結(jié)合工程實(shí)踐談中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)“走出去”

項(xiàng)繼來 駱 藝

(1.中國重型機(jī)械有限公司，北京 100070； 2.長江宜昌航道工程局，湖北 宜昌 430043)

近年來，國內(nèi)水電開發(fā)勢頭明顯放緩，而反觀國際市場，仍有不少河流開發(fā)利用程度很低。隨著“一帶一路”倡議的提出，一大批國內(nèi)水電企業(yè)在東南亞地區(qū)開展水利設(shè)施建設(shè)，我國水電工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)“走出去”迎來了難得的機(jī)遇，但同時也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。在經(jīng)濟(jì)全球化大背景下，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在國際貿(mào)易、市場準(zhǔn)入等方面顯得至關(guān)重要，因此梳理總結(jié)中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)“走出去”存在的問題具有重大戰(zhàn)略意義。

目前，在老撾政府大力開發(fā)水電資源、建設(shè)“東南亞蓄電池”的發(fā)展目標(biāo)指引下，電力輸出已成為該國主要出口領(lǐng)域和外匯來源。老撾有超過70個水電項(xiàng)目正在建設(shè)中，但是其在水電站方面的標(biāo)準(zhǔn)接近空白，水電站建設(shè)也采用了多個不同國家的標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到老撾水電站大部分為中資企業(yè)所建設(shè)，中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)在這一過程中扮演了重要角色，完善中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以適應(yīng)當(dāng)?shù)貒橐饬x重大。下面結(jié)合筆者在東南亞投資、建設(shè)水電站的過程中，特別是在老撾南俄4水電站建設(shè)過程中與歐美技術(shù)人員面對面的交流，結(jié)合中國水電站標(biāo)準(zhǔn)在東南亞國家水電站建設(shè)工程中遇到的實(shí)際情況，對中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在的問題進(jìn)行適當(dāng)梳理和總結(jié)。

1 工程背景

南俄河(Nam Ngum)是老撾境內(nèi)湄公河(MeKong)左岸的一級支流，為老撾第四大河流。河流發(fā)源于老撾川壙高原，河源高程約1 685 m。南俄河上游流經(jīng)川壙高原，河道多彎曲；中游流經(jīng)高原和平原過渡帶的山區(qū)，地形崎嶇，高山峽谷相間；進(jìn)入萬象平原后，河流蜿蜒曲折，沿河兩岸是老撾北部最大的水稻種植區(qū)，后于B.Pakngum匯入湄公河。南俄河流域面積16 640 km2，河長約354 km。流域北鄰南坎河(Nam Khan)流域，西、南接湄公河干流，東靠南椰河(Nam Ngiep)流域，東南與南芒河(Nam Mang)毗鄰。

南俄4水電站是南俄河干流的第四級水電站，壩址位于南俄河上游川壙省境內(nèi)。電站采用混合式開發(fā)，壩址控制流域面積為1 748 km2，最大壩高74 m，水庫正常蓄水位1 040.00 m，相應(yīng)庫容80.4×106m3，校核洪水位1 043.94 m，相應(yīng)總庫容107.4×106m3，死水位1 025.00 m，死庫容32.7×106m3，調(diào)節(jié)庫容47.7×106m3，具有季調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量240 MW，多年平均發(fā)電量872×106kWh，裝機(jī)年利用小時數(shù)3 632 h。全工程施工總工期66個月，其中工程準(zhǔn)備期8個月，主體工程施工期54個月，工程完建期3個月。

本工程建設(shè)單位為老撾電力公司，項(xiàng)目的業(yè)主代表是法國ARTELIA公司，中國重型機(jī)械有限公司EPC總承包，中國電建昆明勘測設(shè)計研究院有限公司承擔(dān)該項(xiàng)目的設(shè)計工作，中國水利水電第八工程局和中國水利水電第十工程局分別承擔(dān)部分工程建設(shè)。

2 工程實(shí)踐中的中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)思考

中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)在基本理論、主要設(shè)計方法、目標(biāo)功能等方面基本一致，均能滿足水電工程建設(shè)、管理和安全運(yùn)行等要求，中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用情況見圖1。但是局部設(shè)計方面，如潰壩分析、旱季發(fā)電、放空底孔設(shè)計、生態(tài)流量設(shè)計、環(huán)境及安全問題考慮等方面考慮存在不足。在南俄4水電站的實(shí)際實(shí)施過程中，筆者與業(yè)主代表方經(jīng)過無數(shù)次的會議及現(xiàn)場討論，結(jié)合工程實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)以下幾個方面中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在與東南亞國際項(xiàng)目不適應(yīng)。

