贊比西河水電資源開(kāi)發(fā)前景

［津巴布韋］ S.Z.姆朗加 等

1 概述

贊比西河是非洲第4大河流(排名在剛果河、尼羅河、尼日爾河之后)，從贊比亞西北省的源頭到入印度洋河口，全長(zhǎng)約2700 km。該河在維多利亞瀑布的平均流量為1000 m3/s，印度洋入海口流量達(dá)到3000 m3/s。贊比西河流域面積135萬(wàn)km2，流經(jīng)8個(gè)國(guó)家，即贊比亞、津巴布韋、納米比亞、博茨瓦納、安哥拉、馬拉維、坦桑尼亞和莫桑比克。

從卡宗古拉到盧安瓜，贊比西河形成了贊比亞和津巴布韋的國(guó)界。從源頭到卡宗古拉，河流主要受天然湖泊(巴羅茨(Barotse)洪泛平原和喬貝(Chobe)沼澤的自然調(diào)節(jié)。巴羅茨平原自身的蓄洪能力在正常洪水位情況下為86億m3，在高洪水位時(shí)高達(dá)270億m3，高洪水位可持續(xù)大約1個(gè)月。從洪峰出現(xiàn)在巴羅茨平原上游的查武馬，到出現(xiàn)在維多利亞瀑布，要經(jīng)過(guò)6周時(shí)間。

從卡宗古拉到印度洋，贊比西河干流上已建有3座水電站，裝機(jī)3449 MW。計(jì)劃新建8座水電站，在原有裝機(jī)基礎(chǔ)上將新增5538 MW裝機(jī)。另外，通過(guò)計(jì)劃的卡里巴南岸(South Bank)水電站擴(kuò)建，還可以增加300 MW裝機(jī)。而在卡里巴北岸(North Bank)水電站，相應(yīng)300 MW裝機(jī)也即將完成?？ú├退_(Cabora Bassa)水電站北岸尚可新增1200 MW裝機(jī)。

已對(duì)贊比西河的水電資源進(jìn)行過(guò)多次研究，這些研究由非洲中部電力公司(CAPCO)發(fā)起，隨后由CAPCO重組建立的贊比西河管理局繼續(xù)進(jìn)行。首份研究報(bào)告完成了沿贊比西河具有開(kāi)發(fā)潛力的壩址的水電開(kāi)發(fā)方案。通常，研究結(jié)果產(chǎn)生的遠(yuǎn)景規(guī)劃是要充分利用從維多利亞瀑布到印度洋這一河段總的可利用水頭。

1993年，巴托卡合資咨詢公司(BJVC)開(kāi)展的電力系統(tǒng)研究對(duì)整個(gè)流域水電資源進(jìn)行了最全面的研究。在此次研究中，為了模擬分析，核對(duì)了贊比西河上所有已建和擬建水電站的優(yōu)質(zhì)物理數(shù)據(jù)。使用這些信息，研究得出了從已有水電站聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用中獲得的發(fā)電收益。

2 水文概況

贊比西河的流量記載可以追溯到1907年，來(lái)自在維多利亞瀑布建造的最早水文站。據(jù)該水文站資料顯示，贊比西河多年平均流量1050 m3/s。當(dāng)流入印度洋的河口三角洲時(shí)，流量增加到3000 m3/s。贊比西河的流量具有顯著的季節(jié)性，1～6月份6個(gè)月的流量占全年總流量的80%，一年中流量最大的是3月和4月。在維多利亞瀑布水文站記載的月平均最大流量為8720 m3/s，出現(xiàn)在1958年3月;最小流量92 m3/s，出現(xiàn)在1996年11月。

3 水電規(guī)劃綜述

3.1 卡通博拉壩

擬建的卡通博拉(Katombora)水庫(kù)位于卡通博拉險(xiǎn)灘的上游端，維多利亞瀑布上游42 km處，該壩的建設(shè)將有效地調(diào)節(jié)巴托卡(Batoka)水電站上游贊比西河河水。然而，卡通博拉壩形成的巨大淺庫(kù)將淹沒(méi)大量的土地，這些土地分屬贊比亞、津巴布韋、納米比亞、博茨瓦納4個(gè)國(guó)家。此外，由于水域面積寬廣，庫(kù)水將會(huì)有大量的蒸發(fā)損失。

預(yù)可研階段，推薦30 m高的碾壓混凝土重力壩，兩岸間壩長(zhǎng)約3.2 km。估計(jì)庫(kù)容將達(dá)到650億m3，水域面積7700 km2。下泄洪水由2 km長(zhǎng)的S形溢流堰和12個(gè)泄水閘門控制的底孔綜合控制。

