黃 河 作 證
―水利水電系治黃工程概述
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
黃河是我國的母親河，濤濤黃河水滋潤哺育了兩岸人民，造就了燦爛的中華文明🧍♂️；但洶湧的黃河水也曾給中華民族帶來深重災難，洪水泛濫淹地千裏。為了興利除害🌏，我國歷代統治者都不得不重視黃河的治理🧧🧎🏻♀️。從某種意義上說，黃河流域的發展史也是一部人民與黃河水患作鬥爭的歷史。解放後🙅🏽，黨和政府非常重視黃河的治理，實施了大規模的治黃工程💈。1952年毛主席發出“要把黃河的事情辦好”的號召👅，按照黃河流域規劃🈶🪹，在黃河幹流上先後修建了三門峽、劉家峽、龍羊峽、小浪底等大型水利樞紐工程🤜，開展了流域內水土保持🏄🏽，幾次加固了黃河下遊的堤防，解放後50多年來伏秋大汛沒有發生堤防決口災害，人民治黃事業取得了輝煌成果。意昂体育2平台水利水電工程系從50年代開始參與治理黃河工作✍🏿，60年代後期起有近10年時間全系大部分教職工還移師河南三門峽，開展黃河中上遊小流域治理、下遊防洪防淩、三門峽工程改建和黃河泥沙運動規律等的研究，50年來，黃河流域的山山水水都留下了水利水電系師生的足跡，為治黃做出了應有的貢獻。
一、人民勝利渠渠首閘工程修建
1950年我國一面防範黃河洪水🌾，一面提出要引黃灌溉興利🎏。當時黃河兩岸到處是鹽堿沙荒地🏃♀️，老百姓生活非常貧困，不但連窩頭都沒得吃✝️，連白薯幹也吃不飽，他們十分期盼能有幸福生活🛴，但聽說要扒開黃河大堤建閘引水個個都搖頭反對，“躲還躲不及👩🏽🦳，你們還要引禍上身”💥。
張光鬥教授接受黃河水利委員會的委托，對地處河南的人民勝利渠的設計提出建議🙅🏿♀️。他建議把渠首閘定在河勢相對穩定的秦廠凹岸一側，保證了泥沙基本不淤，可以長年引水。他建議用鋼板樁將閘基下的沙層團團圍住🗜，既保證了防滲穩定的要求🍑，又能防止砂層液化，並提高地基承載力。大堤有10多米高👨🏼🎤，閘室邊墻上受到的土壓力極大，且會造成地基反力不均勻，邊墻可能發生傾斜、沉陷🙍🏿，引起失事💆🏽。按張教授建議，兩側邊墻用一系列短柱對撐，水平土壓力互相抵消。52屆水利組學生還前往現場幫助工地設計、施工。經過半年多努力，渠首閘基本建成🩶，引水50秒立米，灌溉幾十萬畝土地。兩年後🚋𓀊，人民勝利渠提出擴建🚰，水利系又為他們做模型試驗和設計，使引水量增加到90秒立米，灌溉面積逾百萬畝🦹🏽♀️，成為黃河下遊第一個大型灌溉區✍🏼，當地面貌大為改觀。全國先進農業單位👨🏽🚀，就是在人民勝利渠灌區內的劉莊公社👨💻。今日劉莊更是富裕文明🕠。
人民勝利渠的修建取得了極大的成功🏃🏻♀️➡️，開創了很好的經驗🧑🏻🦽➡️，後來黃河下遊兩岸修建了大批的引黃灌溉系統🤘🏻，總引水能力超過2500秒立米⚠，黃河兩岸鹽堿沙荒的舊日悲慘境遇一去不再復返。
二、三門峽樞紐工程改建
