美國薩維奇拉皮茲壩的拆除

[美國]R.D.本尼克 R.漢密爾頓 J.雷汀

許 亮 譯自英刊《水力發電與壩工建設》2010年第1期

薩維奇拉皮茲壩建于羅格(Rogue)河上,距美國俄勒岡州格蘭茨帕斯(Grants Pass)市上游約 8 km。修建該壩的目的是通過壩頂上的疊梁將羅格河水位季節性抬高3.4 m。該壩庫容充足,有效保障了重力渠首建筑物和液壓動力泵站的運行。雖然該壩距太平洋只有172 km,但直到2009年10月在其建成以來的 88 a中,它始終都是多種鮭魚洄游的障礙。

大壩最初于1921年2月由私人開發商出資興建,其目的是疏導河流,灌溉周邊近73 km2的土地。由于經濟原因,實際灌溉面積從51 km2下降到 31 km2。

目前羅格河溯河產卵魚類物種繁多,如鋼頭鱒、大馬哈魚和銀鮭。1997年,美國海洋漁業局(NMFS)根據瀕危物種法案將南俄勒岡/北加州(SONCC)的銀鮭列為受威脅物種。薩維奇拉皮茲壩被認為是影響羅格河魚類遷徒的一個主要障礙。

1 大壩概況

該壩為格蘭茨帕斯灌區(GPID)主要灌溉分流設施,由該灌區擁有、運營和維護。1949年,GPID尋求聯邦援助,以修復壩頂閘門和安裝攔魚柵網。美國國會隨后指示墾務局解決了大壩所存在的這些問題。

大壩為鋼筋混凝土重力結構,具有多拱分流設施。該壩總長為142 m,由以下幾部分組成:右壩肩處的北魚梯和泵站,跨越河道的溢流段或泄洪道,以及左壩肩處的重力渠首建筑物和南魚梯。泵站使用液壓驅動的水泵通過一個直徑1m的管道為左右兩側河道供水。大壩從壩基到溢流段混凝土壩頂的結構高度為10m。

大壩的溢流段長120m,溢流段從重力渠首建筑物延伸到泵站,由16個溢流槽組成。每個溢流槽由一個 61 cm寬的閘墩或支墩隔開,按 8 m中心距布置。右側(面向下游)的溢流槽設于河道最深部分,由大壩多拱部分支撐,每個溢流槽由一拱支撐。大壩多拱部分(包括一條長約 8 m的下游混凝土護坦)的最大底寬約26 m。左側溢流槽由大壩重力部分支撐,最大底寬約 9 m。這些溢流槽都建在基巖上。

2 大壩修復工程

1953年 4月,墾務局對大壩進行了修復,安裝金屬疊梁閘門取代大壩溢流段的原壩頂閘門。大壩的初始設計并不包括泄水建筑物。在進行大壩修復工程中,拆除了左側的兩個溢流槽,重新開挖了壩基,重建了溢流槽,以安裝用于泄水建筑物的2個5 m寬、2 m高的頂密封弧形閘門。在新弧形閘門上游和下游也開挖了導流渠。安裝這些弧形閘門的目的是降低庫水位,并替換拆除的疊梁閘門。1957年8月,墾務局新建了帶攔魚柵網的泵站進水口。

3 魚道和攔魚柵網

自薩維奇拉皮茲壩開工以來,魚道和攔魚柵網問題就一直倍受關注。右壩肩魚梯(北魚梯)的建設與大壩同步進行。但是,北魚梯的下游入口被現有泵站所遮蔽。1934年在左壩肩修建了第2個魚梯(南魚梯),試圖改善魚道。這種魚梯已經過時,不符合 NMFS和俄勒岡州魚類與野生動物署(ODFW)的現行標準。

工程師曾經嘗試在抽水灌溉的引水設施中加裝攔魚柵網,但一直沒有獲得成功,直到1958年才在泵站進水口處增建了攔魚柵網,但這些攔魚柵網并不符合現行標準。20世紀70年代末又對魚道進行了改進,以減少魚類通過時的損傷,但魚道問題一直存在。在水流量較大時,魚往往會跳出魚梯,擱淺在下游的巖石上。在水漫過堤壩時,特別是水流量較大時,在魚梯入口處水流會沖散成魚群。

1971年,美國國會授權墾務局進行可行性研究,以解決遺留的薩維奇拉皮茲壩魚道和保護問題。專家對大壩進行了可行性研究后提出了一些建議,包括更換北魚梯。最終對北魚梯的改造因為預算大大超支而放棄。拆除大壩成了最終的解決方案。

根據墾務局的可行性研究,大壩的拆除工作于1988年10月啟動。最終的環境影響報告于1995年 8月發布。

規劃報告指出改善魚道和保證灌溉流量的最低成本方案是:拆除大壩,在左右兩側河道分別修建一個泵站。另外也考慮了其他方案,包括保留大壩方案,修復液壓驅動泵站及新建攔魚柵網。

