松花江上筑大壩

◎ 文 | 田宗偉 楊貴民 編輯 | 謝澤

在祖國的東北大地上，有一條發(fā)源于長白山天池，橫貫吉黑兩省的河流，這就是東北松花江。這條河流曾因?yàn)橐皇卓谷崭枨端苫ń稀范暶h(yuǎn)揚(yáng)，這條河流更因?yàn)榘咨剿娬镜慕ㄔO(shè)而聞名于世。

筑壩松花江

白山水電站位于吉林省東南部山區(qū)樺甸縣與靖宇縣交界的松花江上游的白山鎮(zhèn)，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪等綜合利用效益的大型水電站。

松花江的水力資源十分豐富，該地區(qū)多年平均降雨在350毫米～1000毫米。建國初期，松花江上游只有豐滿電站一座大型水庫，每當(dāng)發(fā)生大洪水時(shí)，豐滿電站就得加大泄洪量，給下游兩岸人民帶來了嚴(yán)重的災(zāi)難。當(dāng)時(shí)的國務(wù)院水利部會(huì)同吉林、黑龍江兩省水利部門研究決定，在松花江上游另修建水電站，以期充分利用松花江水力資源，在興利前提下達(dá)到除害的目的。白山水電站因此應(yīng)運(yùn)而生。

白山大壩壩址位于松花江上游兩江口（頭道江、二道江匯合處）下游12公里處水域，該水域河段名叫老惡河。老惡河兩岸群山峭立、谷深江窄，河道落差大，是一條水道險(xiǎn)關(guān)。老惡河一帶地方還有一名叫龍王廟，是因一清朝官員夜間乘船順利通過該河段而在老惡河附近為龍王修廟一座而得名。1958年，水電站勘測設(shè)計(jì)總局在紅石砬子至兩江口長49公里的峽谷中，選取了長約兩公里的白山大壩壩段進(jìn)行實(shí)地查勘，最后選定現(xiàn)大壩壩址。

白山大壩壩址以上流域面積為19000平方公里，建壩前沿河灘哨相間，水流湍急，其中老惡河灘哨中低水位時(shí)，河寬僅一百余米，最大流速可達(dá)7米/秒。流域位于長白山脈的西北坡，周圍河流眾多，其南為鴨綠江上游，東為圖們江，北為牡丹江，西為揮發(fā)河，西南為渾江流域。流域?yàn)樯謪^(qū)，植被良好，水土流失甚微，含沙量很少，多年平均年輸沙量為111萬噸。

庫區(qū)分布著大片的古老混合巖、片麻巖及中生代火山碎屑巖、砂頁巖、花崗巖等，巖石堅(jiān)硬，飽和抗壓強(qiáng)度250公斤平方厘米，透水性極弱。兩岸地下水出露較高，地下水分水嶺亦在設(shè)計(jì)蓄水位以上。庫岸由堅(jiān)硬巖石構(gòu)成，階地不發(fā)育，覆蓋層不厚，植被良好。壩址區(qū)河谷呈“V”型，谷底寬80米～120米。

造福白山黑水

發(fā)電效益白山水電站是在東北地區(qū)嚴(yán)重缺電的情況下投入運(yùn)行的。上世紀(jì)九十年代白山電站二期工程兩臺機(jī)組投產(chǎn)時(shí)，東北電網(wǎng)總裝機(jī)容量大約2600萬千瓦，水電僅占16%，即400萬千瓦左右。而東北電網(wǎng)的峰荷與谷荷之差就高達(dá)500萬千瓦，也就是說，400萬千瓦的水電即使都用來調(diào)峰也不夠，何況有的水電站因?yàn)橐獫M足灌溉、下游用水等需要，機(jī)組僅能作為滿足基荷需要的電源。而能用于調(diào)峰的水電機(jī)組容量僅僅200多萬千瓦，主力就是白山水電站，其150萬千瓦的裝機(jī)容量都可以用來調(diào)峰，而且電站位于整個(gè)電網(wǎng)的中部，供電的線耗損失較小，十分經(jīng)濟(jì)。

白山電站大壩泄洪 攝影/尉青連

隨著新中國水電事業(yè)的飛速發(fā)展，東北電網(wǎng)機(jī)組裝機(jī)的總?cè)萘恳苍诓粩嗯噬?，?999年時(shí)，東北電網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到3591萬千瓦，這個(gè)時(shí)候白山電站裝機(jī)容量150萬千瓦，占東北電網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘康?.18%。到2019年8月，東北電網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到15000萬千瓦，白山電站因新增兩臺單機(jī)容量15萬千瓦的抽水蓄能機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)到180萬千瓦，占東北電網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘康?.2%。從表面上看，白山電站機(jī)組裝機(jī)容量在整個(gè)東北電網(wǎng)中的占比在逐漸減小，但隨著電網(wǎng)中風(fēng)電、光伏、核電比例的增加，白山電站在電網(wǎng)中調(diào)峰、填谷、事故備用的作用更大了。

