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山河为证,黄河上的“中国红”——探访李家峡水电站

水电站
三峡小微

▲李家峡水库 供图/黄河上游水电开发有限责任公司

我想象中的黄河,滚滚黄流奔腾不息。但上游的黄河,另有一番模样——

发源于巴颜喀拉山冰雪中的一湾清水,在高山峡谷中左突右冲,巨大的地势落差使得黄河之水高速奔流,形成了水电建设的绝佳环境。

新中国成立后,黄河上游梯级电站逐渐成型,这其中叫得响名字的,有中国首座百万千瓦级水电站——刘家峡水电站,还有被称为黄河“龙头”电站的龙羊峡水电站……

而于上世纪80 年代后期开工建设的李家峡水电站,单机容量40 万千瓦水电机组,首次突破龙羊峡水电站的32 万千瓦,是我国当时已投产的单机容量最大的水轮发电机组。总装机容量达到 200 万千瓦,是当时西北最大的水电站。

新中国成立后,黄河上游梯级电站逐渐成型,这其中叫得响名字的,有中国首座百万千瓦级水电站——刘家峡水电站,还有被称为黄河“龙头”电站的龙羊峡水电站……

而于上世纪80 年代后期开工建设的李家峡水电站,单机容量40 万千瓦水电机组,首次突破龙羊峡水电站的32 万千瓦,是我国当时已投产的单机容量最大的水轮发电机组。总装机容量达到 200 万千瓦,是当时西北最大的水电站。

铜墙铁壁,记录火热岁月

时间回到 1987 年,李家峡水电站经过 10 年的勘察、设计工作,终于正式动工兴建了。坝址选在青海省尖扎县与化隆县交界处的李家峡峡谷中段,距离上游龙羊峡水电站 108.6 公里,是黄河上游规划的第三座大型水电站。

李家峡水电站作为当时西北最大的水电站,创造了许多至今仍然值得一提的领先成绩:国内首台单机容量 40 万千瓦机组;大型引水压力钢管裸露于大坝表面(背后)设计方案,属国内首创;首次采用坝后(厂房)梅花状双排机组布置;最大坝高 165 米,是当时中国最高的双曲拱坝。

当我站在李家峡水电站的观景平台上,顿时被眼前景象所震撼。连片红色山体在自然环境的侵蚀下,形成如柱如塔、似壁似堡、似人似兽的奇特形态。附近不远处就是坎布拉森林公园,以丹霞地貌著称。丹霞地貌是由红色沙砾岩构成,岩体表面丹红如同彩霞。奇峰、方山、洞穴、峭壁是其主要地貌特征。如果单从审美的角度去看,你会惊叹于大自然的鬼斧神工,但当我们真正站在这片土地上,脑袋里只有一个想法——这样的地方也能建电站?

▲青海省尖扎县坎布拉国家森林公园 供图/视觉中国

据说当时建设工人们刚到李家峡的时候,也有这样的疑惑,他们戏称李家峡峡谷为“红帽子白身子”,即顶部为红砂岩,底部为风化灰白岩石。这种复杂的地质条件,在当时已建和在建的电站中都极为罕见。

据当时李家峡水电站的施工日志记载:在全长 1176 米的导流洞主洞开挖中,累计塌方314次。广大建设者为解决这一问题,开始普遍推行“新奥法”施工,即控制爆破的喷、锚、网、顶、撑等综合措施,尤其是洞身的混凝土衬砌中,采用取消拱座(以深锚筋装代替)先浇拱顶、后浇边墙的“吊顶”浇筑新工艺,制伏了塌方问题。据说当时有一位瑞典专家在李家峡导流洞施工现场考察后曾惊呼:这简直是在面包里面打洞子!

