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:第三章 恽震率队勘测三峡始末(续2)_

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第五章 水力发电之规划

扬子江上游三峡之内,无论冬夏,随处多有急流,以其水势汹涌,恒为航运之梗,若欲就地扩大规模,利用水力,甚非易事,其重要原因如下:

在此巨流之大江,拦河兴筑滚水坝,事实上几不可能。

 峡内水面平均宽约430公尺,两岸石山坡度甚陡,实无空地另辟引水道。

三峡之内,水位改变甚大,宜昌上游自37至166公里间,低洪水位之差约为32公尺至59公尺,建筑船闸发电厂等工程费用过巨。

所幸宜昌上游,低峦横伏,数见不鲜,若利用低峦为天然滚水坝,正流河槽用大块岩石填塞,迫水流过滚水坝,提高水位,以利用水力,似较轻而易举。兹将基本注意之点列下:

宜昌为重庆、汉口之中心,轮船往来,交通甚便,电气事业易于发展,故选择发电厂地基,以近于宜昌为最宜。

天然低峦须具有适当之高度及坚固之基础,且其长度须足敷滚水坝或泄水道之用。

发电厂须有适宜之进水池及泄水沟。

本此原则选得葛洲坝及黄陵庙两地点,各有特长之点。兹将初步设计分述于次。

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一、葛洲坝计划葛洲坝位于黄猫峡门口下游2公里,南距宜昌海关6公里,坝基系砾岩,结构颇坚。以故扬子江甫出峡门,葛洲坝适当其冲,经数千年之大冲刷,卒未改变其形状。坝之顶面,地势平坦,约高于宜昌海关水尺零点15公尺,形成勾股,弦之长约1220公尺,面积约6顷,似此情形,不惟葛洲坝可利用作滚水坝,而坝之西边顺接扬子江,安设发电厂,亦甚相宜。兹将研究结果列下:水头之规定 查葛洲坝基础砾岩,北高而南低,北端砾岩露头,高约15公尺,及至南端降下地面3.5公尺。因滚水坝址略近南端,遂暂定坝高为12.8公尺。查发电厂之电力,以维持常量为最善,即水轮之速度应为恒数。换言之,同一水轮,同一水量,尤须有同一之水头,方可维持其一定之速度。然在宜昌之扬子江流量,自最小每秒钟3500立方公尺,至最大65000立方公尺,终年改变,无时或同,且洪水之际,最高水位高于水尺零点16.3公尺。葛洲坝泄水道高度仅12.8公尺,即洪水时坝之下游水面淹没坝顶3.5公尺。在此情况之下,冬日低水固有水头12.8公尺,若当洪水,水头自必减少,欲维持一定水头,须将滚水坝上泄水道之宽度缩短,使上游水位增高,至与下游水面成12.8公尺之水头为止。

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依各种水位之计算,计算从略泄水道宽度510公尺,无论水位改变至如何程度,其上下游水位之差,恒为12.8公尺,即以此数为计算电量之水头。

发电能力 依以上规定之水头,并假定水力发电总效率为73.7%,算出各水位之电量如下:〔表略〕依上表计算最高洪水时虽可发生电力6040000千瓦,但数十年不一见,决难利用40英尺之水位,一年中仅数日。27英尺之水位,可发生2445000千瓦,平均亦仅每年3个月,难以利用。12英尺水位时,可发生956000千瓦,平均每年历时约7个月至8个月,将来在需要时可以开发。若利用最低水位,即水尺零点,通年之中,无论何时,均可发生电力至少324000千瓦,本计划即以此为根据。

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水力发电厂之初步设计 如上所述,葛洲坝建设510公尺宽之滚水坝,顶高12.8公尺,终年可得12.8公尺之水头,以最小流量计算,可发生320000千瓦电力。水力机之大小,关系于建筑费之多寡与经济,实有详加研究之必要。据美国习惯经验,在12公尺至15公尺水头之大水轮,以能发生电力10000千瓦者为最普通。若采用此种大小样式,则照下节计算,水轮直径仅有3.7公尺尚不过大,我国机械制造工厂尚有能力设计制造或照式仿造,如十分之七由外国名厂定制,十分之三由我国仿造,则安全既得保障,经费亦可节省,惟一厂而有30具上下之机器,未免太多,厂房长度达610公尺,亦未免太长,若改用20000千瓦之水轮及电机,似较合式〔适〕。第一期5具占地170公尺,最后15具占地510公尺,此中斟酌,煞费周章也。