兩臺抽水蓄能機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)營前的1983年～2004年，白山電站5臺機(jī)組發(fā)電總量為359億千瓦時(shí)；兩臺抽水蓄能機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)營后的2005年～2019年8月31日，白山電站7臺機(jī)組發(fā)電總量為304億千瓦時(shí)。從第一臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電至今，白山電站累計(jì)發(fā)電量為663億千瓦時(shí)，為推動(dòng)?xùn)|北地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

防洪效益白山水電站位于松花江上游，下游有紅石水電站和豐滿水電站，以及吉林市、哈爾濱市等重要城鎮(zhèn)。電站于1982年11月下閘蓄水后，白山水庫與豐滿水庫聯(lián)合調(diào)度，在防洪上起到了“攔蓄洪水、削減洪峰、滯洪錯(cuò)峰”的重要作用。

1995年，松花江流域發(fā)生了特大洪水，白山和豐滿聯(lián)合調(diào)度，為下游豐滿水庫削減洪峰71%，攔蓄洪水14.5億立方米，白山大壩最高水位418.35米，超過歷史最高水位。白山與豐滿水庫進(jìn)行洪水聯(lián)合調(diào)度，為下游吉林省減免淹沒耕地165萬畝、人口150萬人，合計(jì)減免經(jīng)濟(jì)損失176.8億元。同時(shí)使黑龍江松花江干流沿岸774萬畝耕地、294萬人及哈爾濱等大中城市免遭災(zāi)害。

白山電站大壩（壩前） 攝影/ 楊貴民

2010年，松花江流域再次發(fā)生特大洪水，由于白山、豐滿水庫的攔洪削峰作用，使松花江豐滿水庫上游70年一遇特大洪水，削減為20年一遇洪水。使水庫下游吉林省150萬人，110萬畝耕地和京哈公路、鐵路等免遭洪水侵害，減免經(jīng)濟(jì)損失684億元。

2013年，松花江流域再次發(fā)生了特大洪水，白山、豐滿水庫通過科學(xué)調(diào)度，采取提前預(yù)泄等手段，充分發(fā)揮水庫的攔洪削峰作用，將上游超過20年一遇的大洪水削減為一般洪水，有效減輕了下游的防洪壓力，為取得整個(gè)松花江流域防汛抗洪工作的勝利做出了重要貢獻(xiàn)。

漁業(yè)效益白山大壩下閘蓄水后逐步形成現(xiàn)在的白山水庫。白山水庫正常高水位時(shí)，水庫面積達(dá)19000平方公里，地跨靖宇、樺甸、撫松3個(gè)縣市，流域內(nèi)植被良好，樹枝落葉進(jìn)入庫內(nèi)成為魚類天然的飼料，水庫成為很好的養(yǎng)殖場所。

白山水庫采用聯(lián)合經(jīng)營開發(fā)的模式，由白山水庫漁業(yè)管理委員會(huì)進(jìn)行管理。漁管會(huì)成立于1985年，30多年來，累計(jì)向庫區(qū)投入資金2000多萬元，近十年每年投入資金100余萬元，每年投放各種魚苗5000萬余尾，魚卵5億左右。庫區(qū)捕撈船只150余艘，漁民500余人，每艘船年收入15萬元左右，庫區(qū)漁民收入超過230多萬元。

白山電站廠房 攝影/黎明

生態(tài)人文效益白山電站又是吉林市愛國主義教育基地，這里經(jīng)常有游人前來參觀，對人們了解電力生產(chǎn)的概況、了解民族電力工業(yè)的發(fā)展起到了積極作用。白山水庫的修建美化和凈化了自然環(huán)境，為開發(fā)旅游產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了條件。1990年，吉林省人民政府為保護(hù)森林生態(tài)和水資源，把因建設(shè)白山電站形成的白山湖和下游的紅石湖、松花湖定為吉林省松花江三湖自然保護(hù)區(qū)。白山湖處于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)內(nèi)，四季分明，春季干燥多風(fēng)、夏季溫?zé)岫嘤?、秋季多晴涼爽，冬季氣候?yán)寒，成為人們休閑旅游的好去處。

老電站里的高科技

電站設(shè)計(jì)先進(jìn)白山水電站是一座技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益很高的水電站。大壩壩頂弧長676.5米，最大壩高149.5米，壩型為三心圓混凝土重力拱壩，壩體幾何尺寸達(dá)到了當(dāng)時(shí)國內(nèi)外先進(jìn)水平，是當(dāng)時(shí)全國最高的重力拱壩。一期工程的地下廠房由主廠房、副廠房、開關(guān)站、尾閘室、引水洞等大小37個(gè)洞室組成，是當(dāng)時(shí)世界少有、中國最大的地下水工建筑群。電站的設(shè)計(jì)獲水電建設(shè)總局一級設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，地下廠房的設(shè)計(jì)獲國家計(jì)委、國家建委設(shè)計(jì)金獎(jiǎng)。

