工程扎实 效益显著 勇于创新——访中国科学院院士张楚汉

本刊特约记者 徐 瑶

(中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610041)

工程扎实 效益显著 勇于创新
——访中国科学院院士张楚汉

本刊特约记者 徐 瑶

(中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610041)

记者：作为白鹤滩水电站工程的院士顾问，您对白鹤滩水电站工程建设有何评价？

张楚汉：白鹤滩工程的设计规划、科学研究、方案选择经历了10多年。从2006年5月份开始，我参与该工程相关的规模较大的会议就有10多次,现场查勘两次。白鹤滩工程抗震安全专题研究和评价，一直是在三峡集团和华东院支持下，由清华、中国水科院和大连理工等共同承担完成。从我参加的经历来看，白鹤滩水电站工程建设可行性研究的时间经历比较长，无论是从调查研究、地质勘测、工程设计，还是科学实验和计算，白鹤滩工程的研究都是相当深入、精心、精细的，工程咨询环节也比较全面。迄今为止，我认为这个工程在安全、环保、移民等方面的工作做得是比较扎实到位的。

记者：在您看来白鹤滩水电站工程建设有何重要意义？

张楚汉：第一，从经济效益来看，我国水电“富矿”就在金沙江这段流域上，四座水电站(溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩)全部建成后，加上三峡，其发电装机将达到7万兆瓦，占我国水电装机接近20%。从发电量来看，这四座电站年发电量可达到2千亿千瓦时，其效益相当可观。白鹤滩水电工程是这四座电站中发电、防洪、经济效益最大的一座水电站。

第二，目前全球各国提倡使用清洁能源，降低二氧化碳排放。作为全球二氧化碳排放总量最高的国家，我国在能源结构转型方面承受的压力是非常大的。2015年12月，习近平总书记在巴黎气候变化大会上提出几点承诺，其一是到2030年，我国二氧化碳排放达到峰值；其二是到2020年和2030年，非化石能源占一次能源消费比重分别达到15%和20%(目前占比约为12%)。任务是非常艰巨的。

水电是可再生的清洁能源，对我国能源结构调整意义重大。2015年，我国标准煤消耗量为43亿吨。白鹤滩水电站建成后，每年发电624.91亿千瓦时，可节约标煤约1968万吨，可减少排放二氧化碳约5160万吨，二氧化硫约17万吨。工程建成后，与其他大型水电站一起，对我国二氧化碳的减排将作出可观的贡献。

第四，水库在旱季期间对长江中下游地区补充水资源有贡献，解决干旱问题。此外，区域航运也因大坝的修建而有所改善，水库拦沙也对下游三峡水库减淤起到重要作用。

总的来看，白鹤滩水电站工程在发电、减排、防洪、拦沙、供水、航运等方面效益显著。

记者：建设工程，安全第一。您认为白鹤滩水电站建设过程中在安全方面应该注意哪些问题？

张楚汉：安全第一。影响白鹤滩工程安全的有几个因素。

首先是地质因素。金沙江一带有很大一片流域地质层都由柱状节理玄武岩组成。这种地质条件并不是白鹤滩独有的，溪洛渡和金安桥水电站的地基也是这种岩石。由于拱坝主要是依靠大坝两岸坝肩的支撑作用，而白鹤滩水电站最大坝高有289米，水库总库容可达206亿立方米，作用的水推力巨大。因此，大坝基础稳定非常重要。工程设计已经对玄武岩的开挖、卸荷、变形、稳定问题采取了许多措施，我认为这对确保白鹤滩工程基础稳定问题是很重要的。

其次是地震。十多年来，我就一直参与关于白鹤滩水电站工程地震的研究和咨询工作。由于对白鹤滩坝址区地震断裂带的活动性和强度有新的认识，抗震设防烈度有较大提高。地震对大坝的影响在白鹤滩水电站安全中是一个更为突出的问题(迄今在全国大坝抗震设防中排名第二)。

地震的发生很难预测，如果发生强烈地震可能会造成几个方面的影响。首先，坝头的抗震稳定性是首要关注点；其次，要关注坝址区高边坡稳定问题；再者，大坝在强震中抗裂稳定性也非常重要，它影响大坝的整体性。

不急于退烧，给免疫系统“练兵”的过程对于有正常免疫功能的人而言，普通感冒不用特意使用药物去“治本”，也没有药物可以用来“治本”。我们有自己的免疫系统，如果我们的免疫系统功能正常，完全可以把普通感冒病毒从身体里清除出去，只是我们的免疫系统和普通感冒病毒作斗争需要一个练兵的过程：