滚水坝泄水道 以葛洲坝之地势而论,滚水坝位置应顺岛之长度建设,若以水力情形而论,则以横断面勾弦〔图略〕为佳。因当洪水之际,滚水坝上有12.8公尺之水头,以65000秒立方公尺之水量,居高临下,势如建瓴,离坝之后,非有相当之水程,不足以杀其势。如第七图〔图略〕设计之位置,水流经过滚水坝后,直流1520公尺,方可达到西岸,故不至有害于航运。

滚水坝之本身,因未钻探地层,地下情形尚不明了。兹为计算价值计,暂作初步设计,如第九图〔图略〕中,坝上滚水部分取抛物线式,坝前近底部分取摆线式。坝前底面须建至低水面6公尺,坝前之砾岩须炸去,使低水时水流经过滚水坝后易于从两旁流泄。坝面须铺花岗石,坝心砌以乱石,坝前砾岩如有松裂之处亦须用洋灰灌实,以防冲刷。

岩石坝 发电厂北端须将扬子江河身用岩石填塞,方可使河水流经滚水坝,此处河宽大水时约610公尺,最深之处低水时约21.5公尺,夫以扬子江巨量之水而欲用岩石填塞,自非易事。水位愈高,水势愈急,推动之力亦愈大。究竟石块大至何等程度,方可不至冲去,不可不一为注意。据此次勘查所见,河道中堆积之大石块,似可不至被洪水转动者,其重量约在一吨半以上。又查美国加省ESCondidoDam亦为岩石垒成,高23公尺,底宽43公尺,顶宽3公尺,所用岩石大块者重至4吨。故本队建议拦河填石,须先填大块石重2吨至4吨,垒至高度16公尺,使水由滚水坝流去时,方可用小石块填垒上游之面,又须填土以防漏水,兹定坝顶高度32公尺,宽5公尺;下游之面,垒石坡度1∶2,填上坡度3∶1。其他设计如第九图〔图略〕。

船闸 宜昌、重庆间之交通端赖航运,今欲填塞扬子江,则船闸之建设实为必要。查此段往来轮船最大者65公尺,吃水2.7至3公尺,勘查之际,曾询当地中外航行专家,数十年后,此段往来轮船有无改大之可能,俱云事实上颇难实现,遂规定船厢长91公尺,宽12公尺,引水道约305公尺。闸门分上游下游、上游闸门高23公尺,门顶高于上游洪水位3公尺;门限顶面低于上游低水位3.7公尺;下游下闸门高20公尺。门限顶面低于下游低水面3.7公尺,闸墩顶面高于下游低水位32公尺,顶宽3公尺。上游闸墩高23公尺,下游闸墩高35.7公尺,闸墩底宽20公尺,其他尺寸详第九图〔图略〕。据山东小清河船闸设计经验,闸墩高度在9公尺以上板墙式较实体式为经济,兹为初步计算建设费,故取实体式。

低水时期,下游上闸门开置不用,仅用上游及下游之下闸门。如上游低水位长高至3.4公尺以上,则下游之上下两闸门须同时并用。所有 闸门俱用钢制,每门共重179544磅。

土壤及坝墩 葛洲坝正东有山水沟一道,近葛洲坝时分二叉道,此二叉道之间隆起成坵,即西坝是也。〔图略〕叉道之口,虽高于扬子江低水面,而葛洲坝建坝后上游之水面高远在其上,故须于滚水坝东端向东横建土坝一道,顶高与岩石坝同,宽4.9公尺,上下游坡度均为2∶1,上游之坡用块石铺面,以防冲刷。坝之中心须建混凝土坝心墙以免水之渗透,危及坝身。其各部尺度详第九图。

