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吃水不忘挖井人 揭秘上海“找”水背后的科研英雄

2017年06月15日 10:31:30 来源: 新华网

    图为6月5日航拍的上海青草沙水库。新华网梁鸿儒 摄

    新华网上海6月15日电(梁鸿儒) 民择水而栖居,水泽万物而长。上海,地处江海交汇之滨,黄浦江穿城而过,长江绕城而入海。上海不缺水,但缺好水。

    2011年6月,承担全上海1300万人饮水重任的青草沙水库全面建成通水。2016年12月29日,黄浦江上游水源地金泽水库通水切换成功。至此,上海的原水供应一举“切换”到“两江(长江、黄浦江)并举、多源互补”的新战略格局中,上海百年现代供水文明迎来里程碑。

    吃水不忘挖井人。从陈行水库,青草沙水库、东风西沙水库,一直到金泽水库,一座座依水而起的水源地,让上海市民饮用清洁水的梦想从蓝图变为现实,这背后却饱含着无数科研施工团队数十载的不懈努力。

    中国三峡上海院就是其中一只队伍。从上世纪80年代起,上海院就积极开展长江口、黄浦江等综合治理规划研究,为长江口和黄浦江整治开发与保护提供了指导性依据,而上海四大水源地的建成背后更是少不了他们的身影。日前,新华网对上海四大水源地进行了走访,探索中国三峡上海院与上海“找水”的不解之缘。

    图为6月5日航拍的上海青草沙水库一景。新华网梁鸿儒 摄

    跳出浦江 长江口建水库明珠

    仲夏时节,长兴岛青草沙水库西缘,天空湛蓝如洗,挂着几缕絮状的白云。微风轻拂,库区内一米多高的芦苇随风翻滚,泛起一波波绿色的涟漪。抬眼远眺,蜿蜒巍峨的长江隧桥架设在崇明和长兴两岛之间,桥的下方,一圈堤坝围起长江一部分,堤外是滚滚长江的开阔江面,堤内则江水幽蓝,清波荡漾,与堤坝外泥色的江水形成了鲜明的对比。

    以水为伴,沿江而居的上海人很难想象,改革开放之前的上海基本以黄浦江作为单一原水水源。据上海自来水博物馆资料记载,苏州河和黄浦江市区段是上海最早的水源地,先是苏州河水质日趋恶化,上海水源取水口被迫迁至黄浦江军工路附近;1978年,取水口又被迫溯流而上;1987年7月,取水口再一次移到黄浦江上游临江段;1998年7月,二期工程又将取水口上迁到了黄浦江上游的松浦大桥附近水域。为了保证自来水的质量,水厂不得不采用重氯消毒杀菌,投放量甚至达到了过去的4倍。

    一方面,单靠黄浦江无法完成上海饮用水水质的突破。另一方面,随着城市发展和生活水平提高,上海市原水供应缺口也日益显现。因此,跳出黄浦江,再寻一片“净水”,被提上日程,长江水由此进入上海视野。

    前身为“上海水力发电勘测设计局”的中国三峡上海院,几乎全程参与了上海“四大水源地”的建设。从上世纪90年代起,该院就参与了青草沙水库的规划、科研、设计、监检测和监理等工作,并作为牵头设计单位承担了青草沙水库的设计工作。此后又见证青草沙水库工程开工、龙口合龙、闸门开启,一直到建成通水,前后历经二十载。

    说起青草沙,长期从事水源地论证设计工作的中国三峡上海院院长石小强如数家珍。他说,1987年,上海市科委对“长江——上海城市供水第二水源规划方案研究”进行立项后提出了“圈水可行”的建议,这播下了青草沙圈水的第一颗科学种子。

    此后,来自全国9个学科的26名院士和专家组成的专家组,对青草沙水源地的安全性、稳定性、可靠性、可操作性等各个方面作了长达15年的综合分析和评估。2006年,上海市最终作出决策,扩大长江水资源开发利用,建设青草沙水源地,并将其正式写入上海“十一五”发展规划。