不仅洞子难打,大坝主体建设和边坡治理同样是一场硬仗。李家峡工程初设审定坝型为拱形整体重力坝。由于河床坝基发育有多条顺河向断层,且多组构造相交切,岩体整体性较差,河床顺河断层的处理难度较大。为提高工程的安全可靠度,节约混凝土工程量,坝型最后调整为将大部分荷载传向两岸岩体的三圆心双曲拱坝。

▲李家峡水电站的三圆心双曲拱坝 供图/黄河上游水电开发有限责任公司

两岸山体破碎,就用锚索像纳鞋底一样把山体“缝”得紧致牢固,再大面积喷上混凝土,李家峡顿时就变得铜墙铁壁一般,拥抱着奔流而下的黄河。大坝建成后的 20 多年间,质量和安全经受住了时间的考验,边坡及滑坡体也保持在较为稳定的状态。可以说,李家峡水电站的建设为后来国内外复杂地基、高拱坝地基处理及干旱地区边坡治理都提供了宝贵的经验。

披荆斩棘,在实验中前行

李家峡水电站大坝坝高为 165 米,坝基最宽处达 45 米,坝顶宽仅 8 米。由于坝址所在地峡谷过于狭窄,规划的5 台 40 万千瓦的机组无法在坝后布局成一整排。最初李家峡水电站的厂房布置形式,选择的是坝后 3 台明厂房和 2 台窖洞式地下厂房。后来受限于坝址地质条件,不得不放弃开辟地下厂房的想法。最终建设者们想到了双排机组厂房布置,但这种形式在国内没有先例,电站就组织专家到前苏联双排机组厂房布置电站及莫斯科水电设计总院进行考察咨询,并最终确定了这种方案。这是中国首次采用双排机组布置的水电站,也是世界上最大的双排机组布置的水电站。

我们到李家峡水电站采访时,有幸见到了双排机组的布局。只见两排机组呈高低落差布局,其前后机组的尾水管为上下两层重叠布置,此时,一期工程四台机组已分别于1997 年、1998 年、1999 年投产发电。二期工程的 5 号机组,于 2022 年 4 月开工扩容,预计在 2023 年投产发电。我们来得还不算晚,见到了尚在“成长”中的李家峡。

▲李家峡水电站厂房 供图/黄河上游水电开发有限责任公司

如果说布置双排机组是迫于坝址的限制,不得已而为之,那么李家峡水电站的4 号发电机,则是主动选择了蒸发冷却新技术,属于国内首例。

蒸发冷却是当时新型冷却技术,不仅可以提高材料利用率,降低发电机定子绕组运行温度及温差和发电机定子热应力,减少事故隐患,更重要的是比常规的水内冷具有更好的优越性。首先,由于其为自循环系统,不需要另外的水处理设备;其次,消除了由于泄漏和氧化物堵塞造成事故的可能性,即使发生冷却介质泄漏,也可以让发电机空冷运行或少介质蒸发冷却运行,待停机后再维修,这是水内冷发电机无可比拟的。

我们在现场了解到,4 号发电机自 1999 年12 月 10 日正式投入运行至今,蒸发冷却系统运行安全可靠,系统维护量很少,因此将于 2023年投产发电的 5 号机组,也将使用这项技术。

从李家峡水电站主厂房走出来,我们被坝后 4 个巨大的引水压力钢管所吸引。这是我第一次见到裸露在大坝表面的引水设施,就像四根巨大的“吸管”排列在坝后,我们从底下仰视,仿佛走进了巨人的世界。工作人员告诉我们,这种设计方案是李家峡在国内首创的。

▲李家峡水电站坝后 供图/黄河上游水电开发有限责任公司

而且这些引水压力钢管的整体卷制在当时还取得了技术上的重大突破。由于李家峡水电站发电机组的引水压力钢管长达 920 米,内径宽达8 米,管壁厚度约 2-4 厘米,总量达到 5000 多吨,用传统的“瓦片组圆法”制造面临着工期长及工艺复杂的问题。技术人员便积极探索新技术,最终成功研发出平台平面对接钢板,一次卷制成型的新工艺。这项工艺简化了制作工序,为工程建设节省了宝贵的时间和资金,这在当时是国内首创,在国际上也处于领先水平。

