南水北調中線對地下水水質嚴密監控
中國工程院院士、國務院南水北調工程建設委員會專家委員會主任陳厚群近日做客中國經濟網“江水北流3000里—南水北調中線工程系列訪談...  詳細>>
本期嘉賓

陳厚群

中國工程院院士

國務院南水北調工程建設委員會專家委員會主任

時間:9月1日

策劃制作:楊淼

訪談精粹

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陳厚群:穿黃隧洞工程結構復雜 施工難度大
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南水北調中線采取"過而不合流"送水 確保水質安全
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陳厚群:南水北調中線工程對地下水水質嚴密監控
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陳厚群:汶川地震與三峽工程并無關系
陳厚群院士表示,對三峽工程而言,汶川地震跟三峽工程沒有任何關系。首先,引發汶川地震的龍門山斷裂位于青藏高原構造區,而三峽庫區位于華南構造區,兩者沒有構造上的聯系。其次...
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  主持人:大家好,歡迎大家收看中國經濟網“江水北流3000里——南水北調中線工程大型報道”特別訪談節目。南水北調是優化我國水資源配置,促進經濟社會可持續發展的重大戰略性基礎工程。大家都知道,南水北調中線工程主戰場是在黃河以南,工程施工建設過程當中,經歷了一系列的技術難題,比如說膨脹土、高填方、高地下水位等,這些技術難題經過了工程技術人員的層層突破.今天我們邀請到了中國工程院院士陳厚群先生,為我們大家一一解讀,歡迎您,陳院士。今天我們的演播室里還有另外一位嘉賓,她是我們的嘉賓主持,來自經濟日報社農村新聞部的主任李力女士,也同樣歡迎您。

 

  李力:你好,觀眾朋友大家好。

 

  主持人:陳院士,在1952年的時候,咱們毛主席曾經說過“南方水多,北方水少,如果可能,借點水來也是可以的”這樣一個宏大的構想,后來經過了多年的考察論證之后,這個構想變成了現實,現在南水北調規劃了三條線路,東線、中線、西線,西線還在論證當中,當然東線和中線已經是開工了。現在我想請教您一個問題,東線和中線相比,在調水的過程當中,哪條線路對抗震的要求可能更多一些?

 

  陳厚群:南水北調確實是對我們國家來講,要解決北方水資源短缺這樣一個問題,要來進行優化調配水資源這樣一個重大的戰略性的工程,在世界上來說,應該說是世界上規模最大,受益人口最多,受益面積最廣的一個重大的水源工程,也可以說是功在當代、利在千秋、惠及子孫后代的重大工程。因為我們國家是一個多地震國家,所以無論是現在的中線、東線,都會遇到地震問題。那么從東線來看,主要是存在一條比較著名的郯廬大斷裂,郯城在1668年的時候,曾發生過8.5級地震,震中烈度達Ⅻ度,所以在這個斷層附近,肯定是地震密度比較高的。從現在的我們現行的《中國地震路區劃參數圖》來看,工程區分布于基本地震動峰值加速度0.05g~0.30g,相當于基本地震烈度Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ度區。

 

  因為東線主要是提水、輸水的,這個主要是很多泵站、閘這樣一些建筑,從河道來講,河道以宿遷南-駱馬湖北側的0.30g、睢寧站上-廢黃河北堤的0.15g~0.30g為最高;建筑物以徐運河的睢寧二站和駱馬湖的皂河二站的0.30g為最高。東線大概是這樣一個情況。

 

  那么中線的話呢,它的整個為分黃河以北、黃河以南,從地震來講,它的趨勢是叫北強南弱,就是黃河以北地震比較強,黃河以南相對來說就比較好一點。

 

  主持人:北強南弱。

 

  陳厚群:北強南弱,北強的話,重點就是因為我們地震分很多構造區,從歷史上看,歷史地震比較多的,主要是華北構造區和山西構造區,那么華北構造區現在好像是近年來稍微比較平緩一點,重點的還是在山西構造區。總干渠劃分的工程段中,以黃河北-漳河南114.7公里的和北京段55.6公里的基本地震動峰值加速度0.20g為最高,相當于地震基本烈度Ⅷ度區;占沿線總長的13.3%;其余黃河北有203.7公里為0.15g;占沿線總長的16%,相當于地震基本烈度Ⅶ度區;其余都是0.10g及以下的。所以您說這兩條都存在抗震問題,有關方面在實際方面,都對這個中線也好、東線也好,抗震安全都是高度關注的。

 

  按照我們現行的抗震設計規范來講,這兩條線的河道也好,渠道也好,建筑物也好,都是按照基本烈度來進行抗震設計的,凡是存在這個抗震問題,都進行抗震設計。但是對于一些重大工程,比如像穿黃,像丹江口大壩加高,這些重大工程呢,我們不完全按照這個中國地震參數區劃圖來定的,都是專門進行了地震危險性分析。所以像穿黃工程,我們經過了地震危險分析,是由地震部門詳細勘察以后給出來的,我們是按照用概率來講。在50年內,超越概率是5%,這是我們現在規范規定的,對這些重大工程的設防水準,穿黃大概是0.15g,是根據地震危險分析,那么像丹江口大壩呢,在南邊相對低一點。

 

        主持人:根據不同的地形地貌進行不同的設計。

 