2.1 未明確要求潰壩分析

2018年7月23日晚，老撾首都萬象東南約560 km的阿速坡省在建的桑片—桑南內(nèi)水電站(Xepian-Xe Nam Noy)副壩發(fā)生潰壩，水壩蓄水量超過50億m3。洪水涌入阿速坡省薩南賽縣13個村莊，其中6個村莊嚴(yán)重受損，約1.3萬人受災(zāi)，是老撾數(shù)十年來最為嚴(yán)重的一次水災(zāi)。

獨(dú)立專家組于2019年3月20日向老撾國家調(diào)查委員會提交了報告。報告認(rèn)為，潰壩不能認(rèn)為是不可抗力導(dǎo)致的，由于該副壩基礎(chǔ)存在高滲透性、易被侵蝕，當(dāng)水庫蓄水水位上升時，壩的穩(wěn)定性就無法保證，最終導(dǎo)致副壩崩裂，造成災(zāi)難性、不可控的洪水下泄。獨(dú)立專家組認(rèn)為，潰壩事故毫無疑問與副壩基礎(chǔ)有關(guān)，如果采取充分措施，事故原本可以預(yù)防。因此，老撾政府要求所有的水電站設(shè)計都需要考慮潰壩分析，一旦發(fā)生潰壩，在PMF(可能最大洪水)水位下對下游水電站及村莊等是否存在破壞，并對下游河道的水電站及居民安全情況進(jìn)行洪水流量演算或者模擬計算。例如南俄4水電站就進(jìn)行了潰壩分析，在PMF洪水潰壩，洪峰流量為44 800 m3/s；向下游傳播26 km至廠房處時，洪峰流量坦化為12 800 m3/s，傳播時間約為1.8 h，足夠預(yù)警和安全轉(zhuǎn)移廠房部位人員到安全處。當(dāng)傳播93 km至南俄3壩址時，流量從44 800 m3/s減小至4 500 m3/s，相當(dāng)于南俄3級壩址300年一遇設(shè)計洪水的量級，滿足南俄3水電站的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。對下游水電站及人員不會造成傷害。

潰壩分析在中國SL 319—2018混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范等中都沒有要求，與之相對應(yīng)的中國水電站的標(biāo)準(zhǔn)往往是大壩設(shè)計按照千年一遇的標(biāo)準(zhǔn)。然而，中國水電站廠房設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與大壩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不一致，水電站廠房設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)往往是按照五百年一遇的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，兩者的標(biāo)準(zhǔn)并不相同，而在東南亞國家，往往要求采用同一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 旱季發(fā)電要求考慮不充分

湄公河每年11月～次年4月為旱季，湄公河的主要補(bǔ)給水源為大氣降水，冬季干冷的西北季風(fēng)影響，降水稀少，加之冬季沒有青藏高原的雪融水，因此處于枯水期，而枯水期的發(fā)電量不足是大部分依靠水力發(fā)電的地域所面臨的最大問題。

根據(jù)實(shí)際情況，老撾政府要求水電站設(shè)計時，需要按已知最差的電力生產(chǎn)年份來設(shè)計裝機(jī)容量和安排電力供應(yīng)以提高水電站的設(shè)計保證率，同時要求在旱季極低水流流量的狀態(tài)下水輪機(jī)能安全穩(wěn)定運(yùn)行。這往往導(dǎo)致水輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間降至35%～100%，對水輪機(jī)的設(shè)計提出了更嚴(yán)苛的要求，或者采用小容量機(jī)組解決旱季發(fā)電的問題，這些設(shè)計原則也是老撾等東南亞國家的獨(dú)特需求。

2.3 未強(qiáng)制設(shè)計放空底孔

混凝土壩的泄水建筑物除了以溢流表孔承擔(dān)全部或主要泄洪任務(wù)外，一般設(shè)置有底孔。底孔主要功能包括施工期導(dǎo)流、泄洪任務(wù)、放空水庫、沖砂功能以及下游供水等，但目前中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中未強(qiáng)制設(shè)計放空底孔。

湄公河每年5月～11月為雨季，大氣降水充沛，因此處于豐水期。豐水期各個水電站水庫全滿，一方面要求布置表面溢流設(shè)備，同時為預(yù)防萬一，一般東南亞水電站大壩都要求設(shè)計有放空底孔，以便于騰空水庫及檢修。南俄4水電站設(shè)置了2.0 m×2.2 m的放空底孔，這在中國水電站設(shè)計中也不常見。

