`★`★`★`国家地理 - 超大建筑狂想曲`★`★`★` ★`★`★`★`★`★`纪录片之家&jackydai倾情奉献★`★`★`★`★`★`
全球最大的混凝土结构 从中国的长江傲然升起
三峡大坝长度超过2公里 60层楼高
动用4万名工人 耗时17年兴建
当大坝完全启用 将产生200亿瓦特的电力
相当于英国核能发电厂的总和
是大坝工程的巅峰之作
三峡大坝的成功 归功于五座地标水坝
每座水坝骨子里 都是一次重大的技术创新
让工程师把水坝越盖越大
规模逐一向上攀升
本节目将揭露 这些建筑物背后的精彩故事
以及哪些发明 让水坝提升发电量
6次巧妙地大跃进 让水坝奠定规模 继续扩大
最终打造出世界第一大坝
`★`★`★`国家地理 - 三峡大坝`★`★`★` ★`★`★`★`纪录片之家&jackydai倾情奉献★`★`★`★`
中国是全球 成长最快的经济体
中国工业不断加速成长 为了刺激需求
国家需要更多电力
华中一座横跨浩瀚长江的大桥
是电力的一大来源
称为三峡大坝
我们摄制组特别获准进入
捕捉这个登峰造极的 工程学奇迹
在三峡大坝动工兴建之前
中国必须先把 河宽近两公里的长江改道
动迁100万人民 离开预定的泛滥区
三峡大坝是 全世界最大的水利工程
这座大坝使用了 2千8百万立方公尺的混凝土
或许我们不妨这么说
等于用直径1公尺的.....
混凝土实心管绕地球一圈
这可是不少的混凝土
但中国当局认为很值得
因为三峡大坝 将产生干净与廉价的电力
供数以百万计的人使用
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★` `★`★`★`★`纪录片之家&jackydai倾情奉献★`★`★`★`
要了解三峡大坝 如何能生产这么多电力
我们必须回到过去
回到19世纪的英国
和诺森伯阑的一条小溪
这是世界上第一座 水力发电水坝的动力来源
“跃进1：发电”
1800年代 英国是工业革命的重镇
这栋房子是 现代生活的最新产品
房子的主人是阿姆斯壮勋爵
一位醉心于发明的企业家
他为自家住宅安装了尖端科技
以及驱动电梯 洗衣机 和烤肉铁叉的机械装置
但可惜家里有一个地方 少了现代科技
史学家安东尼波顿 是这么解释的
这是阿姆斯壮 真正的骄傲和安慰
画廊里挂满了 精美的维多利亚时期画作
即使在白天也稍嫌阴暗
不过他最大的心愿 是晚上带宾客进来赏画
但就着闪烁的烛光 什么也看不清楚
阿姆斯壮需要的是点灯 和一种供电的方法
如何发电？ 发电技术流传了50年
因为麦克法拉第 揭晓了这个秘密
透过磁铁和线圈的相对运动
我这里有个小型装置 说明发电的原理
就是这个
这片圆盘的末端有两块磁铁
这里有个线圈
如果让圆盘和线圈 产生相对运动 应该就能发电
没错 安培计上有了读数
确实正在发电
每次圆盘上的磁铁经过线圈
会在铜线圈上产生微量的电脉冲
要产生大量电力 需要更大的装置
阿姆斯壮买的就是这个
汤姆生涡轮机
好大一件装置
汤姆生涡轮机 需要大量快速水流驱动轮轴
阿姆斯壮勋爵有一条小溪
从他的庄园涓涓流过
他需要的是这个
大量的水
他如何从小溪取得大量的水？
他盖了一座水坝
阿姆斯壮盖了一座 将近10公尺高的土坝
把他的小溪变成了深水湖
大量的水往下挤压 增加水底深处的压力
阿姆斯壮把这些高压水 透过管线往下输送到坝底
他在这里把水注入 一台汤姆生涡轮机
快速水流转动轴轮
顺势转动一根 连接到发电机的轴
产生4千瓦的电力
对阿姆斯壮而言 这只是启蒙的第一步
现在他必须把电力 从坝底的轮机房
一路输送到 他超过1公里之外的画廊
阿姆斯壮把两股粗铜线 接到发电机上
把电力输送到他的宅邸