土坝滚水坝发电厂岩石坝相连之处,须各建极坚固之坝墩,其计算与发电厂挡壁同,分A、B、C3坝墩,如第九图。

回水曲线及淹没情形 葛洲坝计划完成后,其回水曲线影响如何,不可不加以研究。惟此次勘测,仅测得扬子江横断面二处:一在葛洲坝,一在黄陵庙附近。而扬子江河槽在葛洲坝以上,极不规则,所测之断面,不足应用,不得已依照海关扬子江上游图所量得之平均河宽,假设横断面底线为抛物线式,并以法国海军所测之河深,定各段之横断面。

根据推算结果,回水曲线在低水时影响于葛洲坝上游者83.5公里,洪水时仅54公里,因洪水水面坡度较陡故也。崆岭滩为三峡内低水时极危险之急流,葛洲坝建坝后,该处加深8公尺,可以化险为夷,至低水时淹没农田,除葛洲坝6顷外,尚有南津关、白房子及山水沟等处,以目力观察,约有20顷。最大洪水时期,淹地面较多,然为时仅数日,无足轻重也。

基础岩质 葛洲坝基础岩质之为砾岩,已详第四章。查美国加州FrancisDam于1928年冲毁,据当日各工程师查验报告,坝基岩质一部分为砾岩,内含陶土及石膏,陶土见水软化,石膏溶解于水,以致负荷力减少,终归失败。兹据中央大学地质学系郑厚怀教授观察,葛洲坝砾岩标本并无上述情形,惟地下岩层有无节理及渗透层,则须待钻验后始能断言耳。

价值之估计 前述葛洲坝计划常年可发生电力320000千瓦,兹为安全计取300000千瓦为该计划完成后之总容量,拟分三期建设。第一期发电100000千瓦,其余二期每期加添100000千瓦,其建设费分期估计如下:第一期 S 33973800第二期 S 21158000第三期{S 21610000以上估价,系按照当地情形并参酌过去经验规定。惟水力发电设备之单价,普通以马力为标准,美国巴鲁氏所著之水力工程学,机器设备每马力平均美金25元,以4元折合为华币100元。

二、黄陵庙计划宜昌上游20海里至30海里腰站河一带有花岗岩低峦多处,皆有用作滚水坝之可能,此次初勘所选地点在黄陵庙附近,故取该处作初步之设计,以与葛洲坝计划相互参证。

黄陵庙之滚水坝以地势言之,应定高度为20公尺,如是泄水道宽度2135公尺即可通年得20公尺水头,无论何时,至少可发生电力50万千瓦,兹为与葛洲坝计划互相比较起见,开下7公尺,使高度变为12.8公尺,与葛洲坝计划情形相同,水头亦为12.8公尺。此种设计,初视之似觉开石费工太不经济,然事实上填垒岩石坝仍须就近开山取石,故虽凿下7公尺,不为费工也。兹分别设计如下。

泄水道如上所述黄陵庙泄水道顶点定为12.8公尺,非但坝基须开下7公尺,而坝之下游地势尚高,亦须向下开通河身,使水易于流泄,如第十一图〔图略〕所示,故黄陵庙之滚水坝已不见坝之形式,直可谓之泄水道而已。

由各种水位情形观察,黄陵庙之泄水道,如欲维持通年水头12.8公尺,其宽度应为275公尺。惟此数系以流量恒数等于2.64计算,若改用3.8则宽度当变为190公尺,相差85公尺,似宜取用190公尺为泄水道之宽度,凡超过水位46.4公尺之水另由虹吸泄水门泄去。如是水量与水位均可同时加以节制,当不至漫溢为患。又坦坡之倾斜,亦须就地势安排适当,否则影响泄水道流量,仍不能得一定之水头也。

当洪水之际,泄水道内水之平均流速虽为每秒钟6.7公尺,而最大流速或可超过每秒钟15.3公尺,幸石质为花岗岩,对此流速,自不发生问题,惟花岗岩与墙墩相接之处,须特别加以保护,否则逐渐冲刷,势非冲毁不可。

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