國際大壩委員會第 23屆大會技術(shù)專題

1 大壩與水電

《大壩與水電》是國際大壩委員會第 23屆大會技術(shù)專題中的第 88個專題。快速增長的能源需求使能源消耗量持續(xù)增加。1970～2000年,能源消耗保持較穩(wěn)定的增長,但在剛剛過去的幾年中,增長速度加快。新興經(jīng)濟體用電量增長速度更快。

千年發(fā)展目標(biāo)是致力于改善世界上貧窮國家的社會經(jīng)濟狀況。對于聯(lián)合國會員國來說,要實現(xiàn)此目標(biāo),向人們提供充足可用的能源才是至關(guān)重要的,尤其是要提供清潔廉價的能源。

目前,世界上約有 2/3的能源仍然是來自化石燃料。水電作為可再生能源,在余下 1/3中約占90%的份額。世界上約 18%的大壩是用于水力發(fā)電。在目前運行的大壩中,發(fā)電為其主要目標(biāo)或唯一目標(biāo)的約有 8200座。全世界大約有 60個國家的水電在其國家電力中的所占份額超過 50%。

大多數(shù)水電資源開發(fā)程度高的國家,其水電開發(fā)時間大約始于一個世紀以前,大壩和發(fā)電廠的修建和運行年代已久。因此,需要加強對這些大壩的改造和維護,以確保工程安全和運行狀況良好,最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)施的效益。

在亞洲和南美地區(qū),經(jīng)濟的增長促使大量水能資源被開發(fā)。相對來說,非洲的水電開發(fā)利用率低,大部分人口還沒有用上電,因此對電的需求量很大。經(jīng)過了一段困難的時期,國際貨幣基金組織現(xiàn)在也支持大壩和水庫的建設(shè),贊成實施水電開發(fā)的幾個重要聲明近期已獲得通過。

本專題共收到論文 40篇,主要涉及下列議題:

(1)大壩和水庫在可再生能源框架中的作用,一個地區(qū)、一個國家、多個國家的水力資源蘊藏量及開發(fā)利用現(xiàn)狀。

(2)水電可持續(xù)發(fā)展在實現(xiàn)千年發(fā)展目標(biāo)中所做出的貢獻。

(3)減少溫室氣體排放(水庫溫室氣體排放在二氧化碳排放權(quán)評估中越來越重要)。

(4)水電開發(fā)過程中的環(huán)境和社會協(xié)調(diào)問題、減緩措施和保護措施、環(huán)境監(jiān)測和成功案例。在大壩和水庫建設(shè)環(huán)境問題的認識方面已開展了大量工作,并采取了一些措施減緩不利影響。這些努力有助于認知水平的提高和減緩措施的改進。

(5)具有綜合利用效益的水庫的水電。發(fā)電調(diào)度規(guī)程與其他調(diào)度規(guī)程的關(guān)系;大壩設(shè)計和施工的技術(shù)問題,特別是混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土壩在設(shè)計和施工方面所面臨的一些技術(shù)問題。

在日益開放的電力市場,抽水蓄能電站為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行發(fā)揮著重要的作用。本議題包括方案的優(yōu)化研究和措施。

2 已建和在建水庫的泥沙管理

《已建和在建水庫的泥沙管理》是國際大壩委員會第 23屆大會技術(shù)專題中的第 89個專題。

專題 89已收到關(guān)于已建和在建水庫泥沙淤積管理方面的論文 28篇。在提交的論文中,日本的最多,占 29%;哥倫比亞、法國、摩洛哥、西班牙和瑞士各占 7%;其余的則來自中國、捷克共和國、埃及、伊朗、意大利、巴基斯坦、羅馬尼亞、俄羅斯、斯洛伐克和美國。

大多數(shù)水庫泥沙淤積問題突出。為滿足水庫長期可持續(xù)運行的要求,水庫泥沙淤積問題備受關(guān)注。主要問題包括:庫容損失、水輪機磨損、發(fā)電量減少以及對下游的影響。