他总共用了5吨铜线 才点亮一个灯泡
但他已创下世界纪录
一栋靠水力点灯的房子
`★`★`★`国家地理 - 超大建筑狂想曲`★`★`★`
在地球另一头的华中地带
阿姆斯壮勋爵的概念 在三峡大坝发挥到极致
英国工程师罗实查伍德
从2003年起投入水坝的兴建
仍然对大坝的规模叹为观止
这里是三峡工程的 三大发电厂之一
这间厂房长700公尺
看得到14台大型发电机
前面1公里外是第二座发电厂
再下去还有一座发电厂 要建在河流对岸的地底岩层中
每一台发电机 造价约5000万美元
大概能推测工程规模有多大
戴布顿水坝有一台发电机
三峡有32台
比起戴布顿水坝 发电量超出500万倍
中国人利用浩瀚长江的能量 驱动发电机
在大坝后面的水库 水位上升到河床以上60楼高
经过巨大的混凝土隧道 往下把水轮往发电机
轮机在激流的河水冲击下转动
这个运动 随后转移到发电机的轴轮
这里装上了大块磁铁
磁铁经过外壳上的铜线圈发电
光是一台机器的发电量
相当于一座小型核能发电厂
32台发电机的总发电量
足以供6千万中国人使用
这项工程在国际水力发电工业 立下全新的基准点
比起第二大水力工程 巴西的伊泰普水坝 规模大了近一倍
当然 中国后续还有 一系列超大水坝正在兴建
回到1878年
戴布顿水坝证明了 即使最小的水流也能用来发电
不过要大规模发电
工程师必须对付更大的河川
为了盖一座发电量高达 1亿2千8百万瓦特的水坝
法国工程师必须把 汹涌湍急的多敦河改道
“跃进2：河川改道”
1914年 法国
第一次世界大战爆发
使法国陷入严重能源危机
煤田遭德军占领
法国人被迫从国外进口煤炭
供应发电厂所需 维持国家的运作
后来他们决定 用水力发电水坝造就电力
提高国家的电力供应
不过在湍急的多敦河 兴建一座混凝土水坝
可一点也不简单
在海滩这里 就是我们的多敦大河
没办法直接把混凝土 往河中央浇灌
他们的水坝要盖在这里
为了盖好一座水坝 他们要盖三座
首先在这里盖一座临时水坝
叫做围堰
用来挡住河水
光挡水是不够的 河水会从顶上漫过去
除非另辟蹊径 在这里盖一条引水道
然后为了阻止河水回流
在这里盖第二座围堰 围堰之间的水可以排出
就在这里盖主坝
多敦河工程师 在岩层上炸出两条隧道
输送改道的河水
把装满岩石的钢笼 投入河中 打造临时围堰
接着用混凝土强化
这时水坝后面的河水开始上涨
经过引水隧道排出
为了阻挡河水回流
工程师兴建第二座围堰
一旦围堰之间的河床抽干
就出现一块干燥的地方 兴建主坝
这批工程师运气好
他们走进围堰中间的这一段
发现河床其实是坚硬的岩石
他们可以直接在上面建坝
巨大的混凝土建筑 从河床一层层上升到30层楼高
随后工程师关闭引水隧道
让水库的水上涨 淹没围堰
他们的任务就完成了
最后把轮机的闸门打开
开始发电
`★`★`★`超大建筑狂想曲 - 三峡大坝`★`★`★` ★`★`★`★`纪录片之家&jackydai倾情奉献★`★`★`★`
马维日水坝完工后
发电量达1亿2千8百万瓦特
有助于发动 一班开往里昂的列车
并为400公里外的巴黎市供电
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★`
长江全长6千多公里
有时河宽好几公里
是中国的第一大河
水坝工程师要应付 许多后勤上的严峻挑战
当长江水在三峡大坝背后上涨
将会淹没沿岸15万亩的土地
因此中国必须动迁100多万人 离开水坝背后的土地
还得盖好几千栋房子 收容被动迁的移民
然后工程师才能建坝拦河
这里是兴建围堰需要的 一些岩石和预铸混凝土砌块
在三峡工程施工期间 借此控制河水
如何控制河水
让这项巨大工程得以兴建 显然是一件大工程