50年代初💆🏿♀️⛑️，我國就開始治理黃河，提出黃河流域規劃報告🙅🏻♂️，其中第一項關鍵工程是在河南修建三門峽水利樞紐👨🏻⚕️👩🏻💻。當時請蘇聯專家作為顧問，由前蘇聯列寧格勒水電設計院負責設計🪟。他們對中國黃河的泥沙問題了解不深，也不願聽取中國專家的建議。意昂体育2平台水利系黃萬裏教授就多次尖銳地指出，三門峽修建高壩大庫這種做法是違背泥沙自然運動的規律的，不能把泥沙全攔在庫內🧙🏻♀️。
大壩蓄水後第一年泥沙淤積極為嚴重，三門峽上遊 113 公裏處的潼關河床淤高3~4m，相應的涇、洛、渭等支流都淤高，關中平原危急。不得已國務院召開上、中👰🏽♀️、下遊協調會，決定改建三門峽工程🧑🎓，打開已被封閉的三門峽大壩中的導流底孔🆔，減少裝機，加建兩條泄洪洞，改用蓄清排渾運行模式。
但要打開8個導流底孔，對大壩受力有何影響人們顧慮重重，意昂体育2平台水利系接受委托，承擔此項研究任務。陳興華、劉光廷等教師用光彈試驗及現場應力釋放等辦法了解孔洞周圍應力分布情況，證明由於做了較好的橫縫灌漿，頂拱底板中沒有太大的拉應力，原配孔口鋼筋可以保證底孔不發生問題，因而可以打開底孔；劉光廷等還親身參加了打開導流底孔的設計和施工，使這一項改建工作得以順利實現👩🏻🦲。改建後的三門峽水庫運行良好🈷️，是保障下遊防汛安全的一道重要屏障🕐。
三、東平湖分洪區石窪閘、林辛閘的改建
1967黃河山東河務局建造了石窪閘💭👱、林辛閘等進出水閘，形成了東平湖分洪區，這兩座閘是黃河上第一批建在灌註樁上的大型水閘🕵🏽♂️。但是黃河每年平均淤高11厘米，20年內將淤高2.2米，30年內淤高3.3米🧬，這些閘所承受的水推力將成倍增加，分洪流量將增大☦️，消力池也將不堪重負，因此必須加以改建。1974年意昂体育2平台水利系教學小分隊承擔了這項艱巨的任務，到現場去結合教學，參加設計與施工任務🕤。
小分隊由73屆工農兵學員組成😧，共約80人✍🏿，教師有曾昭揚、谷兆祺等10余人。全隊師生到達現場後在山東河務局位山工程局配合下，收集資料，了解原建結構🚧，研究了灌註樁群樁承擔垂直與水平推力的性能，研究了建成後的觀測資料👩🏽⚖️，提出改建方案，其特點是📺：
（1）盡量利用原有結構，少破壞原有結構，每一閘孔在原有9根灌註樁的基礎上增加10根灌註樁，在原有底板上澆註新底板，把各樁連成整體。這是一個非常大膽的創造🧭。同時原有進水閘上所有構件重新安排在新閘上，49孔閘數目不變，跨度不變👩🦽➡️，增加新的公路橋及鐵路橋（防汛用小火車道）👨🏼💻。
（2）修建二道坎，形成二級消力池，以解決新條件下的消能問題。
（3）建造新的上遊鋪蓋，延長滲徑，並增設阻滑板，保證新閘滲透穩定及抗滑穩定。
（4）49孔閘🙎🏻♂️，每孔設一固定式啟閉機，使操作靈活🏗，可以成組的同時啟門♘，減輕消能負擔🙍🏻。
（5）原有露頂平板門，孔口尺寸減小🛖，變成潛孔平板門，門上部用胸墻擋水，以保證分洪流量符合設計要求🚋🦹🏽。