第三个影响安全的因素是坝肩河谷边坡的变形。金沙江是干热河谷，正常情况下，两岸地下水位很低，而当水库蓄水后，水位抬高达到三百米，水库的水往两岸山体渗透，导致原本干燥的岩石变成饱和或局部饱和状态，山体岩石有效应力下降，河谷两岸向河床中间移动，从而产生两岸峡谷的相对位移。其结果是对拱坝应力有所调整，严重时会导致拱坝产生裂缝。这在国内外高拱坝中已有先例，因此要进行预研究，并加强监测工作。

我关心的第四个安全因素是泄洪。巨大的泄洪流量对下游产生的冲击力是巨大的，大坝与隧洞可能产生的空蚀、冲刷，下游雾化对边坡的影响，大坝结构产生震动等都是应当关注的问题。

最后，我还想提一下大坝施工的安全问题。白鹤滩工程大坝高，两岸边坡陡峻，要十分注意人员安全和设备安全。

记者：白鹤滩水电站在建设过程中实现了哪些创新突破？

张楚汉：在我国，与白鹤滩水电站坝高类似的大坝不止一座，例如小湾水电站、溪洛渡水电站等都已经运行一段时间了，有许多经验可以借鉴。但是它也有区别于其他大坝的特点：柱状节理玄武岩、地震强烈、泄洪量巨大、河谷不对称等，因而建设的综合难度更高，需要在建设这一世界一流工程中有所创新。

白鹤滩工程建设的创新有几个方面。首先，为防止产生裂缝，工程普遍采用低热混凝土。混凝土在施工过程中有一个重要的问题就是在浇筑过程中容易产生“温度裂缝”。如果出现结构性裂缝就会影响大坝的整体性、耐久性和受力条件。利用低热混凝土并优化温度控制，可保证大坝基本上不产生宏观裂缝。希望在智能优化温控防裂方面有所突破，这是一个我非常期待的创新。

其次，就如何解决白鹤滩水电站拱坝不对称问题方面有所创新。白鹤滩工程的河谷与拱坝不对称问题，在国内外来看都是比较突出的。拱坝不对称一般会导致大坝受力不均匀。这个问题我们清华与华东院合作，在可研阶段就进行过系统的研究。从设计上通过地基处理与拱坝基座结构设计尽量使它对称，从计算分析上通过详细的比较和研究，测算出不对称性究竟对大坝有多大的影响，如何降低这种影响。科学研究表明，大坝的受力条件与稳定性是可以保证的，不对称导致的影响是可以承受的。

此外在大坝的抗震措施方面，如何加强坝肩抗力锚索，如何布置坝体抗震钢筋等，都需要创新性的设计和研究。

记者：您刚刚提到白鹤滩水电站的地震情况较其他水电站更为复杂，您能和我们具体谈谈如何解决这些问题的吗？

张楚汉：由于在对白鹤滩工程做可行性报告研究期间，我国发生了汶川地震和一些其他地震，我们拿到的坝址资料更加丰富，新的抗震规范要求更高，对白鹤滩工程制定的设防地震烈度提高了要求，这就加大了设计、施工和科研的工作难度。在过去30年中，我国高坝抗震的研究人员花了大量的人力、物力研究这个问题，已取得了举世瞩目的先进成果：

其一是我们研究国际上的案例，考虑如何设计一个耐震的大坝。

其二是在抗震理念与措施方面，主要有以下几点：第一是改变过去让地震波在坝基局部地区来回反射的假设，而是考虑地震波向外辐射，从而降低大坝本身的震动。这种抗震理念可以减少大坝震动20%到30%。第二个方法是利用拱坝的结构横缝在发生强烈地震时，考虑缝隙张开，释放拱向应力。但这一现象将导致大坝梁向产生拉力，故需采取梁向钢筋，以加强抗裂能力。

此外，对地基和两岸边坡进行抗震锚索加固，增强两岸坝肩的抗震能力，同时还要加强上游防渗措施。

记者：您对白鹤滩水电站工程有什么期望和建议？

张楚汉：百年大计，安全第一。精心设计、谨慎施工。注意生态环境，做好移民工作。关键技术上，希望相比之前的几座大坝有若干引人注目的创新成果。

(责任编辑：卓政昌)