长江是全世界数一数二的大河
水流快 河床深
因此兴建围堰 让大坝安全施工是一项重大工程
中国宣称在水利发电工程史上 这是最大也是最难的引水工程
看看这个规模 他们说的一点也没错
真是非同小可
工程师着手兴建一系列石围堰
挡住一部分长江河道
他们在干河床上 兴建前两段主坝
接着往河中 抛下数以吨计的泥土
在泥土上再盖一座围堰
这回盖的是混凝土围堰
阻挡了背后的河水
这时终于能兴建最后一段水坝
接着他们必须拆除围堰
好让河水流过主坝的轮机
围堰建筑盖得这么扎实 拆除围堰可是一大挑战
因此在前两个阶段
围堰是用这种大石块打造
就能用相当传统的 大型挖掘设备处理
不过在最后阶段 要拆除一道实心混凝土墙
就得想想新点子了
不同于马维日的围堰
中国这里的围堰太高 无法弃置原地
因此中国工程师建围堰时 预留放置炸药的孔洞
2006年6月6日
他们在洞里填满190吨炸药 屏息以待
5 4 3 2 1
施放
耗时几个月的功夫 几秒钟便烟消云散
随着围堰崩塌 释放背后蓄积的河水
这是对三峡大坝的最后测试
水坝屹立不摇
回到1935年
马维日水坝证明
工程师可以将河川改道 建造发电能力强大的水坝
但要突破10亿瓦特的目标
兴建胡佛水坝的美国工程师
必须充分利用他们的建材
“跃进3：混凝土”
`★`★`★`National Geographic - Three Gorges`★`★`★`
1930年
美国决定处理一项重大的经济问题
美国西部各大城市 因为缺乏水电而阻碍发展
为了打破僵局
工程师着手兴建世界第一大坝
胡佛水坝
参与兴建的人都是真正的冒险家
他们是所谓的攀岩者
他们敢坐在一块从崖顶上 用绳索吊下来的木板上
他们也敢用液压锤 把悬崖表面敲平
这样在上面浇灌混凝土时 才会充分密合
这座水坝浇灌的混凝土 超过以前的任何工程
但处理这么多混凝土 水坝工程师可伤透脑筋了
浇灌大量的混凝土
会碰上一个很特殊的问题
这个问题就是热气
首先必须了解 混凝土包含的三种基本成分
首先是这个玩意儿 水泥
水泥是活性成分 会产生反应和变化
还有水 会跟水泥产生反应
下面这玩意叫做骨料
基本上是石块 这里用的是砂石
是整个拌合料的强度所在
现在把水泥放进去 稍后会产生化学反应
其实是一种放热的水合反应
表示这堆拌合料的温度会上升
测试一下我们说的对不对
看得出温度逐渐升高
已经升高到摄氏15度
如果我们再等一会儿 还会继续上升
我们看到温度果然上升了 虽然幅度不大
不过要是在大量浇灌的 混凝土中心
这股热气无处可去
因此这一堆混凝土 内部越来越热
向外膨胀 一旦膨胀 会使外部的混凝土裂开
如果水坝正在进行 大规模混凝土浇灌
裂缝就成了严重问题
如果胡佛水坝 把混凝土一口气浇灌完毕
外部的混凝土会先冷却硬化
而水坝核心的混凝土依然闷热 极力向外扩张
可能让混凝土承受压力 因而破裂
因此工程师把胡佛水坝的 混凝土铸成一个个小砌块
每个砌块的混凝土 冷却时会收缩
但不会裂开
砌块之间因收缩而产生小缝隙
工程师必须用水泥填满
但这个精巧的设计 不是解决问题的灵丹
胡佛水坝巨大无比
总共动用了600万吨混凝土
如果能把硬化的混凝土产生的热气
集中在一个火炉里
可以连续3年 每天烤50万个面包
如果把水坝放着不管
这个速度实在太慢了
水坝的负责人叫法兰克科洛
人家叫他“快快科洛” 因为他老是赶时间
“我打算用科罗拉多河 冷却我的水坝”
科洛把950几公里的钢水管
嵌入胡佛水坝的混凝土
他盖了一座庞大的水冷工厂
在这里把河水冷却到4度
再灌入火热混凝土内部的水管
把冷却的时间从125年
缩短到仅仅22个月
这确实是高招
他们只要盖完水坝
阉喙嗳胨?