        陳厚群:對,由地震部門來根據地震地質條件進行詳細勘察以后,然后進行地震危險分析,確定了產生各種地震加速度的概念,我們根據實際的概念水準,來確定當地的設防水準,這是按照現行規范。這些工程都是按照地震部門給出的設防標準,然后按照我們水工建造抗震規范的要求進行抗震設計,來保證它的抗震安全的。從地震來講,東線最高可以達到0.3g,但是它區域比較小,那么東線的工程,很多都是利用已建的一些工程河道等,所以這個新建主要增加了一些泵站。而中線的話,完全是新的一條線路,所以它渠道也好,建筑也好,數量很多。

 

  主持人:中線工程全長1267公里,跨越大小河流達到160多條,整個工程中各類交叉的建筑,達到了1800多座,其中還有剛才您談到的,3到4公里長的穿黃工程,所以說工程十分復雜,也十分浩大,一旦某個環節出現震害損壞的話,后果不堪設想,所以咱們設計之初,是不是也考慮到了工程的復雜性,進行了縝密的考察,縝密的設計,也確保中線工程的整個工程質量安全。

 

  陳厚群:對,因為我們國家重大的水利水電工程的話,都是有它的設防標準,都有規范規定的,主要就根據工程的重要性,以及它萬一有損害的話,它的危害性,主要是根據這兩個來定它設防的等級,有設防等級級別的,這些工程都根據它的重要性,確定了它的設防等級級別,然后按照規范來給它設防的。

 

  李力:您剛才介紹的這個南水北調中線和東線一期工程的抗震情況,介紹的非常清楚,您這兩條線路沿線您都去調研考察過多次吧。

 

  陳厚群:對,因為我參加南水北調專家委員會,我們都要對沿線這些工程,經常要去進行調研,要去進行檢查和評估,所以基本上都到現場調研考察過。

 

  李力:那么作為水利工程的抗震專家,有很多網友問了很多敏感問題,我想今天問您一下。很多人質疑,汶川地震、蘆山地山,包括前不久魯甸地震,認為給大型水利工程建設有關系,您如何看待這個問題,希望您能給網友、觀眾解答一下疑問。

 

  陳厚群:這個我個人覺得呢,就是牽扯到水庫跟地震的關系,就是有所謂水庫地震的問題,是不是造了水庫,一定會發生地震呢?不完全是這樣。因為世界上現在已經有幾十萬座水壩,我們國家也有8萬多水壩,到目前為止,由于水庫蓄水發生地震的,能夠確認的也就是100多座,其中有些還有爭議的。所以因為造高壩大庫而引發水庫地震,這種概率是非常小的,這是一個問題。一般造了水庫以后,為什么會對地震有影響呢?一般分為兩類,一類我們叫做非構造型的,一類叫做構造型的。非構造型的主要是這樣的,如果你這個水庫庫區存在著一些像巖溶、石灰巖地區,或者古時候也好,現在也好,存在一些廢棄的礦洞等等,這些水庫水位上升以后,它一泡水以后呢,就會發生塌陷或者甚至于氣爆這些情況,會引起一些地震。當然還包括地殼表面的一些比較破碎的巖體,應該重新調整,所以這些情況,一般它的震級不會超過3、4級,我們叫做非構造型的水庫地震,這種地震的話,只要存在這種地震條件,蓄水以后有可能發生,那么三峽也發生了這樣的地震,但是它對建筑、復建工程沒有太大的危害,因為它震級比較低。

 

  另外一類我們叫做構造型的,造了水庫為什么會發生地震呢?現在完全從理論上,世界上也沒有得到很好的解決,還進行探索中間,有人說你的水庫這么重,重量壓出一個地震來,這個是不正確的。水庫哪怕是一兩百米、兩三百米水庫的水頭的話,它的重量跟我們地殼的重量是不是一個量級的,我的看法是水的重量是壓不出這么大地震來的。主要的可能性就是庫水,如果你庫區有發震斷層存在,沒有建水庫也可能發地震,但是這個斷層由于水進去以后,水滲到深度的時候,我們知道會產生孔穴壓力,這樣就是減少了斷層之間的摩擦力。另外斷層的摩擦系數也因為泡了水以后也會有所減弱,從而引起斷層錯動產生地震。

 

  這種地震通常要有條件,有三個條件。一個水庫庫區,我們所謂庫區是離水庫庫外10公里范圍以內我們叫庫區,這個庫區確實有發生斷層存在,就是有區域性的斷層能夠引發地震,另外有很多斷層它是古老的,甚至不活動的,它不一定有地震,那么發震斷層,第一個條件,庫區有發震斷層;第二個條件呢,這個發震斷層,它本身已經接近極限了;那么第三個就是庫區庫水有向深層滲透的條件,那么如果具備這三個條件,可能發生剛才說的,把這個地震引發起來,那么在國際大壩委員會,現在統一稱這個叫做觸發地震條件就是剛才說的具備這三個條件,水庫蓄水可能觸發,這樣的地震,因為它所觸發的是你天然地震,你沒有水庫的時候它也會有地震,它只不過是可能沒被觸發,這個地震的震區是受到天然斷層的限制,因為它不可能超過它,只是觸發它,這個就是構造型的地震。

 

  從三峽工程來講,像剛才說的汶川地震,曾經也說三峽有關,其實我認為這個毫無關系。首先它們沒有構造上的聯系,根據我們國家劃分的地震構造區,那么汶川地震是在青藏高原構造區,而這個是三峽區的華南構造區,這兩個沒有構造上的聯系。第二個,從三峽大壩到汶川大概700公里以上,庫尾是重慶,還有300公里,所以水庫滲透一般到第一分水嶺就為止了,所以說它不可能越過幾百公里,來影響汶川地震,我認為這個不可能。所以應該說汶川地震跟三峽沒有任何關系。