世界上的所有水庫庫容合計約為 7萬億 m3(國際大壩委員會登記在冊的為6.1萬億 m3,但如果將壩高小于 15 m的水庫也包括在內(nèi),則可達 7萬億m3),其中有 3萬億 m3是死庫容。在 4萬億 m3的有效庫容中,主要是用于發(fā)電;約有 1萬億 m3用于灌溉、飲用和提供工業(yè)用水,其中部分庫容還作其他用途。

世界上的所有河流的泥沙年淤積評估值為 240～300億 t,相應(yīng)徑流為 40萬億 m3。也就是說,每1000 m3的水平均含沙量為0.60～0.75 t,但對具體河流和徑流來說,含沙量變化較大。并非所有的河流上都建有壩,并非所有的泥沙都淤積在水庫中。通過對全世界范圍的調(diào)查評估,按壩齡平均為 35 a計算,水庫泥沙淤積量達 2萬億 m3。據(jù)此計算,年淤積量約為 570億 m3,也就是說,每年因泥沙淤積而造成總庫容減少0.8%。

大部分泥沙是淤積在水電大壩水庫內(nèi),部分淤在死庫容中,但發(fā)電損失與有效庫容損失不成正比。年發(fā)電損失,相當(dāng)于投入到有效庫容中 1萬億美元的0.6%,即每年 60億美元。因用于發(fā)電的水庫形成泥沙淤積,最終不得不建新的大壩,因此用于死庫容和有效庫容的投資總計為1.7萬億美元,新建大壩的年花費是0.8%×1.7萬億美元 =136億美元。

世界上所有的灌溉水庫,因泥沙淤積而導(dǎo)致年損失 100億 m3左右的庫容,直接影響了灌溉能力。對于庫容大于 1000萬 m3的水庫而言,單位投資為0.2～0.5美元/m3。但印度次大陸和非洲小于 5萬m3的水庫,其單位投資往往高于 1美元/m3。按全球單位投資0.5美元/m3計算,每年損失可能高達50億美元。此外,泥沙淤積的損失還包括對下游造成的影響:約 5%～10%的水力發(fā)電廠不能正常供電,以及需要對水輪機進行維修等。

每年因泥沙淤積造成的損失達186億美元(不包括對下游的影響)。如果考慮對下游造成的不利影響,則每年的費用為 210億美元。必須對此引起重視,但應(yīng)將每年的總費用和大壩產(chǎn)生的效益進行全面的比較分析。在費用方面,年投入約 400億美元,運行、維護和加固約 170億美元(0.7%×2.4萬億美元;比率通常為0.3%～0.7%),所以年總費用計約 570億美元。與此相比,約產(chǎn)生 1250億美元的年發(fā)電效益(2500億kW? h×0.5美元)和 500～1000億美元的其他效益(尤其是灌溉方面的效益,可為 5億多人提供糧食)。

因此,全世界所有大壩因年淤積造成的總損失(210億美元)應(yīng)與年度總費用(570億美元)和年度總收益(1750～2250億美元)進行比較。水庫泥沙淤積的年度成本(按重置成本計算),約占總成本的 36%,比率不高。然而,減緩泥沙淤積的投入?yún)s遠低于 36%。許多國家均將此問題留給子孫后代。

根據(jù)提交論文的情況,確定將以下 4個議題提交給國際大壩委員會并在大會上進行討論:

(1)水庫泥沙淤積管理。這部分論文探討了經(jīng)對水庫采取多種措施而持續(xù)地管理泥沙問題。該議題包括 4個方面的內(nèi)容:①沖排沙的改進措施(閘門有效的設(shè)計和運行方式,沖水前的適宜流量和流速監(jiān)測,泄水閘的位置);②渾水下泄;③模型試驗和運行問題;④環(huán)境問題。

(2)通過疏浚、沖洗或引水方式對水庫泥沙淤積問題的管理。這方面的論文介紹了如何通過疏浚、沖洗或引水來實現(xiàn)泥沙管理。涉及以下內(nèi)容:①干濕法疏浚底泥;②疏浚底泥的處置;③底泥性質(zhì)和處理;④疏浚成本和經(jīng)濟評價;⑤有關(guān)的環(huán)境問題。