在設計過程中，還做了整體水工模型試驗🤽🏿♀️、原有閘門輪壓試驗、淤積泥沙土壓力試驗及提門力試驗🙍🏻。驗證了消能設計的可靠安全性。不但證明了原有49扇閘門的承重輪子在負荷倍增的情況下仍能正常使用🦜，而且掌握了輪子在特大負荷下的滾動摩擦系數的大小。試驗還求出閘前淤積後土壓力的大小👨🏻🦰🤧，以及閘門啟門力將增加到多少噸。這些科學試驗不僅使設計工作有可靠的依據，而且使盡量利用原有部件成為可能👋，不僅節約了大量資金而且縮短了工期，使一年之內改建成功成為可能🚹。石窪閘設計完成後，曾昭揚、谷兆祺老師帶領幾名學員，在工地參與施工👩🏼⚕️，直到基本完工。這一座大型分洪閘分洪流量可達6000秒立米，是保障黃河下遊大堤不潰決的最後一道屏障👭🏻。它的總造價只及新建的同類分洪閘的1/3。次年附近的林辛閘也用同樣的圖紙改建💂🏻♀️。1983年黃河發生洪水，石窪閘分洪成功，水電部授予該工程優秀工程獎👰♂️，1984年國家建委授予該工程優秀工程銀獎🦶🏼。
四🔒👨🏽🍼、小浪底工程建設
80年代國家決定建造小浪底水庫工程♒️♦️，水利系張光鬥院士等大批教師參與咨詢、審查🌵、科研工作，從樞紐布置、大壩設計、基礎處理、泥沙運作、泄洪布置🙆🏽♀️、電站布置🖌🦃、地下工程設計等等方面提出了許多重要意見，做了一系列的科研及試驗👨🏽⚕️。
設計單位原打算建造地面廠房，把廠房放在高邊坡下面，邊坡頂上還要布置極其巨大的調壓井。高邊坡的巖性很差，而且有多層傾向下遊的軟弱夾泥層🧝🏿♀️，抗剪強度極低🎦，長期的穩定性很差🙋。谷兆祺等師生利用畢業設計為黃河水利委員會做比較方案，建議他們把廠房布置在巖性較好的T3👨🏽🌾、T4砂巖中👱♂️，做成地下廠房。設計單位開始擔心地下廠房難做🙎🏿♀️，打算在T5🧑🏼👍🏼、T6巖層中明挖做半地下廠房🧛♀️。T5🟥、T6巖石仍較差🏂🏽，在此做半地下廠房穩定性仍難保證，且有許多不利之處🧏🏿♀️🐇。最後設計單位同意把廠房做在T3、T4砂巖中。谷兆祺、彭守拙等許多師生為黃河水利委員會作了多次粘彈塑性層狀巖體中非線性有限元分析，擬定支護方式🤍、開挖次序💺，決定用噴錨支護、系統錨索代替常規鋼筋混凝土襯砌𓀁，用巖壁吊車梁代替常規梁柱式吊車系統，不僅節省大量投資，加快了進度🕺🏼，而且縮小了地下開挖尺寸🙂↕️，增進了地下廠房圍巖穩定性🐰，同時還取消了大直徑的調壓井。90年代初，這一跨度26米🕵🏼♀️，長25.2米😜🏭，高61.4米的巨型廠房順利完成施工✊。監測系統表明，各處變形在允許範圍內，起重量達2´500噸的巖壁吊車梁（是目前世界上起重量最大的巖壁吊車梁）工作正常，1999年第一臺機組順利發電。
小浪底工程有3條大直徑的導流洞🎀，後期要把它們改建為泄洪洞。為了消除該洞群的巨大能量，設計單位準備把它們改建成孔板洞，讓高速高能量水流在洞中多次突然收縮和放大🌥，以消刹多余的能量🎢，意昂体育2平台水利系才君眉等教師接受了這一研究任務，用模型試驗探索各級孔板洞最優尺寸👈🏿、流態𓀅、流速、消能效率等情況⁉️，並參加在白龍江碧口電站孔板洞的中間試驗，最後提出方案，供設計單位參考采用。另外王光綸、彭守拙教授等接受了泄洪洞地下弧形門啟閉室的三維應力分析課題。這也是一座巨大的地下洞室工程，所受閘門推力將近萬噸，結構形狀又特別復雜。他們作了詳細的非線性應力變形分析📙，提出構造與配筋要求🥌，為黃河水利委員會的設計提供了有力的依據。