就可以两手一拍走人 太了不起了
这项工程动用了5000人 短短21个月就完工
不但如此
他们还提早两年竣工
也节省了不少预算
胡佛水坝的蓄水量 高达350亿立方米
位居当时的发电量全球之冠
有这座雄伟的水坝做后盾
美国西岸各大城市 终于能开始繁荣发展
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★`
三峡大坝 让混凝土建筑更上一层楼
瞧瞧 不难想象 坝底的混凝土有多厚实
足足有180公尺高 2公里长
混凝土的用量极其惊人
三峡大坝动用的混凝土 比胡佛水坝多了10倍
因此工程师必须想尽办法 让水坝保持冷却
基本上他们想尽了一切办法
他们先冷却骨料 建材 砂石
然后才放进拌合料里 加入冰块
他们趁混凝土自行升温之前
绞尽脑汁把温度降到最低
因为这里的夏天 一到7 8月就特别热
他们甚至还用了喷雾系统
等于在坝顶上喷一层水雾
目的是阻挡太阳辐射 堆积在混凝土里
增加内部产生的热气
回到1936年
胡佛水坝证明工程师 盖得出无比巨大的混凝土水坝
只要能维持冷却即可
不过水坝越大 阻挡的水越多
随之产生强大的破坏力
为了兴建大深谷水坝
美国工程师必须保护它 不被漫溢的河水毁灭
“跃进4：洪水”
1889年5月30日 宾州 詹斯镇
这个小镇遭遇史上最大的豪雨
水坝宁静的水库即将瓦解
雨下了24小时
水位达到坝顶
很快就无处可去 只能漫过坝顶
水坝瓦解
42分钟排出2千万吨的水
一道18公尺高的水墙
顺着河谷冲下来 淹没詹斯镇
全镇家破人亡
这场洪水 带走了2200多万人命
是美国有史以来最严重的灾难
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★`
为何水库漫溢 水坝就会立刻爆裂
工程师艾德麦坎作出解释
有个特别的问题
水从坝顶流下时
会破坏前面这里的地面
这里很容易受到 所谓堤趾冲刷的破坏
我们要做个模拟 看看堤趾冲刷是什么情况
这是合理聚集而成的洪水 在水坝后面越积越高
现在累积到水坝顶端了
很快就会冲过坝顶往下流
沿着这一面往下流 把底下冲刷殆尽
看得出水坝已经开始移动
当前面的地底被掏空
水坝失去了基底 就开始往前倾
要不了多久就会全面倒塌
砰的一声
算是很干脆的一次水坝破坏
一旦水坝倒塌 一道巨大的水墙冲下河谷
万一你刚好待在下面 恐怕已经没命了
看得出堤趾冲刷 是这种水坝潜在的大问题
非得解决不可
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★`
1933年 美国工程师 开始兴建大深谷水坝
横跨美国西北部的哥伦比亚河
连胡佛水坝也相形见绌
消耗的混凝土和横跨的距离 都是后者的3倍
工程师完成大深谷水坝时
他们必须确保詹斯镇的悲剧 不会在这里上演
★`★`★`★`纪录片之家&jackydai倾情奉献★`★`★`★`
冲过水坝的河水
可能很快侵蚀河床 酿成灾难
因此工程师 把坝底盖成一道混凝土斜坡
水朝排水口倾泻出去 形成翻滚的漩涡
耗尽内含的能量
当水从斜坡泻下
破坏力也消融大半
斜坡盖好之后
工程师就能安全运转 美国最大的水力发电水坝
大深谷水坝 至今仍保有这个头衔
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★`
三峡大坝的兴建者 面临类似的问题
他们同样必须确保水坝 不被冲过的洪水损坏
基本上 水坝在汛期挡住了大量河水
三峡大坝可以阻挡 220亿立方米的水