2.4 生態(tài)流量的設(shè)計要求不嚴(yán)格

世界自然保護(hù)聯(lián)盟提出，生態(tài)流量是在用水矛盾突出且用水量可調(diào)度的河流、濕地和沿海區(qū)域，為維護(hù)正常的生態(tài)系統(tǒng)及功能所有擁有的水量。2007年，在澳大利亞召開的國際環(huán)境流量大會上發(fā)布的《布里斯班宣言》，把環(huán)境流量定義為“維持淡水、河口生態(tài)系統(tǒng)以及依賴于這些生態(tài)系統(tǒng)的人類宜居環(huán)境所需要的水流數(shù)量、過程和質(zhì)量”。

為保障河流環(huán)境生態(tài)功能，維持水資源可持續(xù)開發(fā)利用，不至于發(fā)生生態(tài)環(huán)境惡化，東南亞水電站的設(shè)計中經(jīng)常要考慮所必須保證下游河道的最小流量。其主要作用是保證河流所需要的自凈擴(kuò)散能力，不因流量及水流形態(tài)發(fā)生巨大變化，造成水體污染；維持下游河道內(nèi)水生生物的生存和水生態(tài)系統(tǒng)的固有平衡；保證下游沿岸居民生活取水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取水等基本需求。因此，東南亞水電站的設(shè)計一般都要考慮生態(tài)流量的設(shè)計。通過對水電站、水庫大壩(閘)設(shè)計下泄生態(tài)流量對下游河流生態(tài)環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)償，是對下游人民群眾的生產(chǎn)、生活環(huán)境的保護(hù)。例如，南俄4水電站設(shè)計了通過放空底孔閘門控制0.5 m3/s的生態(tài)流量。

2.5 對環(huán)境及安全問題重視程度不高

東南亞地區(qū)特別是老撾等國家水電站的建設(shè)過程中往往會聘請歐美人士作為項(xiàng)目的業(yè)主代表或者監(jiān)理，對項(xiàng)目的建設(shè)過程進(jìn)行管理和監(jiān)督。歐美人士對建設(shè)過程中的環(huán)水保設(shè)計非常重視，特別是對水電站施工現(xiàn)場的廢渣處理、醫(yī)療設(shè)施、廢物及廢水管理、渣場的防護(hù)、隧洞開挖過程中的沉淀池設(shè)計等非常重視，管理十分深入，這一塊往往也是國內(nèi)水電站建設(shè)過程中的弱項(xiàng)。例如對現(xiàn)場施工用車輛維修過程中的廢油處理及廢棄的電池處理也非常重視等。要求現(xiàn)場需配備適當(dāng)?shù)尼t(yī)療設(shè)施和現(xiàn)場救護(hù)車；現(xiàn)場必須配備具有急救醫(yī)學(xué)資格的醫(yī)生，特別強(qiáng)調(diào)前15 min的急救干預(yù)對潛在受害者的重要性等。

2.6 架空線路不適應(yīng)

在電力系統(tǒng)運(yùn)作過程中，架空送電線占據(jù)著重要的地位，電能主要是通過電線從發(fā)電廠向每位用戶家里傳輸架空送電線，能有效地降低人為活動產(chǎn)生的干擾。中國規(guī)范規(guī)定，架空線路的通道凈寬度不應(yīng)小于線路寬度加通道附近主要樹種自然生長高度的2倍，而主要樹種自然生長高度是個模糊的值。由于東南亞一帶森林茂密，樹木高大，因此對地距離以及架空線路的通道寬度等也往往高于中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。東南亞一些國家直接限定一個固定值，比如通道要求凈寬100 m。

3 結(jié)語

按照《深化標(biāo)準(zhǔn)化工作改革方案》的總體要求，在推動中國標(biāo)準(zhǔn)走出去的過程中，一方面，我們不能閉門造車，因循守舊，認(rèn)為中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)就是萬能的，而應(yīng)該根據(jù)所在國的實(shí)際情況、業(yè)主需求，結(jié)合東南亞國家旱季、雨季分明的特點(diǎn)，作適應(yīng)性的調(diào)整，對中國水電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)予以適當(dāng)優(yōu)化、補(bǔ)充和完善。另一方面，對于東南亞比如老撾、柬埔寨這樣的國家，如果能組織中國國內(nèi)專家、技術(shù)人才有針對性的為這些國編制一些簡單的水電規(guī)范，簡明扼要的對水電站等主要功能進(jìn)行控制，這樣可以從頂層設(shè)計上對東南亞周邊國家造成影響，使得中國規(guī)范在國際上擁有話語權(quán)，極具現(xiàn)實(shí)意義。