 

  李力:所以說我們很多的觀眾和網友,也不要太偏聽偏信,盲目擔憂,要相信科學。

 

  主持人:應該說水利工程建設,總體來說還是利大于弊。

 

  陳厚群:那肯定的。

 

  主持人:剛才我們說到南水北調中線工程抗震安全關系重大,當然在施工的過程當中,有很多技術方面的設計領域,在國際市場上,就是在全世界范圍之內,好像都沒有借鑒的這種例子,咱們是在摸著石頭過河,在摸索當中前行,所以每一步都是非常艱難。正是在這樣的條件下,咱們也是克難攻艱,層層突破,帶來今天這樣的成績。

 

  李力:陳院士,您認為從工程的角度來講,我們南水北調中線工程一期工程,都遇到了哪些大的攔路虎。

 

  陳厚群:因為我們知道南水北調這樣一個世界最大規模的調水工程,確實是我們碰到很多,可以說前所未有的,或者世界上還沒有很好解決的這些難題的挑戰。比方說從東線來講,我們主要碰到,因為它很多利用現有的河道,怎么保證這個水質能夠達到飲用水的水質標準,另外呢,我們因為要提水,長江的水到北方去的話,因為地勢高,要提上去,所以有低水頭大流量的很多泵,這些是我們碰到的一個難題。中線的話呢,問題就更多一點。

 

  李力:中線是自流的。

 

  陳厚群:中線是自流,因為東線提水需要很大量的電能,中線因為我們是利用丹江口水庫的水資源,就是長江的支流,漢江上面的丹江口水庫,我們把丹江口水庫架高,加高14.6米,那么我們可以得到100多億庫容的水存在那兒,把這個水就是引到北京來的話,它中間的落差,就是利用它自己的落差,因為水從高處往低處流,它可以自流,不需要泵提,所以這樣。但是這里面就碰到一系列的問題,因為自流的話,它要有一定的坡度,一定的坡降,就是輸水道的話,要有一定的水頭,它才能夠順著往下流,這個跟地形有關系。實際上天然的地形不可能完全符合你的要求,因此我們會碰到很多問題,比如說我們有的地方要填起來,叫高填方,有的地方要挖,深挖方,中間這個湖北也好,河南也好,河北也好,我們都有這些,我們是沿著太行山的東路這個地方,這一帶的話,土質有很多膨脹土,這是一個難題,下面我還解釋一下。

 

        主持人:我們業內都了解膨脹土是一個世界性的難題,但是究竟這個膨脹土是一個什么樣的概念,它到底難在哪兒?

 

        陳厚群:對,這個膨脹土的話,這種土質的話對含水率非常敏感,高黏率的,這種呢,老百姓有時候說它是叫做雨天一團糟,晴天一把刀,也就是說濕的時候,有水分以后呢,它就是很黏的,但是你把它干了以后,它就是很干,這樣一干一濕的話,幾次一來,它強度就不斷降低,所以說這種對含水率非常敏感這樣一種土,所以從工程上很難辦,你要保護它的水分不要有很大的變化。因此呢,用這種土我們搞鐵路、公路經常也碰到,所以要很好處理,保證它這個強度,就是保證它在適當的含水量,不要有重大的變動,這方面我們要采取很多措施。現在我們在南水北調上比較普遍采用的,一個就是我們施工的時候,我們注意開挖以后要進行保護,要防水要排水。

 

  主持人:邊開挖邊保護。

 

  陳厚群:邊開挖邊保護,我們要換土,換成一層土,就是在膨脹土里面摻了水泥,這樣就改變它現狀。另外對于這些用膨脹土做的渠道的話,如果需要的時候,我們經過核算,如果水還不夠的話,我們要一般要用錨桿或者用混凝土框架格子把它攔起來。

 

  主持人:這個過程非常細致,采取了一系列的技術。

 

  陳厚群:包括設備,包括我們要把它拌均勻,包括含水量要適中,要曬干,這些就是南水北調工程采取了很多措施。首先呢,就是對這種土的性能,包括它的特性,包括怎么來試驗它這些特性,然后改變,做了大量的研究工作,相應給這種土的施工要求、規程、準則,這些施工準則都制定出來以后,然后嚴格要按照這樣的要求進行處理,所以這是一個例子,就是膨脹土這樣一個特例。

 

  主持人:膨脹土是攔路虎之一,剛才您還談到攔路虎還有什么?剛才談到東線工程當中咱們說到,它的輸水方式是通過13階梯泵站這樣的一種形式,逐一把這個水從南方調往北方的。

 

  陳厚群:對。

 

  主持人:但是中線工程的時候,就實現了全線自流,這個自流您談到了一個概念就是坡度,對坡度的要求更多一些,能不能給大家詳細介紹一下。

 

  陳厚群:它要按照一定的坡度,它才能夠流下去,要保證流量,要有一定的水量,自然要有一定的速度,這樣水就能沿著渠道送下去,要保證這個坡度的話,所以有的地方要挖,有的地方要填,這樣我們碰到另外一個問題,比如說高填方,有的地方你過去它凹下去了,那么你要把土填起來,要做成這個渠道兩邊的話,要填土這樣的。

 