梯级调度,综合效益再放大

黄河上游河段全长 918 千米,集中落差约 1324 米,高海拔河段水利资源丰富,水电开发条件好,经济指标优越,是我国水电资源中的“富矿”,被列入国家重点开发的八大水电基地之一,建成、在建和规划建设的水电站达到39座。

▲黄河上游梯级电站示意图 供图/黄河上游水电开发有限责任公司

随着沿黄社会经济的快速发展,沿黄地区综合用水要求越来越高,按照国务院颁布实施的《黄河水量调度条例》,黄河水量实施统一调度,上游梯级水电站的运用目标从以发电为主,转变为以防洪、防凌、灌溉、供水等综合利用为主,兼顾发电,梯级水库运行遵循“以水定电”原则,优化调度、补偿调节。

黄河上游梯级电站实行联合调度以后,李家峡水电站综合效益被进一步放大。在发电方面,李家峡水库的总库容为 16.5 亿立方米,为日、周调节,而其上游的龙羊峡水电站总库容则达到 247 亿立方米,为多年调节水库。当黄河上游水电站形成梯级调度,龙羊峡水电站则可以根据实际情况为下游梯级电站科学补水,联合调度,保证下游电站高效、稳定发电。从投运之初,李家峡水电站就主动承担起西北区域内省间送电的重任,多年来持续将“清洁黄河电”沿黄河流域送至甘肃、宁夏,据不完全统计,仅 2008 至 2020 年累计送电甘肃、宁夏就高达 94.32 亿千瓦时。通过联合调度,李家峡水电站防洪、灌溉、防凌、供水等综合效益也得到进一步提升。

此次探访李家峡水电站,最直观的感受是其生态效益的发挥。李家峡水电站在筹建之初,就高度重视生态环保,通过开展环境保护和水土保持基础调研及论证工作,制定了预防水土流失和改善生态环境的各项有效措施。电站建成后,李家峡水电站又在鱼类繁殖、湿地恢复、水土保持方面持续发力。

在鱼类繁殖方面,通过低层排水发电,保障出库水温常年维持低温水状态,为小型鳅科鱼类繁殖提供重要的水温环境。“近几年我们还打算建一个鱼类增殖站,以便更好地保护黄河上游的水生生态。”李家峡水电站的工作人员告诉我们。

在湿地恢复和水土保持方面,李家峡水电站蓄水后 , 近年位于龙羊峡下游、李家峡回水的贵德湿地面积明显增加。通过发挥库区的拦沙作用,李家峡水电站减少水土流失量约 1155 万方,极大地提高了电站所在河段枯水期的水环境容量,保障了该河段生态环境用水的水质标准。

纸上了解到的只是冰冷的数据,但当我们经过李家峡水电站沿岸,能清晰地看到、触摸到山坡上茂密的植被,是那种低矮、坚硬的高原灌木丛和草类,就像曾经李家峡的建设者和如今李家峡的运营者一样,坚韧地扎根在这片土地上。

“库区植物以前覆盖率没有这么高,我们是看着它一点点绿起来的。”的确,从西宁一路走来,我们也感受到越靠近电站,草木越茂密。

▲李家峡水库 供图/图虫创意

离开李家峡的那天,阳光格外明媚,我们中途停车,站在高处俯瞰黄河,只见“又高又瘦”的李家峡水电站,拥抱着一库清澈的黄河水。河水犹如一颗“祖母绿”宝石,镶嵌在红色的丹霞山体中。远远望去,李家峡就像黄河上的“中国红”,在中国水电史上留下浓墨重彩的一笔,又在新时代发光发热,为中国的能源改革贡献力量。

评论
薪火传承
少傅级
通过发挥库区的拦沙作用,李家峡水电站减少水土流失约1155万方,极大的提高了电站所在河段枯水期的水环境容量,保障了该河段生态环境用水的水质标准。
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