三峽大壩排水時,為什麼一定要把水噴向天空?是怎麼實現的?

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三峽大壩排水時水射向天空,一是因為壩底壓力巨大,二是為了保護壩體的特意設計。水分散落下對下游的衝擊較小,能夠更好地保證三峽大壩的長期使用。



為了能夠使大壩更好地發揮防洪抗洪、抗旱發電等作用,大壩排水口都在壩體下部,這樣對水的調節範圍更大。三峽大壩壩高185米,正常蓄水水位175米,這樣的深度之下,壩底承受很大的壓力,蓄水水位不同壓力也不同,水速也有一些差別。放水時與我們日常所見水龍頭一樣,水流速越快壓力越大,水噴射的越遠。

三峽大壩蓄水量大也面臨另一個問題,放水時水對混凝土的沖刷也會逐漸破壞壩體結構,為了避免這種情況,專門為大壩設計有導槽,能使水在空中分散並且能夠噴射到100多公尺的下游,避免對壩體的劇烈沖刷。另外,三峽大壩有多種用途,防洪之外還有發電、船隻通行等,那些在排水時可不一定會使水噴向天空。

大壩洩洪時讓水射向天空,一是因為壓力大自然而然的結果,另一方面是為了保證大壩能更長期的正常運轉。


來看世界呀

我們都看過一些水庫大壩向外排水時的圖片或視頻,也有很多朋友親臨現場感受過,那場面是相當的壯觀,水柱從涵洞洞中湧出,力道極大,洶湧澎湃的氣勢相當震撼。但是有心的朋友都能發現,巨大的水柱快速噴出的時候並不是向下流動,也不是往正前方流動,而往往是向上揚起的,比如三峽大壩,其方向基本是前方地平線向上15度的角度,那麼為什麼要選擇這樣的水流出庫方式呢?


其實之所以這麼設計水的流向,目的主要有一個,那就是保護大壩的壩體了。眾所周知,建設水庫的主要目的是為了蓄水,有了水和能存水才能發電、防洪、航運、養魚、灌溉以及工農業和生活用水,建設大壩的目的,也無非是要多蓄水,要多蓄水就要抬高水位,所以很多水庫的大壩都是很高的。比如三峽大壩壩高就達到了185米,正常蓄水水位175米,這樣巨大的落差,那麼當水從水庫中通過大壩的發電機孔洞或者導流槽流向水庫外面的時候,上下之間有的一百多米的落差,當然就有巨大的壓力,水流衝擊的力量就很大。





這個時候如果水流直接向下衝的話,那麼就會衝出很深的大坑,時間長了就會形成深淵一樣的深潭,這樣對壩體的安全肯定是很不利的,即便是水平向外流出的話,也容易在前方衝出大坑來,時間長了也會造成安全隱患,所以不如直接讓水流向上揚起一定的角度,這樣可以讓水流向外噴射的更遠。比如三峽大壩的導流孔,向外噴射的水柱,就可以遠達幾十米。

當噴出的水落下的時候。由於下落面積很大,力量也已經很分散,而且有很多都是在空氣中減速後變成了水珠,最終以水珠的形式落下來的,那麼這樣一來的話,對下面地表的衝擊就很小了,而且水流基本都是落到了水面上,不會對下面的地表造成大的影響,因此也就不會對大壩帶來安全隱患了,所以水庫大壩下方的導流槽向上噴水是工程師們一種特意的設計,也是很有科學性的。


科普大世界

這實際上按照我們專業來講的話叫做挑流壩,實際上,這類似於跟u型導槽,只不過一端比較長一點兒,另一個端比較短。

較長的那個端口接在了大壩的出水口,另外一端較短的,它的末端向上微微翹起,在這裡,水經過重力加速度,並加上水壓對他的衝壓力度,它的動能會促使它向上躍起,所以才會形成標題圖片上這種情況。我們仔細觀察這張圖片的話,我們發現靠近大壩那一段的水流會向上躍起,這實際上這種導水槽可以說起到了重要作用。

為什麼要做這種設計呢?事實上這跟一次災難有關。在19世紀美國的一個小鎮,那一天雨水達到了歷史最高值和水庫裡面的水蓄滿了,溢過大壩,然後從大壩另外一端流了下來,但是隨著水流越來越多,水對於大壩下方他的河床的衝擊越來越大,(今日頭條漩渦鳴人yy首發於悟空問答)大壩最終被洪水沖垮了,事故原因當然大家都知道,就是因為水對於他大壩下游河床的衝擊變大以後,使得下方的河床不能夠承受大壩和有上方巨大水體的壓力,最終導致大壩在本身沒有出現裂縫的情況下,崩塌。

所以在這之後,大家就重視了,這種情況,並且為了防止此類事故的發生,做出了幾個措施,首先第一個就是在大壩的下方增加很多巨大的碎石,這些石頭能夠減緩衝擊力度,第二就是在底下做一個很大很深的池子,學術上叫做消力池,第三就是我們上文所提到的三峽大壩做這個措施。

實際上,綜合來看,第三種措施是最有效而且效果最好的,因為水流躍起以後,增加了水流在空氣之中停滯的時間,由於空氣阻力的原因,巨大的水流會分割成很小的部分,在現實的生活中,我們可以自己做一個實驗,就是搖一瓢水,然後朝空中潑出去的話,你會發現這瓢水在空中會分解成很多的小雨點落在地上。

另外,由於是多股水流,同時並行排出,水流受空氣阻力會慢慢擴大,最終相互影響相互抵消,如果沒有挑流,就不可能做到。

綜上所述,挑流壩是一種實用的設計。



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