有一种广为流传的说法是,现在的大坝都是钢筋混凝土结构,而水泥的寿命为50年,一旦达到这个年限,像三峡大坝这样的水泥结构体也就进入了生命倒计时。
但如果我国投入2100亿只为建一个寿命50年的工程,岂不是太愚蠢了吗?这明显是不合常理的。
问题来了,三峡大坝的寿命真的能通过水泥寿命来简单计算吗?如果当中使用的水泥寿命到了,会不会对三峡大坝带来什么不利影响?
设计年限:水库150年,发电100年,怎么定的?
三峡大坝有严格的设计和建造要求的,它属于一等大型工程,在国内是行业标准最高等级。按照规定,三峡大坝的水库使用寿命为150年,发电、防洪等属性寿命为100年。
设计使用寿命的依据是《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》,根据规范,对不同等级的水库大坝都有严格的设计年限标准。
因此,按照规范标准,网上所说50年水泥的寿命就不准确了。在工程界以及科学界,现在还没有任何一个确切的数据,说到水泥以及混凝土的寿命究竟是多少。
只是围绕混凝土结构大坝,业内以及国际上曾经有过一个相对通行的说法,这种通行的说法也可以理解成是大坝的实际运营年限,这个年限是多少,等到文章后面再说出来。
回到国内的规范标准,150年和100年两个年限是根据三峡大坝的同使用属性来决定的。在外界看来,这个寿命还没有达到人们的预期,之前就连毛主席都这么认为。
因为围绕三峡大坝建不建设,曾经经过几十年的争论讨论。林一山,他是长江水利委员会的第一任主任,那还是在1958年的时候,围绕可能建设的三峡大坝,毛主席问他大坝的使用年限是多少?
对方回答说,使用年限可以达到200年左右,考虑到泥沙淤积的问题,如果提前做好预防和改进,可以保证大坝400年内不会完全淤死。
毛主席听后就说,如此重大的工程,如果只能使用两三百年就淤死了,十分可惜。从这一点就能看出来,毛主席当年也希望大坝的寿命应该更长一些。
但是,人们的希望,和大坝实际的运营年限之间,往往存在着很大的差距。
经济使用年限为50年
每一座大坝都会受到设计和具体建造的影响,除此之外,大坝所在的位置以及所在地的气候、环境、地质条件也会深刻影响大坝接下来的实际运营年限。比如有的大坝正好建在地震带上,未来就会受到地质环境的影响。
国际上有的大坝使用十几年就出了问题,也有的大坝是使用几十年才出问题,还有的大坝可能使用100年也很安全。总之,并没有一个通用的年限标准。
截止到2014年,全世界的所有大坝,使用寿命在50年以上的在5000座以上。上面已经提到,目前科学界还不能确认混凝土材料的明确寿命,因此根据综合因素考虑,国际上公认的大坝经济使用年限是50年。
什么意思呢?综合各种因素,一座大坝运营50年后,即使整体还比较安全,接下来对大坝的维护频率也要增加。
不过这也仅仅是一般的说法,具体情况还要根据每座大坝的实际运营确定,所以从这个数据的角度去看,大坝的运营寿命就是50年。
还是那句话,这个数据并不准确,仅仅是从运营维护的角度,大概提出来一个大坝进入生命中末期的概念。
对三峡大坝来说,需要考虑不利因素的影响。不利因素主要有两个,第一个不利因素就是泥沙的淤积。
早年,围绕三峡大坝建还是不建,主要的争论点就是泥沙淤积的问题。从20世纪30年代开始,三峡大坝的问题就已经在讨论和争论了。
50年内淤积,100亿立方米
上世纪80年代,正是三峡大坝建不建设讨论最为激烈的时候。当时不建设大坝的观点占据上风,主要的不利因素就是泥沙的问题。
1988年一篇讨论三峡大坝的文章中提到,所有的水库从建设开始都会走向死亡。因为泥沙淤积会一步步把水库填满,到那个时候,原来的水库就变成了一堆土和石头,非但不能再使用,还得考虑如何清除它给社会带来的危害。
从上世纪50年代到80年代,国内新建设的水库大坝有几百座,运营30多年后,因为泥沙淤积被废弃的大坝就有几十座。
其中最突出的就是三门峡水库,1960年蓄水运营,仅仅3年时间,由于水位的上升,黄河上游就威胁到了沿岸城市的安全。
国外也有类似的情况。印度在1963年建设了巴克拉大坝,设计的时候,每年预计的泥沙淤积规模为2840万立方米,等到实际运营,每年的规模达到了4130万立方米。由于泥沙不断在水库里淤积,最终导致水库的使用寿命比预计缩短了一半。
1977年建设的尤开大坝,泥沙实际的淤积规模超过了原来估计的3倍之多,导致大坝的寿命不到设计寿命的1/4。
1985年,业内专家经过计算得出,如果三峡大坝建成,根据长江每年的泥沙输出规模,50年内大坝的泥沙淤积将会达到100亿立方米。
假设三峡大坝的蓄水位是150米,这样的淤积程度,就会占水库整体库容的一半。也就是说,按照当时的计算,三峡大坝使用50年,就有一半的水库库容变成死库;使用100年,整个三峡大坝就会被泥沙彻底填满。
当初正是按照类似的观点反对建设三峡大坝,现在大坝建成已经运行了19年,泥沙每年的淤积规模究竟是多少呢?
