瑞典大壩和泄洪道的改擴(kuò)建工程

瑞典大瀑布電力公司(Vattenfall)在其國內(nèi)進(jìn)行了大量涉及水電廠改造(如梅薩爾電廠等改造項(xiàng)目)的水電投資，且不斷加大在海外的投資力度，還正在進(jìn)行大范圍的大壩和溢洪道改造。目前最引人注目的是貝格弗森(Bergeforsen)大壩改造項(xiàng)目。

瑞典大量的水電站建于20世紀(jì)50年代水電站擴(kuò)張的高峰期，因此,屬于公共事業(yè)公司資產(chǎn)的許多大壩的壩齡已超過1個(gè)世紀(jì)。那時(shí)建造的大壩可通過的洪水流量相當(dāng)于百年一遇的洪水。

充足的流量對水力發(fā)電來說至關(guān)重要。由于2012年徑流量充足，瀑布公司旗下獨(dú)資或控股的水力發(fā)電廠的發(fā)電量為42.2 TW·h。

該公司在瑞典的水電裝機(jī)容量大約為7.8 GW(其持有全部或大部分股份的電廠裝機(jī)容量為8.2 GW)，在德國擁有水電裝機(jī)容量2.88 GW,其中大部分為抽水蓄能電站。此外，在芬蘭和荷蘭也有少量的水電站。

該公司所屬的瑞典水電廠在2012年的發(fā)電量為36.5 TW·h，與2011年29.5 TW·h發(fā)電量相比，提高了23.7%。該公司稱，這歸功于水庫所蓄的水量大和電廠設(shè)備的利用率高。

1 大壩安全與防洪標(biāo)準(zhǔn)

瑞典沒有涵蓋大壩安全規(guī)劃的專門法律，只是參照環(huán)境法規(guī)和民事保護(hù)法中的相關(guān)規(guī)定。

在幫助編制必要的準(zhǔn)則過程中，水電行業(yè)的工作集中在設(shè)計(jì)洪水和大壩總體安全2個(gè)方面。

為了對設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行研究，20世紀(jì)80年代中期，當(dāng)時(shí)的水電部門和瑞典氣象與水文研究所(SMHI)成立了聯(lián)合調(diào)查研究委員會。1990年編制了最終報(bào)告，2007年出臺了準(zhǔn)則的修訂版。

根據(jù)修訂后的安全準(zhǔn)則，可將設(shè)計(jì)洪水給大壩造成的潛在后果分為兩大類，Ⅰ類的潛在后果最嚴(yán)重。

根據(jù)該準(zhǔn)則，產(chǎn)生Ⅰ類潛在后果的設(shè)計(jì)洪水的重現(xiàn)期，不能準(zhǔn)確合理地加以估算和說明。但是，通過與洪水頻率分析相比，表明此類洪水計(jì)算得出的洪水重現(xiàn)期平均超過了萬年一遇。還有一個(gè)附加的規(guī)定,就是被歸類為Ⅰ類防洪設(shè)計(jì)后果的大壩,也應(yīng)該能在水庫或河流保持正常壅水水位時(shí),至少可以通過百年一遇的洪水。

在2010年出版的《瑞典大壩安全系統(tǒng)審查》報(bào)告(英文版出版于2011年)中稱，包括水電和采礦部門的壩、以及運(yùn)河和一些防洪堤壩在內(nèi)，瑞典大約有10 000座壩。另外，根據(jù)2008年公布的最新數(shù)據(jù)，有185座壩被歸類為Ⅰ類壩(ⅠA，ⅠB)，293座被歸類為Ⅱ類壩。

該報(bào)告中稱，Ⅱ類壩在最高水位時(shí)必須能夠通過至少百年一遇的洪水。同時(shí)還強(qiáng)調(diào)，此類建筑物還應(yīng)能通過經(jīng)權(quán)衡利弊后決定的規(guī)模更大的洪水。

水電行業(yè)在與SMHI分離后，于1997年制定了自己的大壩安全準(zhǔn)則(RIDAS)。2007年，采礦行業(yè)單獨(dú)發(fā)布了關(guān)于大壩安全的等效準(zhǔn)則。