  高填方,也有一定要求,我們這個怎么保證,等于是我們填出來一條渠道,就是用于河道了,所以對它的穩定,包括滲流穩定,都要經過專門的設備計算,采取很多措施,包括排水這些要求,這些是高填方,特別是高填方的渠道,如果經過有城區的,那么這個就更加要。

 

  主持人:這也是我想問的問題,說到高填方這樣一個攔路虎的話,其實在南水北調中線工程當中還是比較突出的,您比如像我們河南開封,它本身黃河從開封周邊過的時候,被稱為地上懸河,因為它超過了開封城區大概高差有10米左右,但是在咱們南水北調中線工程,牽扯到高填方路段,剛才您也談到大概有620公里左右,也意味著在很多地方都要修高出地面很多的,最高的地方您也談到了是23米,還有一些需要經過主城區,比如焦作,穿城而過,這樣經過人口密集區的這樣一個水利工程,它會有一些隱患,大家也會有擔心,如果說這個工程質量或者工程設計出現一些問題的話,后果不堪設想,在這方面,咱們有沒有特殊的加固設施。

 

  陳厚群:首先我們高填方一定要保證施工質量,因為南水北調一整套質量保證體系,從政府的監督,然后我們集中分析,這樣政府就有一系列的機構,比如南水北調辦我們有監督室,有監管中心,然后還有稽查大隊,從政府的這方面嚴格控制質量,然后我們各個項目部也有專注到質量保證體系的保證,另外還有監理,還有施工。那么第一線的施工呢,我們全是三檢,三檢的話,你這個施工質量首先是完成現場工作,首先要自檢,然后施工員還要復檢,監理還要進一步檢查,要完全三檢這樣嚴格的程序,這是施工的角度。還有監理要檢查,要驗收,從施工單位有三檢,加上監理,再加上監管單位的一套檢查系統,所以這方面我們首先要保證質量,優化社區,保證質量,這是第一步。

 

  第二步,這些高填方呢,它因為有很多交叉建筑,這些交叉建筑通過高填方的話呢,一定要保證它的滲透穩定性,要經過嚴格審查。另外就是在這些交叉的地方,我們要留出缺口,把這些建筑搞了以后,然后再要填補這些缺口,這些接頭的地方非常重要,一般我們要求坡度緩,必要的時候還要做赤潮,另外要求剛柔兩種材料結合,一定要把這部分做好,要做實。再有就是質量檢查要保證,所以采取這一系列措施,來保證我們填方,包括填方每一寸填的過程,我們現在自動監控,這一套設備也都用上,所以在質量上要嚴格保證高填方不能有任何問題。

 

  除了這個以外的話,我們也研究了,就是說萬一有什么出現特別的應急事件,這些應急事件當然方方面面都有,也包括地震,這些都制定了應對這個應急事件的處理方案,一般要做出應急預案,包括組織上的,包括技術上的,包括設備、能源、隊伍這幾個方面,包括像地震的話,對重大工程,國家有地震法,就是要求對重大工程,應該有地震應警員,如果發生超過我們設計地震預期,因為大家知道地震預報是世界性難題,我們現在很難準確預測,一旦超過的話,如果發生什么問題的話,我們立刻就采取應急預案來應對。所以這些措施圍繞一個主題,就是要保證工程的安全。

 

  主持人:盡可能做到萬無一失。

 

  陳厚群:對,從我們力所能及的方面,一定要盡最大的努力來保證安全、保證質量,做到萬無一失。

 

  主持人:剛才陳院士給咱們介紹了攔路虎之一有膨脹土,還有高填方,他還說到高地下水位這樣一個概念。

 

  李力:陳院士,您講那個高地下水位,也遇到了這個攔路虎,那么高地下水位,應該說也是我們不能回避的一個難題,中線工程沿線穿越高地下水位的渠段大約有470多公里,而且其中地下水位高于設計的水位的渠段有160公里,如果這個問題處理不好,會出現什么樣的隱患,我們應該怎么解決這個問題呢?

 

  陳厚群:高地下水位,沿路1000多公里長,有一些段,就像你說大概有三分之一以上的話,地下水位比較高,這種地下水對我們渠道來講的話,一個我們擔心這個地下水位如果高了,下面的浮力就大了,對我們渠道的底板就會造成危害,它會把它托起來。因為我們渠道里面的水高層是一定的,如果你超過它呢,它就把它頂起來了,這是對工程有害的。當然牽扯到質量的問題,排掉這些地下水,也牽扯到經費的問題了,我們現在對這些高地下水段的處理的話,大概是分兩種情況,一種主要靠地下水,因為南水北調一渠清水往北流的話,這個地表水我們是不能跟渠道那邊輸送的水流是不混的,不能混的,當然通過很多交叉建筑,地下水也不能夠讓它滲進來,如果不達標的話。

 

  所以呢,首先我們巖洞水達不表飲用水的標準,這些地下水一定要排掉,我們要往排水溝,還有一些排水設備,把地下水位降下來。如果有一段地下水比較好的,水質比較好的,達到飲用水標準,我們就降低標準,允許它向渠道內排,內排以后使其達到平衡。

 

  主持人:通過這兩種方式達到資源的合理利用。

 

  陳厚群:就是減少不必要的經費。這也要有一個限度,如果你滲流量過大的話,超出的那部分還是要抽排,所以我們把地下滲透水分成這兩類:達標與不達標,達標的時候允許它可以內排,內排如果滲流量大的時候,我們再把它抽掉,所以地下水,我們都是高地下水采取這樣的措施。

 