機(jī)組全部使用彈性塑料金屬推力瓦白山水電站初期投產(chǎn)的5臺機(jī)組全部使用傳統(tǒng)的烏金推力瓦，這種推力瓦曾多次發(fā)生燒瓦停機(jī)事故。同時(shí)，由于推力瓦的限制，機(jī)組出力只能帶到30萬千瓦的設(shè)計(jì)容量，內(nèi)在潛力挖掘不出來，影響了大機(jī)組調(diào)峰、調(diào)頻作用的發(fā)揮。從1992年到1994年三年間，白山發(fā)電廠購置5套彈性塑料金屬瓦安裝到5臺機(jī)組上，不僅提高了發(fā)電設(shè)備的可靠性，還提高了機(jī)組的發(fā)電能力。改造后，白山水電站機(jī)組提高出力10%，每臺機(jī)組由30萬千瓦增容到33萬千瓦，5臺機(jī)組共增容15萬千瓦，相當(dāng)于新建一座中型水電站。

開辟了滅磁新途徑1986年，白山水電站與中國科學(xué)院合肥等離子體物理研究所合作，在白山2號機(jī)組上采用了“人工過零”非線性電阻滅磁裝置，獲得成功，并推廣應(yīng)用到1號、3號機(jī)組上，解決了大型發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)中存在的滅磁開關(guān)容量不夠，轉(zhuǎn)子絕緣水平不夠，和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)不完備問題，開辟了滅磁新途徑，這項(xiàng)技術(shù)具有國際水平。

水輪機(jī)改造2019年6月，電廠完成了對5臺30萬千瓦機(jī)組水輪機(jī)的改造，在保留現(xiàn)有水輪機(jī)流道、安裝高程不變的前提下，結(jié)合電站實(shí)際運(yùn)行的水能參數(shù)，選用參數(shù)水平、穩(wěn)定性、空蝕性能均佳的轉(zhuǎn)輪，并對頂蓋、接力器、底環(huán)、活動(dòng)導(dǎo)葉、主軸、拐臂、濾水器、測壓管路等部件進(jìn)行更換，增設(shè)純機(jī)械過速保護(hù)裝置，解決了轉(zhuǎn)輪葉片空蝕、裂紋嚴(yán)重，頂蓋剛強(qiáng)度不足、活動(dòng)導(dǎo)葉變形嚴(yán)重、密封效果差等問題。改造后機(jī)組擺度、振動(dòng)和漏水量等數(shù)據(jù)降低40%～60%，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，機(jī)組安全性、穩(wěn)定性和運(yùn)行效率得到大幅度提高。

白山電站水庫 攝影/黎明

先進(jìn)的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)1986年，初步建成了白山流域水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)。針對該系統(tǒng)運(yùn)行后暴露出的同頻干擾、超站干擾引起數(shù)據(jù)震蕩等問題，于1990年、1994年和1998年先后對白山流域的測報(bào)站網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造，提高了該測報(bào)系統(tǒng)整體性能，使雨量測報(bào)更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了水庫調(diào)度自動(dòng)化，為合理調(diào)度水庫和做好防汛度汛工作提供了可靠依據(jù)，戰(zhàn)勝了1991年、1995年和2000年的大洪水，取得了發(fā)電和防洪雙豐收。尤其是1995年，在流域內(nèi)發(fā)生百年一遇洪水時(shí)，白山水庫發(fā)揮了調(diào)洪作用，及時(shí)攔蓄洪峰，減輕了下游豐滿電站泄洪的壓力，從而減少了豐滿下游兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。

國內(nèi)領(lǐng)先國際先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)白山計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由樺甸調(diào)度中心、白山站、紅石站三個(gè)子系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接組成，該系統(tǒng)建設(shè)歷時(shí)3年，工程規(guī)模大，技術(shù)要求高，開發(fā)內(nèi)容多，實(shí)用性強(qiáng)。1999年3月末，該系統(tǒng)通過國家電力公司的階段性驗(yàn)收和技術(shù)鑒定，與會(huì)專家評價(jià)該系統(tǒng)在國內(nèi)水電站首次采用了具有國際先進(jìn)水平的快速以太網(wǎng)技術(shù)，首次在電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)110公里100兆速率光纖傳輸，通訊采用隨機(jī)傳送和周期傳送相結(jié)合的辦法，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性，可對被控機(jī)組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，在大型梯級水電廠遠(yuǎn)方集中監(jiān)控總體技術(shù)方面居國內(nèi)領(lǐng)先水平，國際先進(jìn)水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)也為大型梯級水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

白山電站全景 攝影/孫文革