在《瑞典大壩安全系統(tǒng)審查》中，瑞典電網(wǎng)要求制定更加明確的和更具約束力的大壩安全規(guī)章，并要求按失事后果對大壩進(jìn)行強(qiáng)制性分類。該報(bào)告還主張推動更加正規(guī)和嚴(yán)格的大壩安全報(bào)告制度，特別是對最高失事后果風(fēng)險(xiǎn)的建筑物更應(yīng)如此。

2 大壩和泄洪道改造工程

為確定設(shè)計(jì)洪水和大壩安全準(zhǔn)則，開展了大量的建模和仿真模擬工作，包括設(shè)置和校準(zhǔn)全河寬水文模型。該項(xiàng)工作關(guān)注的第一條河流是呂勒文(Lulealven)河，該河流上的壩都是大瀑布電力公司全資擁有。然后在其他流域繼續(xù)進(jìn)行該項(xiàng)工作，這些流域的水電站都屬合資建設(shè)。

在完成上述工作以后，大瀑布電力公司開始了一個(gè)長期投資計(jì)劃，以對其水電資產(chǎn)進(jìn)行必要的改進(jìn)。

該公司正在采取的升級改造方案范圍很廣，從加固和加高現(xiàn)有建筑物到擴(kuò)大泄洪道、增加閘門、使用現(xiàn)代化儀器等，并對進(jìn)水口也采取了各種改造措施。

投資計(jì)劃的第一期為2002～2007年，需要投資金額約為12億瑞典克朗。第二期投資計(jì)劃直至2013年到期。至2011年，大瀑布電力公司的第二期投資，即對大壩的改建，提高大壩安全性(包括溢洪道改造工程)方面的投資額約為20億瑞典克朗。

第二期(2007～2013年)的預(yù)算約為9億瑞典克朗，而最終的總投資接近21億瑞典克朗。到目前為止，貝格弗森大壩的改造費(fèi)用總計(jì)為26億瑞典克朗。

近年來，大瀑布電力公司完成的主要改造項(xiàng)目包括：

(1) 烏美芬河上的阿加勒(Ajaure)大壩壩頂?shù)募痈摺?/p>

(2) 位于安格爾曼文河的斯滕庫拉福斯(Stenkullafors)大壩泄洪閘的拓寬工作，使其泄洪能力增加了400 m3/s。

(3) 對瑞典北部一些大壩進(jìn)行加固，擴(kuò)建呂勒文河上水庫的庫容，以削減洪峰流量。

自2000年以來，所有改造工程的總費(fèi)用接近30億瑞典克朗。該公司預(yù)測，未來每年的正常預(yù)算為1.6億～1.7億瑞典克朗。當(dāng)然，如果要設(shè)計(jì)和建造規(guī)模更大的項(xiàng)目，那么這些正常費(fèi)用還將會增加。

大瀑布電力公司有36座壩被歸類為Ⅰ類壩，31座壩被歸為Ⅱ類壩，另外有39座壩在這兩類之外，通常被(非正式地)稱為“Ⅲ類壩”。

到目前為止，改造工程已經(jīng)使29項(xiàng)設(shè)施達(dá)到了防洪準(zhǔn)則的要求。通過實(shí)施改造工程，有10座壩的泄洪道的泄洪能力已經(jīng)得到增強(qiáng)，對15座壩的泄洪通道或消能設(shè)施進(jìn)行了改造，另外有8項(xiàng)改造工程是用來提高大壩運(yùn)行的可靠性。

在Ⅰ類設(shè)施的改造方面，采用了較為普通的大壩安全措施，包括對24個(gè)建筑物進(jìn)行了加固處理，加高了8座壩的壩頂高程。另外，有21項(xiàng)設(shè)施為臨時(shí)性超蓄洪水或削減洪水做好了準(zhǔn)備。

大瀑布電力公司還在進(jìn)行研究和開發(fā)有關(guān)大壩安全方面的項(xiàng)目。

除了標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目和更小規(guī)模項(xiàng)目的泄洪閘以外，大瀑布電力公司通常還會雇用本公司以外的外國顧問和承包商，來審查和執(zhí)行各種大壩安全改進(jìn)措施、泄洪道改造工程以及削減洪水的措施。

最大的泄洪道改造和大壩安全升級改造工程，是大瀑布電力公司與其他公司合作的貝格弗森大壩改造工程，該工程位于瑞典中部，目前正在對該壩建造一個(gè)全新的岸邊主泄洪道，期望以此來增加大壩原有泄洪設(shè)施的泄洪能力。