  主持人:應該說這個過程當中,對水質的監管就特別重要。

 

  陳厚群:水質我們一定要嚴格,因為丹江口的水質都是達到二類,都是很好的,完全達到飲用水的標準,整個源輸送過程里邊,因為我們是閉合的,我們不跟地表水接觸,地下水通過剛才這些措施的話,也是保證地下水,如果它有個別進入到渠道內,一定要達到這個,所以沿途地下水的水質,要嚴密監測來控制。

 

  主持人:您談到的中線工程面對的攔路虎,面對的難題還有丹江口大壩的加高工程,您談到壩體整體加高了14.6米左右,應該是2005年9月開工的,這個工程開工以來就倍受關注,因為面對的難題實在是太多了,有渡汛標準高,施工難度大,新老混凝土結合困難等等,這些都是世界性的難題,這些問題該怎么攻破?

 

  陳厚群:確實,這是個我們面臨的很大的挑戰,因為當然世界上也有壩加高的例子,但是丹江口這樣的一個壩它有一個好處是什么?它在原來設計的時候,已經考慮到今后要加高,所以它基本部分已經考慮了加高的需求,所以我們不需要把基礎挖起來,但是上部要提高,我們要加高14.6米,就是要把這個水位,要從152米提到170米,我們可以增加庫容,大概是從200億提到330億,大概增了100多億的庫容。我們現在初步定的是年平均大概調95億立方水,這個加高過程里邊碰到這些問題,首先當然防汛這個標準較高,因為它已經在運行,不是施工期間,施工時間我們防汛的標準就低,但是這個是運行期,這是一個要求。我把它概括有好幾個特點,一個時間上,它施工的時間受到很大限制,另外你要考慮到新老混凝土結合,溫度控制的要很嚴格,因此我們有好多工作只能在低溫條件下。所以說在時間上,你要受到這兩個制約。空間上也是這樣,因為你不能像新建工程,你要在已建工程的基礎上,施工場地比較狹窄,還有干擾,所以說這又是一個困難。

 

  再有一個困難,就是你既施工又要運行,你必須要保證運行的要求,正常運行,但是施工肯定有干擾,那么怎么協調好這兩方面的要求。還有一個困難,丹江口一期工程是上個世紀50年代就運行,那個時候設計規范,到現在經過五六十年以后,我們規范很多都更新,補充了、修訂了,這兩個規范協調也是一個困難。所以這是從設計管理層面的話,會有這樣一些特殊性,另外技術上也有很多難點,因為過去有歷史原因,老壩存在一些裂縫。

 

  主持人:裂縫怎么處理?

 

  陳厚群:這些裂縫我們經過非常仔細的調查,幾乎把所有的裂縫都調查后,把它分類,因為根據裂縫的寬度、深度、長度把它分成幾類不同的,就是有針對性的,對不同的類別進行處理。

 

  李力:這個是不是像打補丁一樣的,給它粘牢。

 

  陳厚群:不是,比如有些很小的縫,很短,我們就把表面封住就行了。那么大部分的縫都是屬于比較輕微的縫來處理,這些呢,我們都是經過詳細調查、登記、處理。另外最關鍵的問題,新老混凝土要結合,這個從原材料到施工期間溫度嚴格的控制,施工程序,另外再加上采取措施,這些一系列措施保證新老混凝土能好好結合。實際上也要進行考慮,就是說這些加固對我們有什么影響,對已經產生的裂縫會有什么影響,這些都經過非常詳細的研究計算,經過高等院校和科研單位,通過十一五科研攻關這些重點項目呢,對這個都進行過詳細計算分析,為設計提供技術支撐,來保證加固工程能夠的質量,這個規范運用上等等一系列,采取了很多及時措施,包括溫度控制,這方面進行了大量的工作。

 

  主持人:當然這個南水北調中線工程當中,還有一個工程不得不說,就是非常有影響力的,在人類歷史上也是獨一無二的,目前最宏大的穿越大江大河的水利工程,就是穿黃工程,這個穿黃工程應該說它是標志性的工程,它的任務其實大家都知道,就是將中線的水從黃河的南岸運到黃河的北岸,說起來很容易,但是真正實施起來,它是非常浩大的工程,它是通過什么樣的方式,實現了水的調度。

 

  李力:我還聽說,穿黃隧洞工程,是首次用了盾構技術。

 

  陳厚群:這個工程經過論證了很長時間,我們首先要把水從南方送到北方,必須要跨過黃河,用什么方式跨?上面跨還是地下跨,這個也論證了很多,從各方面,最后就確定從底下。那么底下走呢,碰到一系列的問題,因為黃河這一段的話,是游蕩性河流,它河長不是很固定的,另外是沖力很激烈的,洪水來的時候,它要沖,洪水過了以后,容易瘀,所以河床變化也很大。另外呢,這個地方也是地震區剛才說的,因為這是一個飽和的一些河床的沙塵結構,那么在一定的地震作用上,它可能會產生液化,那么它就不再是固體,就像液體一樣的,因為抵消了外邊的壓力以后,等于該是浮起來了這樣的,所以這個液化深度的話,也要考慮這些問題。

 

  主持人:一系列的技術問題。

 