(3)壩上游的沉積處置。這部分論文分析指出,一些國家在全流域和水庫上游區(qū)范圍內(nèi)進行泥沙淤積管理。與此相應(yīng)的各種方案包括:①在水庫和河流上設(shè)置部分斷面的障礙物,如攔沙板;②在上游興建梯級水庫;③滯留結(jié)構(gòu)/攔砂壩,有效的流域管理技術(shù)(土地可持續(xù)利用,河流保護等);④河道外貯存;⑤抬高最低運行水位;⑥利用死庫容攔沙。

(4)有關(guān)泥沙可持續(xù)管理的總體考慮。部分論文探討了泥沙淤積的可持續(xù)管理措施。主要對以下2個方面進行了探討:①工程設(shè)計的經(jīng)濟分析標(biāo)準和方法的改變,包括生命周期法和退役費用;②與有關(guān)政策協(xié)調(diào)一致(關(guān)注于環(huán)境和泥沙問題)。大會報告強調(diào)了對水庫泥沙淤積問題進行討論的重要性。開展管理措施的效果評價,將有助于對工程設(shè)計和運行管理進行改進,促使已建、在建水庫的可持續(xù)利用。

3 大壩加固

《大壩加固》是國際大壩委員會第 23屆大會技術(shù)專題中的第 90個專題。世界上的多數(shù)大壩運行年代久遠,已漸趨老化,尤其是在發(fā)達國家,大多數(shù)大壩已運行了 50 a以上。對大壩實施加固已經(jīng)迫在眉睫,業(yè)主和經(jīng)營者應(yīng)確保其安全和效率在可接受的水平。事實上,2009年以來,大會專題一直在致力于對大壩加固方面的問題探討,這也證實了該重要專業(yè)領(lǐng)域的工程師開展技術(shù)交流的重要性。

專題 90主要包括以下 4個方面的議題:

(1)改善結(jié)構(gòu)和水動力;

(2)適應(yīng)新的法規(guī)、環(huán)境和運行的要求;

(3)大壩加高的工程技術(shù)問題和設(shè)計替代方案;

(4)大壩加高的經(jīng)濟問題,包括:防洪庫容的增加,總庫容的增加及其他一些問題。

本次會議將圍繞上述議題開展對不同類型的大壩、泄洪建筑物,如溢洪道和泄水閘以及有關(guān)設(shè)施的討論。后者包括:①以提高大壩和下游地區(qū)的安全性為目的,在確保大壩可靠運行和安全蓄水的基礎(chǔ)上,水庫泄流能力的調(diào)節(jié);②以改善環(huán)境為目的,調(diào)整大壩結(jié)構(gòu)和水庫運行的方式。

將對土石壩及其基礎(chǔ)的加固措施進行討論:防止已建大壩內(nèi)部侵蝕和滲漏的發(fā)生,以及開展的工程措施;完善監(jiān)測體系,增強對滲漏和內(nèi)部侵蝕的監(jiān)測能力;開展大壩性能分析。

對混凝土大壩和堆石壩,也將對提高其穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性能(考慮地震荷載)所采取的措施開展討論。

另一個備受關(guān)注的是已建大壩的加高問題。大會將對優(yōu)化設(shè)計方案時遇到的技術(shù)難題及其解決方法開展討論,討論時需要考慮現(xiàn)有的運行方式以及環(huán)境和社會問題。

已提交的論文涵蓋廣泛的地理區(qū)域,預(yù)計分會的召開將具有建設(shè)性的意義。

4 大壩安全管理

《大壩安全管理》是國際大壩委員會第 23屆大會技術(shù)專題中的第 91個專題。專題 91將關(guān)注大壩安全的法律法規(guī)框架、具體程序和有關(guān)活動等方面的問題,歸納如下。