3.2 維多利亞瀑布南岸水電站

擬建的維多利亞瀑布南岸(Victoria Falls South Bank)水電站位于維多利亞瀑布上游，是一座徑流式水電站。受維多利亞瀑布最小流量的限制，該水電站只能在夜間運(yùn)行，保持贊比亞和津巴布韋間用水量的平衡。調(diào)節(jié)壩建在維多利亞瀑布上游20 km處，夜間蓄的水能在白天保證水電站的正常運(yùn)行，并不會(huì)對(duì)維多利亞瀑布的自然流態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響。為了盡量減少對(duì)維多利亞瀑布流量的影響，當(dāng)維多利亞瀑布天然流量的25%至少超過(guò)100 m3/s時(shí)，才允許發(fā)電;否則應(yīng)停止發(fā)電。

為避免對(duì)旅游業(yè)產(chǎn)生影響，水電站的主體工程均布置在地下，維多利亞瀑布南岸水電站的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

夜間蓄水壩的蓄水量 1600萬(wàn)m3

電站型式 一座地下發(fā)電廠房

裝機(jī) 390 MW

投資 3.24億美元

發(fā)電單價(jià) 2.10美分/kW·h

3.3 德弗爾峽水電站

作為徑流式電站，規(guī)劃的德弗爾峽(Devil’s Gorge)水電站可以充分利用規(guī)劃中的巴托卡水電站和已建的卡里巴(Kariba)水庫(kù)之間的有效水頭。工程需要在卡里巴水庫(kù)庫(kù)尾、哥萬(wàn)依河入贊比西河河口下游建造一座碾壓混凝土重力拱壩。德弗爾峽水電站設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

水庫(kù)集水面積 57萬(wàn)km2

庫(kù)容 16.8億m3

壩型 雙曲混凝土拱壩

壩高 140 m

主溢洪型式 淹沒(méi)式閘控泄洪洞

閘孔數(shù) 9

溢洪洞尺寸 8.5 m(寬)×9.5 m(高)

輔助溢洪道 S型閘控溢流堰

輔助溢洪道閘門數(shù) 5

輔助溢洪道尺寸 14 m(寬)×9 m(高)

電站型式 兩座地下廠房(一座位于北岸，一座位于南岸)

裝機(jī) 1520 MW

發(fā)電單價(jià) 1.93美分/kW·h

3.4 卡里巴南北岸水電站擴(kuò)容

根據(jù)最初的擴(kuò)容設(shè)計(jì)，已建卡里巴水電站考慮增加兩臺(tái)150 MW水輪機(jī)組。但是，在德弗爾峽水電站建成之前，這并不能增加額定功率，而是提供峰值功率和備用容量。北岸的擴(kuò)容工程預(yù)計(jì)2013年年底完成。隨著主體工程承包商中國(guó)水電集團(tuán)承包合同的簽署，南岸水電站的施工正在積極推進(jìn)。兩座電站的工程范圍包括:新建一座地下發(fā)電廠房、引水管、尾水隧洞和地面混合變壓器。

3.5 穆帕塔峽水電站

規(guī)劃的穆帕塔峽(Mupata Gorge)水電站是一座調(diào)蓄水庫(kù)，與已建的卡博拉巴薩水電站庫(kù)尾銜接。這一壩址的勘測(cè)設(shè)計(jì)尚處于初步設(shè)計(jì)階段，為了保證有充足的庫(kù)容，根據(jù)壩址地質(zhì)條件，推薦修建堆石壩，水庫(kù)將淹沒(méi)馬納波爾斯和已建的部分禁獵區(qū)。

穆帕塔峽水電站的設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

壩型 碾壓混凝土重力拱壩

壩高 90 m

電站型式 壩下獨(dú)立式廠房

裝機(jī) 1085 MW(10臺(tái)發(fā)電機(jī)組)投資 15.16億美元

發(fā)電單價(jià) 2.02美分/kW·h

3.6 巴托卡峽水電站

3.6.1 項(xiàng)目背景

巴托卡峽(Batoka Gorge)水電站設(shè)計(jì)為徑流式電站，在維多利亞瀑布下游約54 km處將修建橫跨贊比西河的碾壓混凝土重力拱壩。形成的水庫(kù)將淹沒(méi)整個(gè)巴托卡峽谷，兩座地下電站分別布置在左右岸，每座電站裝機(jī)800 MW。1993年，由合資企業(yè)巴托卡顧問(wèn)公司(BJVC)所進(jìn)行的研究認(rèn)為，巴托卡峽是卡博拉巴薩水電站上游經(jīng)濟(jì)上最可行的壩址，主要是因其發(fā)電成本低，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響小。

1993年，對(duì)巴托卡峽水電站進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和投資估算，融資和開(kāi)工只等津巴布韋和贊比亞政府的批準(zhǔn)。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

水庫(kù)集水面積 508000 km2水庫(kù)水域面積 25.6 km2

庫(kù)容 16.8億m3

壩型 碾壓混凝土重力拱壩壩高 181 m

溢洪道 壩頂弧形閘門溢流

閘孔數(shù) 12

溢洪道尺寸 14 m(寬)×13 m(高)