  陳厚群:對,另外這個本身結構也非常復雜,地質條件也比較復雜,因為從南岸到北岸的話,這個地形變化也比較多,深度也不完全一樣,所以這些就對隧洞的結構要求很高,因為我們整個內徑是7米,兩條,現在還正在進行通水實驗呢,兩條內徑7米的洞子,這個洞子包括兩層,一個是外襯,一個是內襯,外襯就是我們抵擋外水,設計的原則就是外側抵擋外水,因為我們水過去是要有壓力的,有50多米的水壓力,這個要由內襯承重,外側的話,就是河床里邊的水和沙的壓力,那么由外襯承擔。那么外襯呢,我們就使用盾構,我們都去參觀考察過,這個盾構就是一段管子是9.6米,盾構是由6片1.6每一片,每片又是有7個,就是一片一片搭起來扣起來,那么每片有4個螺釘,每個螺釘加了10噸擰緊了以后把它壓緊,就是這樣的。然后開關是用盾構,就是一邊拘謹,一邊把管片趁起來,這個在上海黃浦江,過江水道已經那個,但是過江水道是交通水道,它沒有內水,沒有水壓力,只有外水,我們的復雜,我們還有內水,我們還有50多米的內水壓力,這樣呢,所以我們這個水道是兩層,外襯就像他這樣的盾構,內襯我們用鋼筋混凝土。

 

  主持人:這個工程非常復雜。

 

  陳厚群:外襯就是40公分厚,那么內襯的話,就是45公分厚,外水跟內水之間有個界限,就是主要排水,就是水萬一滲透出來,這個水就可以由排水管網排水把它抽排出去,所以這個結構非常復雜,也很困難,光是外邊盾構問題還好辦一點,因為經驗比較多,內外這個,而且要多力工作,內水承受內水,外水承受外水,每一段管子是9.6米,中間要插進去,保證內水不能滲透外水。因為這個地方,我們有一些誤解說地下總比地上安全,這個巖石里邊可以這樣講,在山洞里邊的話,地震要少一些,但是在土里邊就不一樣了,萬一內水滲出去了以后,就會沖向,因為它下面是一個飽和沙塵,那么你一沖就會沖開,沖開以后,管子周圍的土如果拖開了以后,它就是懸空了,沒有支撐了,那就會張開,就會折斷,所以這個呢,我們主要擔心這些問題。

 

  主持人:聽了您的介紹,我知道穿黃工程整個設計環節非常復雜,我們說出了設計之外,穿黃工程的施工也是非常復雜的,它是從2005年9月27號開工,歷時4年零7個月,才終于全線貫通,當中也出現了很多剛才您談到的一些技術問題,在設計當中一些障礙,當然我們還是完成了,這整個工程造價將近40個億,為什么使用盾構的方式,沒有其他的方式先行解決嗎?

 

  陳厚群:一種方式就是我剛才說了,從地下走,再就是從渡槽走,因為它有4公里渡槽,等于造個大橋,上面要通過,渡槽要把水送過去,所以這個當時比較了很多方案,最后選定了用洞子。盾構是現在一般用的比較成熟了,機械化施工也比較困難,難度也比較大。

 

  李力:像穿黃隧洞這樣的工程,在國外有一些什么樣的先例嗎?

 

  陳厚群:像這么長的線路,好像還不多見,所以這個難度還是比較大的。

 

  李力:您剛才講的內外水壓,內外水壓之間有沒有一個壓力的極限值,比如說不能超過多少的極限值?

 

  陳厚群:外水加沙子這個壓力,內襯我們通過是有壓力的,因為我們前面還有很大一段輸送距離,這個壓力就是有五六十米,內水壓力,就是每一個管道的止水要做好,完全有水滲出去,在兩個之間的話,通過這個呢,然后有一套網絡把它抽出去,這樣來保證外側不受內壓,內側只有內壓,就是兩個分開。

 

  李力:相當于內外還有中間隔著的一層,內外壓力的一個。

 

  陳厚群:中間是用大概兩公分多一點,防止有個別水滲出去,滲到這里邊,就把水抽走,抽走它里邊是隔塞,就是中間是空的,水中間呢,下面有幾個通道收的這個水,把水從到一個井里,然后從井里抽出去。

 

  李力:陳院士一講很形象了。

 

  陳厚群:這是一個設計的原則,外襯承外壓,內襯承內壓。

 

  主持人:應該說整個中線工程的施工,你剛才說了很多攔路虎,每一個應該說都是我們面前非常大的一個障礙,但是咱們有這種克難攻艱的精神,都是逐一突破,我們追根溯源回到南水北調中線工程的渠首所在地,我們南陽市淅川縣的行政村,叫陶岔,當然咱們南水北調中線工程的渠首為什么選擇這樣一個位置?

 

  陳厚群:出水的路線是經過了很多比選的,因為要根據地震地質條件,周圍的環境這些各方面的條件,最后選定陶岔,就是從丹江口水庫過來的話,就陶岔這個口往這兒輸,這個地質條件比選之后認定的,渠首從這里開始往北送。

 

  李力:我去淅川采訪過,當地的老百姓為了保證這個丹江口這一庫清水北流,是做出了很多犧牲的,他們在當地不能搞一些有一定污染性的企業,很多他們當年賴以生存的企業都關停并轉了,而且他們最多的移民是移了七次,而且當年的移民經費因為國家經濟條件有限,并沒有補償多少,但是他們真是舍小家顧大家,毫無怨言,精神特別讓人感動。

 

  主持人:都說故土難離,所以他們這種難以割舍的情懷我們非常可以理解。當時一共遷出了16.5萬名的移民群眾,這在中國歷史上是很難想象,這么浩大的一個工程無一傷亡,這也是我們國家創造的。

 

