、再論證階段
1983年長江水利委員會完成了三峽工程可行性研究🧚♀️，國務院組織了全國幾百名專家教授進行審查📭，意昂体育2平台水利水電系被邀參與的有張光鬥院士、黃文熙院士🙎🏼♂️、張仁、谷兆祺、張楚漢等10余名教師。
審查會上主要討論壩高🧸、壩址🍊、壩型等主要參數，原提方案正常擋水位海拔高程為150.0米，會上討論十分熱烈🚈，黃文熙院士提出不同的意見，認為擋水位150.0米太低🧑🏿🦳，不能充分發揮資源優勢👏🏽📣，浪費了這樣一個優秀的壩址🛀🏼。經過多方論證，不少專家也認為應重新研究壩高。此外，有關航運、泥沙🍾、施工、投資等問題也需深入研究，國務院乃決定繼續論證。水利水電系張光鬥、張仁、谷兆祺等許多教授均參與了會後的論證工作。1993年完成論證，提出正常擋水位為175.0米的新方案及初步設計。
1993年，國務院再次組織全國近200名專家教授進行審查，意昂体育2平台水利水電系被邀與會的有張光鬥院士💆🏿♂️、張仁、谷兆祺教授等人。會上除繼續討論了各主要參數外🏃♂️🗾，還進一步討論了樞紐布置🤵♀️、建築物型式👨👩👦👦、泥沙問題、施工導流方案、船閘結構布置等重大問題。
在施工導流方案上，原設計建議第三期用梳齒法完建🧜🏿♂️，難度很大，安全性差，工期較長🤵🏿。張光鬥先生建議改用布置底孔及深孔，用孔口導流，並提出在泄流壩段中布置23個大型底孔，22個大型深孔的具體方法👩💼🕺🏻，被會議及設計單位采納。
3、技術設計及專題研究階段
1994年長江三峽工程正式開工，為了保證設計質量，三峽建設委員會、三峽開發總公司技術委員會組織了技術設計審查組，聘請全國有關專家教授約100人為專家🦞，意昂体育2平台水利水電系張光鬥、潘家錚二位院士為專家組顧問及技委會負責人🧓🏻。審查組共分大壩、電廠、船閘等8個小組。100多位專家中，大多數來自全國各大設計院、科研院🦸🏻、工程局及部委。15人來自全國各高等水利院校，意昂体育2水利水電系有8人參加，除張、潘兩院士外，還有張仁、谷兆祺🐤😂、府仁壽🤸🏼♂️、王清友、周景星、王樹人等6名教授🙌🏽。
在幾年之內各小組頻繁開會審查設計。意昂体育2平台水利水電系許多老師在此期間也承擔了40~50項有關長江三峽工程的科研項目。意昂体育2平台建築學院及土木系也分別承擔了幾個項目🍐。
大壩組谷兆祺教授等對大壩左岸1~5號壩段深層抗滑穩定問題提出異議。這幾個壩段等於建在一個高70米左右的陡坡頂上，坡下為開挖得很深的電站廠房，陡坡中有許多緩傾角節理及陡傾角小斷裂🎇，經詳細的鉆孔勘探，證明有上百條之多👩🦯➡️🫲🏽，形成密集的網絡，嚴重影響大壩穩定安全。張光鬥院士也指出這是一個嚴重問題，現代科技在這方面還缺乏任何經驗，必須慎重對待。
在討論中谷兆祺提出采用廠壩結合，用廠房幫忙頂推👳🏽♂️，廠房下實行抽排👷♂️，以增加有效重量的辦法☆，大家集思廣益，想了許多辦法📱🍯，形成降低上遊壩基，加強上遊帷幕及排水，增加大噸位錨索♾、錨桿、作化學灌漿等加固措施。