電站型式 兩座地下廠房(一座北岸，一座南岸)

裝機(jī) 1600 MW(2×800 MW)投資 24.89億美元

發(fā)電單價(jià) 1.78美分/kW·h 3.6.2 額定功率

基于1907年8月至2005年6月的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)水電蘊(yùn)藏量進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果表明:在裝機(jī)1600 MW、保證率99%情況下，單機(jī)額定功率為247 MW。單機(jī)額定功率小，是由于維多利亞瀑布天然流量低。在保證率為95%和90%時(shí)，單機(jī)額定功率分別為317 MW和373 MW。對(duì)不同組合條件下單機(jī)和平均發(fā)電量的研究表明，與卡里巴水電站聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，可以獲得極大的發(fā)電效益。雨季，巴托卡峽水電站滿負(fù)荷運(yùn)行，可以充分利用天然流量，而卡里巴水電站則減少發(fā)電量，儲(chǔ)存多余的來(lái)水。當(dāng)維多利亞瀑布上游來(lái)水量減少時(shí)，卡里巴水電站可以增加發(fā)電量，從而增加全年的聯(lián)合發(fā)電量。提高現(xiàn)有發(fā)電機(jī)的功率后，卡里巴水電站裝機(jī)1470 MW，聯(lián)合調(diào)度模擬研究結(jié)果見(jiàn)表1。

3.6.3 項(xiàng)目審批

津巴布韋和贊比亞兩個(gè)國(guó)家的決議是兩國(guó)同意興建巴托卡峽水電站的先決條件。決議達(dá)成后，政府機(jī)構(gòu)于2012年2月9日批準(zhǔn)了巴托卡峽水電站開(kāi)工建設(shè)，批文同意建立工程咨詢委員會(huì)，并負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)下列事務(wù):

(1)為可行性研究籌措資金，了解1993年以來(lái)的最新研究成果;

(2)修改工程可行性研究，2013年12月底完成;

(3)開(kāi)展環(huán)境影響與社會(huì)影響評(píng)估研究，2013年12月底完成;

(4)開(kāi)工建設(shè)，2019～2020年完成。

3.6.4 實(shí)施現(xiàn)狀

承擔(dān)修改工程可行性研究、巴托卡峽水電站環(huán)境影響評(píng)價(jià)和社會(huì)影響評(píng)價(jià)研究的咨詢公司的職責(zé)范圍已經(jīng)制訂，2012年9月意向書已在相關(guān)媒體公示。共收到15份工程可行性研究投標(biāo)書、10份環(huán)境影響和社會(huì)影響評(píng)價(jià)投標(biāo)書。使用世界銀行指南之“項(xiàng)目意向書評(píng)價(jià)指南——咨詢公司”中的方法對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估，因?yàn)槭澜玢y行為這些研究提供資金。

咨詢公司也將對(duì)已提出的幾種工程開(kāi)發(fā)模式開(kāi)展研究，如建設(shè)、管理和輸電(輸電是兩個(gè)國(guó)家最為關(guān)心的問(wèn)題)、發(fā)電機(jī)制造、采購(gòu)、施工以及其他。兩個(gè)咨詢服務(wù)的提案要求書已制訂，并已提交給世界銀行待審，一旦收到銀行的審查意見(jiàn)，提案要求書將被轉(zhuǎn)發(fā)給候選公司。

修建南北兩岸進(jìn)出巴托卡峽水電站施工現(xiàn)場(chǎng)的道路工程合同也在簽署中，道路的修建也有助于在可行性研究工作期間的現(xiàn)場(chǎng)交通。

3.7 姆潘達(dá)恩庫(kù)瓦、博羅馬和盧帕塔水電站

贊比西河干流最后3個(gè)梯級(jí)均位于莫桑比克境內(nèi)，以優(yōu)化利用卡布拉巴薩(Cahora Bassa)水電站與印度洋之間的剩余水頭。幾個(gè)規(guī)劃壩址主要作蓄水水庫(kù)，在一個(gè)梯級(jí)的發(fā)電水頭與下一個(gè)梯級(jí)的最高尾水位之間達(dá)成平衡。

姆潘達(dá)恩庫(kù)瓦(Mphanada Nkuwa)水電站位于卡布拉巴薩水電站下游70 km處，距贊比西河在印度洋的三角洲約400 km，裝機(jī)1600 MW。2002年，莫桑比克政府最先吸引投資者開(kāi)發(fā)的便是這一梯級(jí)，但沒(méi)有簽訂合同。

下一個(gè)梯級(jí)，博羅馬(Boroma)電站，裝機(jī)444 MW。最后一個(gè)梯級(jí)，盧帕塔(Lupata)水電站距印度洋約300 km，裝機(jī)654 MW。