  陳厚群:好像30多萬移民。

 

  主持人:丹江口庫區達到16.5萬。

 

  陳厚群:這些移民呢,國家還都安置的很好,不光是要移,還要穩得住,還要致富,還要生活要改善,另外呢,水源地的水質保證也是非常重要的,因為我們的水都是飲用水,都是要往北送的,這個水質非常好,所以丹江口這方面,就是湖北省有關方面也做了大量工作,首先設了很多污水處理垃圾站,上百個來保證水不要往丹庫里邊排放。另外呢,對工業的話,也適當進行了調整,有些高污染的工業的話,那就要調整一下。還有水土保持也做了大量的工作,包括把一些農藥、化肥這些盡量減少,減少污染方面,等等這些措施來保證丹江口的水質一定要達到飲用水,保持這個二類水的標準。另外呢,還建立了一些生態保護的帶,來隔離這個,另外對個別的支流,比如說污染比較嚴重的,我們專門采取特殊措施,專門進行治理,所有這些措施呢,都要保證我們丹江的水源水質是非常好的。

 

  主持人:這里面還牽扯到一個問題,南水北調的過程當中,您談到一個概念叫過而不合流,途徑大概有701條河流,與南水北調的中線工程相交叉,怎么樣才能做到過而不合流,這應該是很大的技術難題。

 

  陳厚群:是,你必須通過這些河流,但是過而不流,現在我們采取就是從上面,因為河流在上面我要穿過它,應該在上面通過渡槽,所以我們有24處大型渡槽,這樣從它底下走,反正跟地表水我們不接觸,就是南水北調渠道的水,跟地表水是隔絕的,這是一個重要的,就是過但是我們不合流。還有一個就是地下水,地下水剛才也說了,因為采取這個措施,一個是排,如果不合格的話,我堅決不讓它滲透到我這個渠道里邊來,如果合格的話,還可以內排,所以從下邊上面這樣兩個措施的話,保證地表水和地下水都不會影響到我這個南水北調輸送的水的水質,所以這樣來保證它過而不合,據我了解,就是用這樣的措施來保證。確實很難,兩條線,每條線都是1400多公里,這樣長的距離,然后經過了這么多河流。

 

  主持人:一切就是一泓清水北送。

 

  陳厚群:要把一泓清水送到北京不容易。

 

  李力:很多大型的U型渡槽,大型的工程,實際上也是為了這個過而不合流而建設的,也是為了滿足您說的過而不合流工程需要而建設的。

 

  陳厚群:對,因為你要跟河流交叉,無非一個就是我從底下把管子,我不跟你交,還有一個我從上面跨過去,就像橋一樣,但是它輸送的是水,就是說我從你上面跨過去,跨過去就是渡槽,所以我們有27個規模很大的渡槽。

 

  陳厚群:沙河渡槽是規模很大的渡槽。

 

  陳厚群:對,沙河渡槽是規模最大的,我們這個渡槽不是單個的,是連起來幾個,從結構的話,這些重大的渡槽經過十一五,很多高校科研都進行專項研究,包括渡槽跟基礎,因為有的需要用裝機,包括渡槽本身結構的形式,包括它的施工,我們延用、借用了橋梁上面的造橋機、架橋機這些方式,但是我們的規模都超過了橋梁這個規模,因為我們的重量、長度都超過了,所以難度還是很大的,因為這些確實是史無前例的,可以想象這個難度。

 

  李力:但是作為一個科技工作者,您為您參與這個偉大的工程而感到驕傲和自豪吧。

 

  陳厚群:對,我們全國有關水利工程的很多的技術人,都為南水北調來做出自己的貢獻,我們覺得能夠參與這個,包括三峽也好,南水北調也好,確實是作為一個水利工程者,這個是感覺到莫大的榮幸應該說。

 

  主持人:好。

 

  李力:據我們了解,您在清華大學和在莫斯科動力學院讀書的時候,您學的是專業是水工建筑,不是抗震研究,什么機緣讓您結緣了水利工程抗震研究呢?

 

  陳厚群:對,我在清華時候土木系,因為當時沒有水利系,學水利是因為當時錢正英到清華做了一次報告,給我們極大的鼓舞,當時我們就下決心,說今后要參加到這個水利工程這樣偉大的工程中間去,后來留學的時候,我到莫斯科動力學院時,在水電系,在水工專業這方面,我們對抗震接觸很少,學校上基本沒接觸,但是60年代初,1959年到1960年的時候,我們廣東省新豐江水庫,它是100多高,105米高吧,這樣一個壩突然就發生了地震,當時我們還沒有任何涉及到水庫地震這些問題,實際上發生了地震以后,連續發生了很多小震,引起了國家高度的關注,當時我覺得有水利部,還有科學院,還有地震部這幾個部長,三家都到現場要研究怎么去保。因為當時還在廣州市,所以說非常重要,當時也搞不清楚水庫地震到底是怎么回事,但是首先這個壩要進行加固,前面的頭比較大,后面的根基比較單薄,下面是敞開的,所以這個對橫向的鋼度很不利,所以當時就是要加固。

 

  我們水科院當時院長就建議要成立抗震組,開展了這方面的研究。所以從那個時候起,我個人認為我們中國這些大規模水工抗震研究,以前也有,但是像這樣成規模的進行水工建造抗震研究的話,是從新豐江開始,我那時候授命組織這個抗震組,對我來講也很困惑,因為我沒學過抗震,地震是怎么回事也不是太清楚。雖然也有一些動力學,但是畢竟比較淺的,所以從那個時候,因為工作需要,就跟它結下不解之緣,以后就搞這個工作。