    2011年,青草沙水库成功建成通水,宛如一颗水上明珠镶嵌在长江口。水库总长48公里的大堤所围起来的水面近70平方公里,相当于10个杭州西湖,其5.24亿立方米的蓄水量,足以保证连续68天的正常供水。

    青草沙水库主龙口合拢航拍图。资料图 新华网发

    河口江心建库 大坝合拢成难题

    在河口江心建设大型水库,世界并无先例。青草沙水库所在的长江口区域自然环境十分复杂,水库设计、施工难度很大,工程建设的技术含量极高。中国三峡上海院总工程师陆忠民告诉新华网,青草沙的创新是“独一无二”的,也正是因此,青草沙工程已创造了多个“世界工程之最”。

    难在哪里?陆忠民说,青草沙水源地原水工程由青草沙水库及取输水泵闸工程、长江原水输水隧道工程、陆域输水管线及增压泵站工程组成。其中青草沙水库建设的关键节点是堤坝主龙口截流合拢。

    “那个时候,这江面上满满的都是运石料的船啊!”提起这一幕,站在水库堤坝上的陆忠民望向远处,心潮澎湃,又满目回忆。他说,为了确保龙口截流成功,设计人员进行了深入研究和技术创新,创造性地提出了先型钢框笼安放,再框笼内抛石平堵截流,后袋装沙棱体闭气的合龙工艺。

    2008年12月13日,单体重达21吨的型钢框笼开始安放;26日凌晨,最后一个型钢框笼准确就位,总计77个型钢框笼顺利安放完毕;31日下午,近30艘施工船舶开始抛石截流,2009年元月2日晚,6万多方石料准确抛入先期已安放就位的框笼中,宽达800 m的主龙口全线抛石至标高3.5米,实现了全线截流,为今后同类工程建设提供了宝贵的经验。

    “长江水引入青草沙水库后,流速会变得十分缓慢,江水中携带的泥沙会自然沉降,从江水入库开始减速到原水取水口长达20公里,有足够的距离使江水泥沙沉淀变清。”陆忠民说,水面积达70平方公里的青草沙水库,水体自净能力强,水质相对比较稳定。

    “避咸蓄淡、避污纳清、泵闸联动、水库自净”,这一独具匠心的水库总体设计理念,中国三峡上海院围绕青草沙水库开展多项创新,也创造了水利史上的高科技精品工程。2014年10月,上海院《长江口江心大型避咸蓄淡水库建设关键技术研究与应用》荣获大禹水利科学技术一等奖。2015年5月,青草沙水库及取输水泵闸工程初步设计概算文件荣获 “第四届优秀工程造价成果”一等奖,这也是全国造价行业领域的专项最高奖项。

    图为金泽水库航拍。新华网发

    创新传承 打造首个生态概念水源地

    如果说青草沙水库在设计上力求“保质保量”,那么在此之后上海水源地的设计理念更是不断更新变化,绿色生态理念跃然纸上。

    以黄浦江上游金泽水库为例。水库的造型酷似“葫芦”,它是利用金泽镇李家荡、乌家荡两个天然湖荡构建,库内布设沉水、挺水植物带,库岸采用生态石笼护砌等,构建生态水库并最大程度降低对周边环境影响,是长三角地区首个以全面生态理念打造的生态水库。

    “对上海来说,建生态水库是全新课题,在黄浦江上游水源地建生态水库亦未有先例。” 中国三峡上海院项目经理吴彩娥告诉新华网,通过科研立项,上海院技术人员几乎从零起步,历经了无数个不眠之夜,攻克了一个个技术难关,为上海定制生态水库的图景。

    “金泽水库依托库区水动力条件优化、水生态系统构建、水质提升措施等,形成物种丰富、结构完整、功能稳定的水库生态系统。”吴彩娥说,绿色生态水源地的建设尽量就地取材、因地制宜,节能降耗,减少对周边区域的人为干预,同时保证水质安全。