然后以人为控制的方式泄出
排水系统有46个排水闸门 和下面看到的这些导槽
这种排水口的设计 必须应付大水的力道
这里的水 从100多公尺高处冲下
在坝底达到极高的速度
为了偏移大水冲下的力道
中国采用和大深谷类似的科技
当水位上升
工程师打开一系列闸门 把洪水排出水库
但如果大水笔直倾泻而下
可能破坏水坝的坝基
因此工程师在排水口 安装混凝土导槽
不同于大深谷的水底斜坡
三峡大坝的导槽 把水射向空中
射到空中的水裂成小水珠
失去不少破坏性能量
落在100多公尺外的下游处
无法造成任何损害
因此现在他们打开排水口闸门
中国根本不用担心
回到1942年
大深谷说明了 水坝如何应付洪水的侵蚀力
不过为了兴建大坝 横跨俄罗斯浩瀚的叶尼塞河
工程师必须设法阻挡河水
同时保持船只通行
“跃进5：航运”
1960年代
苏联想提升国内的工业力量
计划兴建一系列超大水坝
克拉斯诺雅斯克水坝 正是其中的一批
将长达整整1公里的 横跨叶尼塞河
发电量高达60亿瓦特
但这条河也是 前往西伯利亚的主要航运路线
会受到水坝的阻碍
为了让船只继续通行
工程师设计出一个绝妙计划
他们会兴建一条 足以容纳船只的钢槽
接着把钢槽和船只推上坝顶
在这里把整个装置倒转
在水坝另一侧下放到河面上
为了移动7千吨的荷载
他们将使用液压式唧筒
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★`
工程师艾德麦坎用一个热水袋
说明液压式动力背后的原理
好
在我的热水袋接一根管子
再接上这条橡皮管
然后连上这个小水槽
看看会发生什么
我要把它往上拉1公尺左右
现在拉上1公尺了
现在这个系统内部的压力增加
但还不足以使它往上升
所以一点动静也没有 热水袋还是压的扁扁的
我要往后退
因为我不想一堆砌块打到我头上
现在我把它拉起来 现在大约3公尺高
看得出混凝土砌块 移动的很快
我要把它拉到最顶上 大约4公尺高
砌块往上升了
现在看到的是 水加压后能产生惊人的力道
我们就用这个力道举起重物
俄国工程师 用加压的液体举起船只
闸室墙壁里装有强大的唧筒
以巨大的压力把液压油
挤压到底部安装的一系列马达
马达驱动巨大的钢嵌齿 沿着一条导轨推动钢槽
马达产生庞大的牵引力
短短90分钟 就把船舱从河面吊上水库
`★`★`★`国家地理 - 三峡大坝`★`★`★`
当升船机开启时
克拉斯诺雅斯克的百姓 蜂拥而至
这个机械奇迹是 世界第一大坝至高的荣誉
在中国的三峡大坝
工程师也面临 重大的交通问题
三峡大坝座落于 亚洲最繁忙的河川之一
长江是中国很重要的水路
从沿岸的上海通往宜昌
一路连接到重庆
每年运输 大约1千8百万磅的货物
100多公尺高的大坝 每天要通过170艘船
对工程师可是严峻挑战
配合世界第一大坝
中国的解决之道 是建造全球第一大船闸
船只在坝底进入船闸
闸门关闭 灌入河水
把船只抬高到下一段船闸
船只必须通过5段船闸 开到坝顶
要耗费4个小时
货船还无所谓
对往来长江的许多客船而言
这个速度实在太慢
为了让客运的运输更有效率
他们在这里打造了 这个升船机系统
船只大约36分钟就能通过
不同于 克拉斯诺雅斯克的升船机
三峡的升船机就像电梯 让船只笔直往上升
成功的秘诀 就藏在混凝土墙壁中
工程师将安装 一系列巨大平衡锤
承担大部分的吊举作业
16个上千吨的混凝土砌块
将用缆索连接到钢槽
钢槽承载船只和浮起船只的水
当平衡锤落下
就会把钢槽往上举起 让船只升上坝顶
