日本黑部大壩建設回顧

黑部大壩地處海拔1 300 m的高原地帶，位于日本湍急的黑部川河流上游附近，為雙曲拱壩。該壩建于1956年，是當時世界第一高壩，也是當今日本第一高壩。

戰(zhàn)后日本全力恢復經(jīng)濟、發(fā)展民生，電力需求增長較快，然而當時的電力系統(tǒng)卻無法滿足這一點。一段時間以來，關西地區(qū)實行大面積限電政策，到20世紀50年代，電力供應不足問題已備受社會關注。人們普遍認為火電已不能解決燃眉之急，急需利用水電站對電力需求波動進行調(diào)節(jié)。在此背景下，制定出在黑部川上游興建梯級水電站的方案。盡管當初認為黑部壩址是進行水電開發(fā)的最佳地點，但曾因地形險峻、氣候惡劣而放棄。黑部水庫建成后，黑部川流速變得更為平穩(wěn)，全年水量充足，為下游梯級水電站開發(fā)創(chuàng)造了有利條件。目前黑部川河上的10座水電站全部歸關西電力公司所有并管理，總裝機容量為892.7 MW。

1 大壩特點

黑部大壩所在的黑部川水系屬A類水系，該河全長約85 km，流域面積為682 km2，流域平均坡降為1/40，水流向北流入日本海。地處黑部川上游的黑部峽谷大部分位于自然風光迷人的中部山岳國立公園內(nèi)。黑部拱壩工程主要特點如下:

(1)水庫。流域面積184.5 km2，1963年完建?？値烊?.993億 m3，有效庫容1.488億 m3，水庫面積3.49 km2。

(2)大壩。壩高186 m，壩頂長492 m，為雙曲拱壩。

(3)溢洪道。溢流閥為豪厄爾－本格(Howell－Bunger)閥，壩頂溢洪道寬11.5 m，有10個閘門。設計洪水1 260 m3/s。

(4)發(fā)電設施。引水式發(fā)電，最大出力335 MW，最大發(fā)電流量為72 m3/s，最大有效水頭545.5 m。引水系統(tǒng)長10 909 m，主引水道為壓力管道，直徑4.8 m。壓力管道內(nèi)徑3 030～3 070 mm，厚28～51 mm，長771.05 m，采用沖擊式水輪機。由2臺單機95.8 MW和2臺單機95 MW的水輪機構成。

黑部川上游地區(qū)雨雪天氣極為頻繁，為日本降水量最為豐富的地區(qū)之一，年均降水量在4 000 mm以上，冬季降雪充沛。豐富的降雨及融雪使黑部川水源充足，蘊藏著巨大的水能資源。

黑部大壩建于陡峭的山區(qū)峽谷之間，兩岸某些山頂海拔高達3 000 m。盡管日本歷史悠久，但在開發(fā)大壩前，該地區(qū)尚屬人跡罕至、有待探索之地。

在地質(zhì)構造方面，大壩基巖主要為花崗巖，同時伴有火成巖，其分布范圍較小或呈脈巖分布，如石英斑巖、混雜巖、斑狀花崗閃長巖及煌斑巖等?；鶐r形成不同大小的節(jié)理及碎裂帶。在大壩設計之初，進行了大量地質(zhì)調(diào)查、鉆探研究以及其他地質(zhì)評價，以確定壩址的地質(zhì)狀況。

2 設計

鑒于大壩的地形、地質(zhì)條件，結合安全及經(jīng)濟指標，最終將壩型確定為混凝土雙曲拱壩。結合大壩施工初期調(diào)查的巖石條件及試驗結果，對原設計方案作過數(shù)次修改。

黑部大壩主要建筑物共分為三部分，基于斜拱結構理念將中心主壩設計成混凝土雙曲拱壩。主壩采用斜拱設計的原因是由于兩岸壩肩上部巖石強度較低且應變較大。

除大壩上部基巖存在地質(zhì)問題外，緊鄰大壩下游的兩岸區(qū)域沖溝發(fā)育。為解決左右壩肩基巖的滲漏問題并提高其穩(wěn)定性，在兩岸高程1 390 m處均修建了翼壩，其軸線幾乎與拱壩垂直，使水庫蓄水線更靠向上游。同時，在拱壩與翼壩之間設有橫縫并安裝鍵槽，以保證彼此互不影響。

為減少洪水下泄對上游基巖的振動作用，泄水設施采用豪厄爾－本格閥。泄洪道出水口對下泄激流能起到消能作用。由于利用豪厄爾－本格閥容易控制下泄水量，因而下泄洪水對游客而言極具觀賞性，且預先設定好的下泄流量可維持河流下游的景觀。

3 施工

黑部大壩及黑部川第四發(fā)電廠工程，不僅涉及到修建一座巨型大壩，位于黑部峽谷上游的發(fā)電廠也是世界上最大的大型地下發(fā)電廠之一，且具有鮮為人知的地下自然景觀。

如此大型的復雜工程理應成為關西電力公司未來發(fā)展的關鍵。工程當時耗資513億日元，耗時7 a。在施工過程中克服了諸多困難，尤其是在落實建設資金、制定國家公園自然環(huán)境保護措施以及確保物資運輸線路暢通方面。

首先，項目融資不僅包括關西電力公司的自有資金及公司債券，還包括世界銀行133億日元貸款。其次，在國家公園內(nèi)施工須具備一定條件，包括采取一系列自然環(huán)境保護措施，如調(diào)壓室、發(fā)電廠及開關站等施工都必須完全在地下進行，這在日本是史無前例的。

此外，須保證施工材料運輸線路準時、暢通，包括在右岸開挖一條通往長野縣大町市的過山隧道(長5.43 km的官田隧道)作為主要貨運通道。隧道開挖過程中，曾因遇到富含承壓水的破碎帶而一度停工，1958年，采取了各種對策才攻克難題，隧道得以順利通車。

混凝土施工采用28 t纜索吊車及9 m3吊斗，澆筑過程中采用振動碾壓設備進行平整碾壓，澆筑層高為3 m。1960年，黑部大壩混凝土施工創(chuàng)造了當時月澆筑量14.7萬m3及最大日澆筑量8 653 m3的世界紀錄。

為確保大壩運行安全、積累大壩設計經(jīng)驗，在壩體及壩基基巖中埋設安裝了擺錘、位移計、應變計、溫度計和加速度計等多種監(jiān)測儀器，以便測量壩身及壩基的各種變化。首次蓄水至今50 a來，從未中斷過大壩監(jiān)測工作，并從監(jiān)測結果中總結了大量寶貴經(jīng)驗。

4 旅游環(huán)境

大壩施工期間，設計者采取一系列措施來保護自然環(huán)境，并為游客提供各種觀光設施。工程竣工后，游客可重返黑部峽谷暢游。這里不僅保留了原有陡峭峽谷等自然景觀，還修建了觀景臺、休閑長廊及旅館等相關設施，以方便游客觀光。正是有了這些措施，黑部大壩及其周邊環(huán)境成為日本最受人歡迎的游覽勝地，觀光游客年超百萬。