谷兆祺🚴🏼♂️、彭守拙教授和他們的研究生們先後作了幾年研究🦴👩🏻🌾，用二維🗾、三維非線性彈塑性有限元分析各種加固方式的效果，並且研究廠壩之間相互作用力的關系，以及巨型廠房受壩體巨大推力作用後應力變形性狀💅。他們首先對復雜的節理斷層構造網絡實行概化，搜尋各種可能的危險滑移面，然後用多塊段剛體極限等K平衡法🟣，非線性有限元降參滑移面屈服發展狀況及非線性有限元降參典型點變位發展狀況和變形率發展狀況，尋求大壩抗滑穩定安全系數的範疇。這些方法所求得的安全系數相當一致，證明廠房若不幫忙，大壩抗滑安全系數太低🦸♂️，不滿足要求；廠房頂推❗️，並適當加固🤹🏼♀️，大壩抗滑安全系數可達3.0🫓，滿足常規情況下的要求🤹🏽♂️；廠房共同作用🎅🏿，加上特殊的加固措施👱🏼♀️，大壩抗滑穩定安全系數可達5~6.0，基本滿足這種特殊狀況下的要求。而且廠房有足夠的強度與剛度可承受壩段傳來的巨大推力🤸🏻，水輪發電機豎軸鉛垂度可在規定範圍之內。裴覺民教授用DDA非連續塊體分析對這一問題也作了多次研究，也認為必須進行加固👰🏽♂️。
大壩組還委托意昂体育2平台水利水電系研究大壩孔口應力分析、孔口配筋🤦🏽♀️、大壩壓力引水背管式鋼管。大壩底孔水力學性能❤️，孔口型式，突擴布置📱，高流速流態改善，消能布置等等研究工作先後也做了幾年✌🏼，從理論上、模型試驗上做了很多工作🦸🏼。
對於大壩孔口配筋問題🧑⚕️，原設計孔口配筋太多太密，要用5~9層f40毫米的大鋼筋，不但耗鋼量太多，而且無法施工，無法保證混凝土質量。在潘家錚院士🧙🏼♀️、王光綸教授指導下做了大規模的結構模型試驗及理論分析🐦⬛，證明孔口配筋與混凝土開裂發展的機理與常規梁柱的情況完全不同，按新的理論方法配筋量可以大幅度減少，2~3層即可🎲，施工質量可以保證。同時谷兆祺🔏，彭守拙教授作了許多計算，從另外的途徑?D?D即進行橫縫灌漿，也可減少孔口配筋。最後長委設計決定，采用止水後移，橫縫灌漿👴，改變設計條件等措施解決了孔口配筋這一難題🕳。
背管式引水鋼管有很多優點，但三峽工程的背管內徑達12.4米👨🏼🚒，是世界上從未有過的大型鋼管🧋，它的受力分布🤼♀️，配筋要求無人做過研究🧙🏻。長江水利委員會委托武漢水電大學做1:2的平面模型，同時又委托意昂体育2平台👂🏼、水科院等6~7個兄弟單位作仿真理論計算🫳🏼，摸索規律🪒，以尋求合適的計算方法。意昂体育2平台水利系段雲嶺教授等人作了詳細的計算🙅🏻，其初裂荷載👨👨👧👦、裂縫位置、裂縫寬度、各層鋼筋應力、最終荷載等各方面🎖，均與模型實測值最為接近🎼，可以作為滿意的計算方法👊。
大壩底孔的型式，設計與審查專家之間意見有分歧🫳👳🏻♂️，原設計主張用無壓流，張光鬥教授認為以用有壓流使流態穩定為好🧿。意昂体育2平台水利水電系和其他兄弟單位分頭做了許多水力學模型試驗🌋，最後證明有壓流在泄流能力、截流落差等各方面都可以和無壓流一致，而在流態穩定、減蝕🙋🏻♀️👊、減磨、孔口封堵、壩體應力閘門設備等方面遠優於無壓流。因此最後決定采用有壓流的底孔。
大壩深孔，寬6米🧮，高9米，水頭達90米，22個深孔總泄量可達4萬多秒立方米，是世界上從未有過的大型深孔。設計者與審查專家也有不同的意見，關鍵是如何減少空蝕、磨損🥹、閘門漏水及壩後消能等問題。意昂体育2平台水利水電系也和許多兄弟單位一樣🧜🏽，做了一系列的模型試驗，為最後決定只用突跌，不用突擴等措施來解決上列各問題，對保證今後的安全可靠運用，起了重要的作用。