这座升船机高113公尺
可以处理重达3千吨的船只
成为世界第一大升船机
比克拉斯诺雅斯克那一座 大了一倍
当然 现在看这些建筑 离完工还早得很
到2015年才会大功告成
但显然是个庞然大物
是此地兴建工程中 另一项了不起的成就
经过130年的创新发明
水坝的发电量越来越大
如今几乎没有一种能源 像水力发电这么干净
但随着大坝越盖越大
对环境的冲击也日益严重
设计三峡大坝时 中国工程师必须保证
他们的建筑物不会完全阻碍 大自然对土地的滋养
“跃进6：沉淀”
三峡大坝的发电量是举世之冠
但这不是兴建大坝的主要原因
长江的严重水患人人皆知
两千年来
大约每十年就有一次大水灾
1931年的灾情惨重
造成13万5千人死亡 摧毁了将近200万户民宅
因此兴建三峡大坝的主要原因 是为了防治严重水患
大坝挡住了致命的洪水
水蓄积在水库里 以人为控制的方式泄出
但管理洪水
对环境也会造成严重的副作用
近年的历史均可考证
1970年
埃及工程师兴建 横跨尼罗河的亚斯文水坝
以便管制河水泛滥
但下游的农夫 很快就发现农作物开始歉收
土地变得非常贫瘠
农夫每年需要数百万吨肥料 给农作物施肥
他们的土地 因为失去洪水而受害
洪水夹带着 土壤的重要构成要素
化学家安德鲁许德洛博士示范
这是最近降下的干净雨水
我们加上一些顶级的土壤
再加上动物排泄物
一些蜗牛壳 基本成分是碳酸钙
然后加上一些枯叶 这是植物
当然还有鱼类
当暴风雨来袭 河水急速流动
产生狂暴的雨水 把这些成分一一捣碎
就是这个
这是大自然最重要的植物养分
货真价实的混合料
氮 磷 钙 镁 钾
但是一旦洪水不再流动
淤泥的这些养分微粒 就开始沉淀
尤其在全球第一大坝 这个问题更是严重
珍贵的长江淤泥
因水坝而无法流动 困在水库里流速缓慢
很快沉到河床堆积
长江淤塞的问题非常棘手
每年总共有5亿吨的沉淀量
大约相当于1公里立方的淤泥
足以填满数百座大型体育场
这是极大量的淤泥
万一淤泥一直困在水坝后面
下游数百里的 农夫 渔夫和野生动物
就无法取得水中的养分
数以吨计沉淀的淤泥或沉淀物
可能累积在水库里 危机水库本身的安全
基本上
落入水库这里的沉淀物 会缩小水库的容量
如果累积到这么高 最后可能影响运转轮机的能力
中国工程师 巧妙利用洪水的力道
把水库的沉淀物冲往下游
他们在水坝深处安装水闸门
每个闸门有一辆巴士那么重
需要强劲的液压活塞才能拉开
当操作员开启闸门
洪水快速冲过 困在底下的沉淀物
从水坝冲出去
`★`★`★`National Geographic - Three Gorges`★`★`★` ★`★`★`★`纪录片之家&jackydai倾情奉献★`★`★`★`
透过这个方式 中国当局希望至少再过一百年
累积的沉淀物 才会影响水坝的发电量
但就连这个精巧的净化系统
也无法彻底清除水坝的沉淀物
至于会留下多少沉淀物
相关的科学评估 从30%到60%不等
不过中国当局相信
付出这个代价是值得的
他们相信水坝带来的好处
例如干净的能源和防洪
远胜于水坝的严重缺陷
`★`★`★`National Geographic - Big Bigger Biggest`★`★`★`
当三峡的工程告终
它的规模令人屏息
即使好几台轮机还没启动
仍然是全球发电量最大的水坝
站在工程学的历史巨人肩膀上
三峡大坝的确是 最终极的水力发电大坝
直到将来有人青出于蓝
`★`★`★纪录片之家&jackydai★`★`★ ★`★`★`★`★`★转载请注明出处★`★`★`★`★`★