 

  現在我覺得當時領導還是很有遠見,就是說這個抗震確實是我們很重大的問題,因為我們國家是多地震國家,從地震災害來講,應該說世界上蒙受地震災害最嚴重的國家。特別在西部,是印度板塊插到歐亞板塊中間來,我們地震是免不了的,而且水源基本上都集中在西部,西部全是強震區,所以說水工抗震的話,我覺得確實是非常重要。一個是它取代不了,因為我們國家的水資源是世界第一的,這部分水資源必須要充分地利用,因為我們國家是季風氣候,就是汛期的時候水很多,汛后水又很少,這部分水不利用,就流到大海里去,還要造成災害,水旱災害是我們國家的心腹大患,改朝換代常常因為水旱大害,這個影響國際名聲非常大,所以這方面要很好。所以說我們搞這些高壩大庫,充分利用水資源,這是無可替代的,因為你沒有別的辦法,必須把這部分資源利用起來,必須解決這個災害問題。但是呢,我們又是多地震國家,你無法避免,不是說我不在這里造壩,我在另外的地方造壩,那你沒有資源,資源就集中在這里。

 

  再有我們高壩大庫跟房子還不一樣,房子碰到地震當然也有損失,但是畢竟它就限于它本身,而我們這個大壩,因為你懸著一桶水,如果你壩垮了的話,它造成的水災的話,有時候不亞于你政策本身,所以后果不堪設想。因為我覺得呢,水工抗震,特別是高壩抗震在我們國家是非常急迫需要很好解決的一個問題,我們國家包括工程院各方面也是很重視高大壩,最近我們剛剛通過一個重點項目,就是西部的混凝土高壩大庫的抗震問題,所以我自己覺得這個工作還是非常有意義的。但是難度也很大,因為地震本身非常復雜,它的預測是沒有解決的世界性難題,而大壩結構在抗震方面也是非常復雜的。所以這個從學科上來講,也是一個學科交叉型的,牽扯到地震,牽扯到結構,牽扯到材料,這方面都要綜合起來,你才能確保它的抗震安全。

 

  主持人:建國以來,讓您印象深刻的,咱們國內有沒有比較代表性的水利工程,經歷了地震在以后,它目前運轉情況怎么樣,會不會對今后咱們的工程抗震有借鑒。

 

  陳厚群:對,我覺得因為實踐是檢驗真理的標準,所以說從汶川地震來講的話,四川省我們有1800多座壩,但是在這么大的地震,我們沒有垮一個壩,但其中當然很多是中小型,但是也有四個100米以上的壩,這4個100以上各種類型,雖然受到一定損失,這么大的地震,但是整體上都保持穩定。所以這個說明我們國家在抗震設防的標準按照規范,只要你按照規范的要求去做,施工質量能夠保證,運行管理能夠到位的話,抗震應該說基本上還是有保證的,這是一個方面。

 

  但是另外一方面來看,汶川地震畢竟最高的像紫坪鋪(水庫)也不過一百五十幾米,我們現在造的壩是兩百到三百米,和汶川地震那時候不是一個量級,所以難度大得多。所以我覺得一方面,我們應該有信心,但是一方面,我們也不能掉以輕心,因為地震畢竟是很復雜的現象,我們對它還沒完全摸清楚。另外呢,就是大壩結構也是非常安全,很多問題我們還在探索,傳統的這些方法是不是能夠很好解決這個問題,我覺得還有很多挑戰性,需要我們去解決的問題,所以我覺得一方面,我們要有信心,我們能夠解決這些問題,但另外一方面,絕不能掉以輕心,我們現在還任重道遠,還需要做很多工作,不能完全放棄,盲目樂觀也不行,這方面我總覺得我們的工程是世界一流的,但是現在在科技支撐上,還是要繼續努力,才能夠滿足工程對我們的要求相適應。

 

  所以這方面作為從事水工抗震的隊伍里邊的一兵來講的話,我覺得我們還是責任重大,絕不能掉以輕心,這是我自己的感覺。當然我這個年齡已經做不了多少事情,但是我相信年輕人能在這方面,我們國家抗震安全做出更大的貢獻。

 

  主持人:好,謝謝陳老師。

 

  李力:陳院士,南水北調中線一期工程已經進入了全線通水的倒計時階段,預計10月下旬就要通水,您是名老水利工作者,老水利科技工作者,一名知名的水利工程抗震專家,您給這個工程用最簡短的話祝福一句,寄語一句,用最簡短的語言,講一下您最大的期望。

 

  陳厚群:因為現在正在進行通水實驗,像穿黃的話,我剛剛得到消息,兩個洞,有一個洞已經通水達到標準水位,第二個今天開始通水了,各項工程都經過了正在落實階段,進行驗收跟質量評估,我希望我們南水北調工程能夠確實像國家要求那樣,保質保量,順利把一江清水送到北京,這是我最大的期望。

 

  主持人:好,謝謝!

 

  主持人:我們知道南水北調中線工程的施工過程當中,存在很多困難和問題,相信通過所有參建人員以及技術人員的努力,這些困難以及問題一定能夠得到圓滿的解決,也相信一泓清水北送的目標,一定能夠早日實現,好的,非常感謝陳院士做客我們演播室,也非常感謝李主任參與我們今天話題的討論,咱們下期節目,再見!

  

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