泥沙淤积才是影响寿命的主要因素
对每一座大坝来说,泥沙是影响寿命的主要因素。因为大坝拦截着水流,同样也就拦截了从上游不断被冲刷下来的泥沙。这些泥沙越积越多,都会沉淀在水库,一点点把原来的库容填满。
三峡大坝在建设之前,围绕设计技术争论最多的也是泥沙问题。不过截止到2024年,泥沙的问题并没有原来想象的那么严重。
过去的计算和实际的情况出现了差距,难道是因为之前的计算出错了吗?那倒也不是,而是因为过去和现在的泥沙量确实不一样。
在1950年到1986年期间,每年经过宜昌站点的泥沙流量为5.3亿吨,这个规模确实很庞大。
但是到了2003年以后,每年从上游冲刷下来的泥沙规模最多的年份也只有2亿吨,少的年份是甚至连1亿吨都不到,平均下来,每年的泥沙规模只有1.44亿吨。
实际的泥沙淤积规模只有原来计算1/3 如果未来继续这样的规模,原来估计100年就能将水库填满,现在将可以延长到400年。
也就是说,从泥沙淤积的角度计算,三峡大坝的使用寿命可以达到400年。那新的问题就出现了,为什么过去和现在长江的泥沙输出量存在差距呢?
泥沙减少的原因主要有两个,第一个是三峡上游在大坝建成后,一直在推动植树造林和退耕还林,水土流失治理有效,冲刷到长江里的泥沙自然就变少了。
第二个原因是在长江的上游,近十几年来又建设了大量新的水电站,这些水电站也拦截了一部分泥沙,最终使得三峡大坝的泥沙淤积量变少了。
泥沙淤积问题不再像过去估计的那样严重,那么影响三峡大坝寿命的另一个因素,就是大坝自身的混凝土结构了。
坝体结构没有明确的年限
上面已经提到,大坝的混凝土结构,其实际使用寿命究竟有多长,目前并没有明确的年限定论。有的大坝使用年限就很长,有的大坝在达到一定的年限后就步入老年状态了。
比如说美国的胡佛大坝建造于上世纪30年代,但是至今还在正常使用,而且从外观上来看,大坝的主体结构并没有出现严重的老化。
另外一座国内的大坝,吉林的丰满水库建造于1937年,到1988年的时候,这座水库已经是51岁的年龄。
在那个时候,水库整体就出现了老化迹象,表面严重破损,整体达到了使用寿命末期,需要对大坝进行全面加固和更新,才能保证接下来的正常使用。
所以说,大坝究竟可以使用和存活多久?不同的大坝,其年龄确实不一样,三峡大坝未来就面临着这样的不确定性。
截止到现在,大坝建成运营已经是第19个年头,三峡大坝还没有出现过破坏整体结构的危害性裂缝。这就意味着,接下来对大坝做好养护将是保证寿命延长的关键。
建造质量是大坝的基础,良好的维护,则是保证寿命延长的关键手段。在这两个基础之上,大坝的整体寿命才能得到延长。
结语
所以说,从泥沙淤积的角度看,现在的三峡大坝可以保证三四百年的使用年限。但是也要考虑混凝土的结构和使用寿命。
目前的专家也给不出确切的论证数据,也就是说,要想保证三峡大坝的长时间使用,对于整体结构的养护和维修,在大坝使用达到一定年限后就得提高频率。
一座大坝的整体寿命,包括了设计之初的使用年限,也包括了后期维修后延长的使用年限,两者加在一起,这才是一座大坝的实际寿命。
现在的三峡大坝运营还不到20年,还处于青少年时期,因此完全不用担心它的使用问题。监测好每年的泥沙淤积规模,监测好坝体的整体情况,这才是保证大坝健康的关键。