4 大壩拆除

1998年,NMFS向聯邦法院提起申請,要求GPID停止施加于銀鮭的違法行為。俄勒岡州也針對該問題對 GPID提起了相應的訴訟,其中要求其解決大壩魚道問題。這些涉及法律的行為,最終導致2001年 8月美國聯邦法院責令 GPID拆除薩維奇拉皮茲壩。最終決策如下:

(1)加固河流南側的抽水設施;

(2)新建一條管道橋,將水從泵站輸入河流北側的水道;

(3)拆除大壩的主要部分(16個溢流槽中的10個)。

2004年,美國國會授權墾務局對大壩進行拆除,但是直到2006年才提供了拆除所需的前期資金。

墾務局于2006年 8月將大壩拆除工程的合同授予給斯萊登建筑公司。2006年10月開始了大壩的拆除工作。

在大壩局部拆除和新建分流設施的過程中,必須確保羅格河魚道和水流暢通。大壩和現有泵站必須不間斷運行,直到新的分流設施建設完成。在新的分流設施開始運作后,大壩拆除工作才能啟動。新建泵站和管道橋的工作于2006年啟動,并于2009年灌溉季節內完成。

大壩局部拆除工作于2009年 4月啟動,泄水建筑物用于右壩段的圍堰施工時降低庫水位。漁業部門要求水庫泄水并于 4月初開始圍堰的施工,以減少對大馬哈魚春季洄游的影響。一旦圍堰竣工便關閉泄水建筑物,以抬高大壩左側庫水位,維護通過南魚梯的魚道。泄水建筑物需要排放過剩的河流流量,并維護通過南魚梯的魚道。之后,用帶有液壓錘的挖掘機將右壩段完全拆除。然后用液壓錘砸碎混凝土溢流堰,并清除石碴。

直到2009年灌溉季節結束,在完成右壩段的拆除工作之后,才開始左壩段的拆除工作,以防水庫泥沙損壞新的泵站。此外,2009年10月初將河水引至右側河道,以將對大馬哈魚、銀鮭洄游的影響減至最小。

2009年10月,水庫通過泄水建筑物再次泄水,圍堰拆除。河流低水位便于無需修建第2座圍堰便可拆除左壩段的其余部分。穿過上游水庫泥沙開挖一條大型試驗河道,以便將河水從泄水建筑物引至右側的原河道,并流過大壩的拆除部分。專家預計,一旦大壩被拆除,水庫泥沙被沖,河水便會返回到右側原河道。預計水庫泥沙會在冬汛時完全沖向下游。當穿過原壩址的永久魚道恢復后,河水便會轉向右側河道。部分大壩拆除工作于2009年11月完成。

在工程開工以前,墾務局成立了一家協調小組,成員包括來自管理機構、GPID、俄勒岡州水域監管組織和承包商的代表。成立該小組的目的是確保所有各方在工程建設過程中保持溝通,并確保在對施工進行必要的調整時能步調一致。協調對項目的順利實施必不可少。

新泵站和跨河管道橋建在左壩肩,南魚梯的緊下游。新泵站的進水口建在上游河道淺灘的緊上游,以利用羅格河水流緩慢和水深的優勢。新泵站配置了12臺立式渦輪泵,能將河水輸送到羅格河兩側的水道。泵站通常在每年5月中旬至10月中旬的灌溉季節運作。

5 環境影響因素

在大壩拆除工程中,必須要考慮各種相關環境因素。泥沙處理計劃的基本原理是:大壩一旦被拆除,河流便能恢復到自然沖淤狀態。初始侵蝕階段出現在灌溉季節末期,可避免在新泵站建成前和每年上游銀鮭遷徒前產生新的問題(以對漁業的影響減至最小)。主要的泥沙侵蝕階段預計發生在2009年冬汛。

在水庫淤積的153m3的泥沙中,近134km3的泥沙淤積在水庫右側一個 8m深的礫石灘中,這一段在原河道最深部分的大壩正上游。為了防止泥沙侵蝕損壞新泵站的進水口,在灌溉季節結束后,拆除大壩,河水轉入右側河道。拆除大壩計劃還考慮了每年鮭魚的遷徙情況,以減少對魚類的影響。

6 結 語

新泵站和管道橋工程于2006年啟動,并于2009年的灌溉季節完工。泵站開始運行后,2009年4月大壩拆除工程展開,2009年11月完工。

大壩拆除的最大受益者是羅格河中的溯河魚類物種,包括受保護的銀鮭。GPID正依監管要求更換陳舊的抽水設施和不符合安全要求的攔魚柵網。新建引水設施和拆除大壩的工程成本預算為 3930萬美元,其中美國俄勒岡州流域管理局出資 300萬美元。