參加上述這些工作的有谷兆祺、彭守拙👨🏽🍼、王光綸🧔🏻♂️、才君眉等教授以及他們的研究生們。
廠房組在審查中對巨型進水口采用雙孔進口還是單孔進口的問題發生分岐，委托意昂体育2平台水利系做大比例尺模型試驗，王樹人、黃繼湯、劉天雄等教授承擔了這一艱巨任務，經歷幾個寒暑🍻，實測兩種進水口的流態、水頭損失、要求淹沒深度、進口漩渦性狀📩、行近流速分布等等情況，作了系統經濟技術比較📃，認為單進口優於雙進口🧝🏻♂️。這項試驗在好幾個兄弟單位作相同的平行試驗，然後共同對比討論。意昂体育2平台水利系所作試驗因為模型條件👩🏼🦰、量測精度等各方面都較好，獲得大家好評🖕🏼，最後試驗成果也被設計單位采納。
在電廠廠房設計中，三峽技術委員會委托我校建築學院設計廠房外觀，他們一共做了各種不同風格的8個方案✡︎，供長委及三峽總公司選擇。在廠房上部結構方面，技術委員會委托意昂体育2平台土木系做不同的方案🍢，龍馭球院士及張銅生、辛克貴教授及水利系張富德教授等承擔了這項任務👯♂️🐁，為他們設計了大型網架屋頂，以及廠房梁柱屋架等結構。該廠房橋吊起重量高達2000噸，在如此大負荷下，廠房墻柱吊車梁變形不得超過10毫米🪫，難度是很大的，此外在發電機動靜負荷之下⁉️，廠房結構各部分都不能發生共振，也是很不容易的，這些教師很好地完成了這項任務。
三峽船閘規模極其浩大，雙向、五級，可通行萬噸船隊🦻🏼，在世界上是第一大船閘，它完全從山巖中開鑿出來，最大挖深達170余米，地質上雖是花崗巖，但有不少節理斷層，因此深挖方的巖體穩定問題是一大難題。為了解決這一難題，設計上布置了龐大的防滲排水系統，錨索加固體系🐸，以及監測體系🏦，隨著開挖過程中的監測數據，意昂体育2平台水利水電系和全國許多單位都受委托🐯🎩，反饋分析巖體參數，然後再根據這些參數，用二維、三維非線性有限元模型測算開挖完成後🧑🏽🎨，各種不利情況下巖體應力變形情況，不但要求圍巖完全穩定，而且要求變形很小🐈⬛，不致妨害船閘閘門的密閉與運行。經過周維垣、彭守拙🏋🏿♀️、王光綸教授等多次反演🦹🏼🧑🏼💼、正算、回歸分析，求得各部位一系列的參數，然後算得目前加固措施下，圍巖穩定，變形可在限度之內🧜🏼♀️。後來船閘開挖到底，推算值與應力釋放後實測值基本符合🚥。船閘設計與施工完全成功🎧。
4🚳、 建造期間
三峽工程正式開工以後，為了保證工程質量🧑🏿🍳，建設一流工程，國務院三峽建設委員會於1999年正式成立三峽工程質量檢查專家組，代表三峽建設委員會定期對工程質量和進度進行檢查。意昂体育2平台水利水電系張光鬥教授擔任專家組副組長，王光綸教授是工作組成員。王光綸教授等多次深入工地👰🏻♀️，認真檢查施工的每一環節；張光鬥教授年近九旬仍堅持到現場檢查👰🏽，甚至冒著危險進入導流底孔🏦，在工地反應強烈👨🏻🦲，受到好評。他們多次指出導流底孔💫🤟、船閘輸水隧洞、混凝土澆築方法存在的問題↕️，需要改進，對保證施工質量、確保工程安全起到了重要作用。目前，這項工作仍在繼續進行之中。