大壩安全管理任務(wù)艱巨,特別是在正確理解大壩風(fēng)險管理含義之后,即大壩毀損或運行不良而對人、財產(chǎn)和環(huán)境帶來的后果。大壩安全評估和管理的傳統(tǒng)做法是,基于確定性方法,較保守地假定所有技術(shù)和非技術(shù)問題的不確定性。大壩委員會認識到了大壩安全的重要性,在新德里召開的第 13次代表大會(1979年)期間開創(chuàng)了一項工作,即開發(fā)了大壩安全形式化方法,制定了大壩安全準則。大壩安全委員會(C O D S)于當(dāng)年成立,并于 1987年發(fā)布了大壩安全準則,明確了大壩安全評估和管理的主要原則、理念和方法等。該準則第 1次明確指出,必須優(yōu)先考慮安全因素,并在其他所有因素(包括經(jīng)濟或商業(yè)因素)之前先行考慮。

形式化風(fēng)險評價法能全面系統(tǒng)地提供特定的知識,明確不確定性和顯而易見的特性,因而有助于與工程安全有關(guān)的決策的制定。2000年,在北京舉行的第 20屆大壩委員會代表大會,首次將風(fēng)險評價理論應(yīng)用于大壩安全評估和管理。2005年,大壩安全委員會完成了大壩安全管理中的風(fēng)險評估終稿(即130號通報)。通報給出了大壩安全風(fēng)險評價的基本概念、分析和評價的方法,為實現(xiàn)全面、系統(tǒng)、信息公開的大壩安全風(fēng)險管理提供了新的機遇。

為進一步加強大壩管理,近來有提議要求制訂新的國際大壩委員會大壩安全管理通報,原通報是由大壩安全委員會(C O D S)制訂的。其提議的基本前提是,大壩安全管理應(yīng)包括一切與大壩安全有關(guān)的活動,因此大壩安全管理應(yīng)為一系統(tǒng)、清晰、全面和信息公開的過程。

一般來說,公開透明的決策過程,通常為有代表性的民主工作的必要條件。其中一個原因是,公開促進民主問責(zé)制,是民主決策的本質(zhì)。公民必須獲得信息,使他們能夠積極參與決策,并作出明智的選擇。在某種意義上,需要政府、技術(shù)專家和科學(xué)顧問在信息公開透明方面作出新的努力。

鑒于以上考慮,不難得出結(jié)論:目前圍繞大壩安全方面的做法還遠遠不能滿足信息公開的標(biāo)準和要求。它假定分析和評價技術(shù)問題的技術(shù)專家也可以擴展到政治和社會領(lǐng)域。這種假設(shè)導(dǎo)致技術(shù)專家能單方面決定什么是對社會有利的,什么樣的安全目標(biāo)是恰當(dāng)?shù)摹＿@種做法與技術(shù)和專業(yè)團體所面臨的持續(xù)增長的壓力不相符,受決策直接影響和間接影響的公眾和社團要求與他們通過對話協(xié)商。目前該觀點已被廣泛接受。新的評估方法明確地認識到風(fēng)險和不確定性是所有工程活動的關(guān)鍵因素。如果得到執(zhí)行,風(fēng)險分析和評估不僅有助于更好和更安全地設(shè)計,而且還提供了可能的危害和后果等有價值的信息。相應(yīng)地,如果將有關(guān)風(fēng)險的信息反饋給政客、利益相關(guān)者和決策者,將有助于其決策能力的提高,制定出合理和負責(zé)任的政策、優(yōu)先權(quán)及決策。

全面系統(tǒng)地進行風(fēng)險識別、風(fēng)險評估和風(fēng)險管理,如今已成為現(xiàn)代大壩安全管理內(nèi)容的一部分。將其表述為一種最佳形式即為一綜合性框架,通過生命周期實現(xiàn)有效管理,確保維護大壩安全的所有必需活動和進程。它通常會促成與大壩風(fēng)險相關(guān)聯(lián)的一系列政策、程序、指令和指南的制定,并將單項安全管理過程融入全面的組織管理中。