3 貝格弗森大壩

貝格弗森大壩位于因達(dá)爾薩爾文河最末的下游段，正好在位于瑞典東海岸的松茲瓦爾市的北部。該河全長為420 km，從東南流向波斯尼亞灣，是瑞典最長的河流之一。其他4個(gè)主要河流流域是安格爾曼河流域、烏美芬河流域、謝萊夫特文河流域、呂勒文河流域，均位于耶姆特蘭山的集水區(qū)北部。

貝格弗森大壩是建于20世紀(jì)50年代的土石壩。其中央壩段長158 m，其中包括寬70 m的主泄洪道，有3個(gè)15 m(寬)×10 m(高)的泄洪閘，總泄洪能力為2 400 m3/s；緊鄰泄洪道的是與歷史洪水記錄相關(guān)的寬16 m的非常泄洪設(shè)施，另外還有一座寬72 m的與地面廠房相連的取水建筑物。

貝格弗森大壩的原設(shè)計(jì)洪水為2 400 m3/s，這比計(jì)算的百年一遇洪水(2 160 m3/s)要高。但按照最新的大壩準(zhǔn)則，該大壩被歸類為Ⅰ類大壩，因而設(shè)計(jì)洪水現(xiàn)在被提高為3 380 m3/s。

在該大壩的壩趾處，有一條公路和一條鐵路橫跨下游的因達(dá)爾薩爾文河。

水電站運(yùn)行總水頭為23 m，該電站安裝有4臺軸流式機(jī)組，這些機(jī)組都是在1955～1959年間交付使用的，總裝機(jī)容量為168 MW, 電站年發(fā)電量為735 GW·h。電站由大瀑布電力公司和一家合資的貝格弗森有限公司合作運(yùn)行，大瀑布電力公司占有60%的股份。

貝格弗森電站是因達(dá)爾薩爾文河流域31座發(fā)電站中的一座。其中大瀑布電力公司擁有股權(quán)的電站有8座。

對現(xiàn)有的泄洪道或電站廠房進(jìn)行改造，將會面臨一些重大挑戰(zhàn)，比如維修工程的時(shí)機(jī)選擇、大型洪水事件等。

為此，擬在該壩上建造第2條泄洪道。在修建第2條泄洪道之前，為了滿足根據(jù)大壩規(guī)范而最新計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水(3 380 m3/s)的標(biāo)準(zhǔn)，短期的辦法是使水庫超蓄2 m，同時(shí)增加通過現(xiàn)有泄洪道的流量來宣泄這種設(shè)計(jì)洪水。由于大壩是按最初的設(shè)計(jì)洪水(2 400 m3/s)修建的，因此沒有考慮通過電站廠房的泄洪。

作為該處的主要投資項(xiàng)目，新建的泄洪道位于大壩的西側(cè)，新增泄洪道的泄洪能力為1 500 m3/s，該泄洪道已經(jīng)按80～100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，泄流能力增加到2 160 m3/s。

改造、擴(kuò)建之后，泄洪道總泄流能力將達(dá)3 900 m3/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)洪水3 380 m3/s的標(biāo)準(zhǔn)。盡管將來氣候變化會對此處的洪峰流量產(chǎn)生潛在的影響，但在泄洪能力方面還沒有明確定量的統(tǒng)計(jì)或規(guī)定。不過，也可以將工程升級改造后泄洪能力超出的部分，看作是應(yīng)對未來氣候變化的備用泄洪容量。

新泄洪道由3個(gè)主要部分組成，即通到上游明渠的泄洪閘(25 m(寬)×10 m(高))、隧洞和下游明渠。在布局上，上游渠道通向大壩的側(cè)邊，泄洪道在隧洞內(nèi)部轉(zhuǎn)向，最后下游渠道將水流從切線方向引回到因達(dá)爾薩爾文河中。這樣的布局幾乎形成了一個(gè)直角轉(zhuǎn)彎。

新泄洪道自2011年開始建造，計(jì)劃于2014年完工。新泄洪道完工后，將對原泄洪閘進(jìn)行改造。

在目前的規(guī)劃中，該項(xiàng)目為大瀑布電力公司最大的大壩安全性改造工程投資項(xiàng)目。項(xiàng)目預(yù)算為6.25億瑞典克朗，現(xiàn)在還沒有為改造工程設(shè)立項(xiàng)目預(yù)算。