    据介绍,金泽水库采用自流引水入库,李家荡、乌家荡两个主库区间根据不同功能保持着两米高度差,降低了能耗。水库从太浦河引水,一路设置多重保障。进口设置拦污清污设施,引水河道设置入库沉淀区、微纳米充氧系统、生物接触氧化区、挺水植物带,构建水体与微生物充分接触的有效空间,达到混合增氧、强化净化的作用。

    同时,金泽水库创造性的把水库堤坝设计为生态坡堤,在保证净化水质的前提下,还十分注重库区湿地和建筑物的生态景观设计。漫步水库外围,河堤上砌有淡灰色的透水砖,几乎与河岸融为一体。这与青浦特色水乡建设相协调,令库区成为一处新的环境优美的人文景观。

    值得一提的是,为了保护原有湖荡底部的表土资源,金泽水库的建设过程中实施了表土剥离工作,这在上海市的重大工程建设中尚属首次。剥离的表土相当于为青浦再造了3000多亩良田。

    吴彩娥说,金泽水库只是一个摸索,但可以预见,在河网密布、地势低平的长三角流域,随着公众对环境友好的追求越来越高,这种生态水库的设计理念将有广阔的发展前景。

    图为位于虹口区逸仙路388号的中国三峡上海院外景。资料图 新华网发

    成立六十余载 一部水电建设发展史

    活水潺潺流动,城市灵气升华。回眸中国三峡上海院的发展,几乎处处离不开水。而随着上海院的发展,其从传统水利水电工程领域逐步向工民建、市政、新能源、环保工程领域拓展,在国家水利、水电建设发展史上书写了浓墨重彩的篇章。

    石小强表示,60余年风雨历程,上海院业务范围遍及国内大部分省(自治区、直辖市)及海外20余个国家、地区,先后承担了40余座大中型水电工程的规划勘测设计,国内10余个省市的风电场设计,长江口综合开发整治规划,太湖流域和黄浦江综合治理规划,水源地工程设计及大量的水利枢纽工程设计以及太湖流域水源地保护、水生态修复和水环境治理的规划和工程设计任务,创造了一个个工程设计第一:

    ——国内第一座自行设计和自制设备的大型水电站:新安江水电站

    ——国内第一座“单库双向”式潮汐电站:浙江江厦潮汐电站

    ——远东地区首座220kV地下变电站:上海人民广场地下变电站

    ——国内第一座“单库双向”式潮汐电站:浙江江厦潮汐电站

    ——国际首创具有有限自由度的单铰悬挂挡潮闸闸门:上海苏州河吴淞路闸桥

    ——罕见的轨道交通地下洞室透水事故处理工程:上海轨道交通4#线江中段修复工程

    ——亚洲第一座海上风电场:上海东海大桥海上风电场

    ——世界最大的边滩水库,国内潮汐河口地区最大的蓄淡避咸水库:上海青草沙水库及取输水泵闸工程

    ——国内最大的源水净化工程:盐城市区饮用水源生态净化工程(盐龙湖)

    这些工程先后荣获国家及省部级以上奖项300余项,获得专利100多件,近年来,上海院还承担了国家自然科学基金、国家高科技攻关计划863项目、国家科技重大专项、上海市创新行动计划等数十项省部级以上科研项目。

    石小强表示,上海院经历了由两部共管转为水利部直属,由直属水利部转为直属上海市,再到重组改制进入三峡集团,使上海院走上了更为广阔的新征程。展望未来,中国三峡上海院将立足上海,以创新设计为引领,依托集团品牌和平台优势,为上海市水源地后续建设、太湖流域及长江口新一轮规划设计提供技术保障;为构建城市绿色低碳生态环境、提升水环境质量建设提供全面服务;为上海建设卓越的全球城市,令人向往的创新之城、人文之城、生态之城贡献力量。

【纠错】 [责任编辑: 冯丽 ]

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