有人说三峡大坝为什么不设计成弧形,像胡佛大坝那种造型,降低水流冲击?我想说的是,在工程技术上,用三峡去比胡佛,就是大人欺负小孩么! 首先得明白,胡佛大坝是啥时候建的?1930年代!那可是将近一百年前了。那会儿造大坝,工程师们手里有啥?计算尺、手绘图纸,加上实践经验。电脑?想都别想!材料科学、地质勘探技术、大型施工机械,跟今天比差得不是一星半点。 胡佛大坝建在美国科罗拉多河上,选的地方是布莱克峡谷。为啥选这儿?因为峡谷窄啊!两边的山体都是坚硬的花岗岩,像两堵天然的大墙。在这么窄的地方建坝,工程量相对小(虽然在当时也是超级工程),而且两边的山体能帮着“撑住”大坝。 胡佛大坝修成弧形(重力拱坝),原因不是因为它“好看”或者“更先进”,而是当时技术条件下,在那个特定地点的“最优解”,甚至是“不得不”的选择。 峡谷太窄了,坝体宽度有限。如果修成直直的重力坝(像三峡那样主要靠自身重量压住地基),在那个年代的计算水平和材料强度下,工程师担心大坝自身的重量可能不足以完全抵抗后面巨大水库(米德湖)的强大水压。 怎么办?工程师们灵机一动:把坝体修成向上游凸出的弧形。这样,水压作用在弧形的坝面上,就会产生一个向两侧(峡谷壁)推的力。 这个力,正好可以传递给两边坚硬的岩石山体,让山体帮着分担很大一部分水压力。这就相当于大坝“靠”在了两座大山上,大大减轻了自身需要承担的负荷。这是那个时代,在狭窄峡谷建超高坝的一种智慧,但也是一种对地形的高度依赖。 30年代的水泥性能、钢筋强度,跟今天完全没法比。为了确保安全,坝体必须做得非常厚实、笨重(所以叫“重力”拱坝)。那个优雅的弧线背后,是巨大的混凝土方量堆砌出来的“敦实”。 你看胡佛大坝的照片,坝体本身(那个弧形部分)上是没有大孔洞泄洪的。它的主要泄洪设施在哪儿?在坝的两头!左右岸各建了专门的溢洪道(像巨大的滑梯)和泄洪隧道。 为什么不在坝体中间开大口子泄洪?因为工程师不敢!在那个弧形重力拱坝的主体结构上开巨大的泄洪孔,会严重破坏结构的整体性和传力路径,削弱它“靠山”的效果,以当时的技术水平和认知,风险太大。 所以只能把泄洪这个重要功能挪到旁边去解决。这就导致泄洪路线长、结构复杂,水流冲击下游岸坡的问题也更突出(需要建很长的泄洪槽来消能导流)。 可以说,胡佛大坝的弧形,是技术局限下,工程师们为了“安全”而采取的一种“巧妙但带点无奈”的解决方案。它很美,是工程史上的丰碑,但它身上深深烙印着30年代的科技水平。 再来看看三峡大坝。它建于21世纪初,坐落在长江三峡西陵峡段。这里的地形跟布莱克峡谷天差地别。长江在那个地方江面宽阔,河谷是相对开阔的“U”型,而不是狭窄的“V”型深谷。两边的山体地质条件也不像胡佛那里是整块坚硬的花岗岩。 在这种地方,如果还硬要学胡佛修一个巨大的弧形重力拱坝,会发生什么? 河谷宽啊!你修个弧线坝,想把水压往两边推,让山体分担?可两边的山离得远,而且地质条件未必能像胡佛峡谷那样完美地“扛住”这个推力。强行“靠山”,山体可能吃不消,风险更大。 在宽阔的河谷上修弧形坝,意味着坝体的长度要大大增加(因为弧线比直线长),需要的混凝土量将是天文数字,造价会高得离谱,完全不经济。 长江的水量可比科罗拉多河大太多了!三峡需要泄放的洪水流量是胡佛的N倍。如果像胡佛那样,只在坝体两头搞泄洪道,根本不够用,泄洪会成为巨大的瓶颈和安全隐患。 那三峡怎么办?它选择了一条更符合现代工程理念、更能体现当今技术实力的路——混凝土重力坝!而且是笔直的、坝体上开满巨大泄洪孔的重力坝! 现代材料科学和结构力学的进步是惊人的。工程师们可以精确计算出需要多少强度的高性能混凝土、需要配多少钢筋,才能让这座笔直的大坝,完全依靠自身的巨大重量和坚固结构,稳稳地“坐”在河床的基岩上,扛住长江洪水的千钧重压! 三峡大坝最震撼的地方之一,就是它的坝体上开了23个巨大的泄洪深孔和22个泄洪表孔!这在胡佛大坝时代是不可想象的。 现代技术保证了在坝体上开这么多、这么大的孔洞,依然能确保大坝的整体安全和强度。长江的洪水来了?直接通过坝体上的孔洞,以最直接、最高效的方式向下游宣泄。泄洪能力超大,水流路径短,配合坝下的消力池,能有效消解水流的巨大能量,减少对下游河床的冲刷。这泄洪能力和设计理念,甩开胡佛几条街。 在宽阔的河床上,直线坝的长度是最短的,需要的混凝土总量相对弧形坝更少,更经济。施工也相对更便利、更高效。现代大型施工机械和施工组织能力,为建造如此庞大而复杂的直线重力坝提供了可能。 三峡大坝不仅是挡水和泄洪,它还集成了发电厂(世界最大)、船闸(世界级)于一身。直线坝的设计,使得在坝体内和坝后布置庞大的发电机组和复杂的通航建筑物(五级船闸、升船机)在空间利用和结构协调上更为合理和高效。胡佛大坝的发电厂房只能挤在下游两侧,规模也小得多。