國際大壩委員會第 23屆大會技術專題

1 大壩與水電

《大壩與水電》是國際大壩委員會第 23屆大會技術專題中的第 88個專題?？焖僭鲩L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,向人們提供充足可用的能源才是至關重要的,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)電為其主要目標或唯一目標的約有 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,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)程的關系;大壩設計和施工的技術問題,特別是混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土壩在設計和施工方面所面臨的一些技術問題。

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屆大會技術專題中的第 89個專題。

專題 89已收到關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。與此相應的各種方案包括:①在水庫和河流上設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(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工程設計的經(jīng)濟分析標準和方法的改變,包括生命周期法和退役費用;②與有關政策協(xié)調(diào)一致(關注于環(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)領域的工程師開展技術交流的重要性。

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)適應新的法規(guī)、環(huán)境和運行的要求;

(3)大壩加高的工程技術問題和設計替代方案;

(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設施的討論。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。

另一個備受關注的是已建大壩的加高問題。大會將對優(yōu)化設計方案時遇到的技術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,預計分會的召開將具有建設性的意義。

4 大壩安全管理

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

大壩安全管理任務艱巨,特別是在正確理解大壩風險管理含義之后,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和非技術問題的不確定性。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,首次將風險評價理論應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險評估終稿(即130號通報)。通報給出了大壩安全風險評價的基本概念、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,大壩安全管理應包括一切與大壩安全有關的活動,因此大壩安全管理應為一系統(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、技術專家和科學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準和要求。它假定分析和評價技術問題的技術專家也可以擴展到政治和社會領域。這種假設導致技術專家能單方面決定什么是對社會有利的,什么樣的安全目標是恰當?shù)?。這種做法與技術和專業(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險和不確定性是所有工程活動的關鍵因素。如果得到執(zhí)行,風險分析和評估不僅有助于更好和更安全地設計,而且還提供了可能的危害和后果等有價值的信息。相應地,如果將有關風險的信息反饋給政客、利益相關者和決策者,將有助于其決策能力的提高,制定出合理和負責任的政策、優(yōu)先權及決策。

全面系統(tǒng)地進行風險識別、風險評估和風險管理,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險相關聯(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。