玉環(huán)海山潮汐電站現(xiàn)狀及保護利用建議

徐旭升

(玉環(huán)市博物館，浙江 玉環(huán) 317600)

1 電站原理與歷史概況

潮汐能是月球引力磁場和太陽磁場等由其他天體共同形成的強大引力使海洋水位發(fā)生潮汐變化而產(chǎn)生的能量。潮汐發(fā)電系統(tǒng)是通過人工在海灣口或者潮河口構筑一道堤壩，從而與海隔開形成水庫，漲潮時庫外水位高于庫內(nèi)水位，落潮時庫內(nèi)水位高于庫外水位，利用閘門對水流進行控制，使?jié)q潮時進入和落潮時泄出水庫的海水推動水輪發(fā)電機組發(fā)電，這種發(fā)電方式叫作潮汐發(fā)電[1]。

自從20世紀中期開始，國家先后在我國內(nèi)地海域新建改造了一大批小型的海上人工潮汐電站，至70年代中期，在沿海地區(qū)共建成潮汐電站11座，其中有4座長期運行，并有良好的效果，這里面就包括了海山潮汐電站。海山潮汐電站位于玉環(huán)市海山鄉(xiāng)南灘村，20世紀70年代初，海山鄉(xiāng)當?shù)厝罕姙榻鉀Q海島用電問題所建，于2011年1月被浙江省人民政府公布為省級文物保護單位。與溫嶺江廈潮汐電站的雙向不同，海山潮汐電站是我國迄今唯一的雙庫單向[2]、全潮發(fā)電以及進行水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)模較小的潮汐電站，為我們國家對潮汐能的開發(fā)奠定了基礎，曾榮獲聯(lián)合國“科技創(chuàng)新之星”獎和浙江省中小水電站關鍵技術成果獎。潮汐發(fā)電示意圖如圖1所示。

2 電站結構與功能布局

2.1 概 述

海山潮汐電站主要由堤壩、上下庫區(qū)、進水閘、泄水閘、控制閘、發(fā)電廠、沖淤閘以及附屬建筑等組成,從總體格局來看包括上庫、下庫。上庫設有進水閘(南進水閘和北進水閘)，實現(xiàn)水庫的上水以及清洗淤泥等功能；下庫則包含了泄水閘以及泄水洞；泄水渠以及控制閘設在上下庫的中間，控制閘對水輪機尾在水位較低時排向大海進行控制，水位較高時流入下庫。

潮汐電站的水頭隨潮位變化迅速,水輪機需長期在較大的水頭范圍內(nèi)運行[3]，江廈潮汐電站采用的是單庫雙向運行方式，而海山潮汐電站采用的則是雙庫單向發(fā)電，并具有特色的運行方式，即在上下庫之間設置了排水渠道及控制閘。電站運行中包括進水、等候、發(fā)電和排水等4種工況，進水以及等候和正常的潮汐電站沒有區(qū)別，可是在發(fā)電以及排水時有特別大的不同，由于不同的海潮位，則形成了下面這4種發(fā)電排水的過程[4]，即：1)外?！M水閘→上庫→控制閘→下庫；2)上庫→控制閘→下庫；3)上庫→控制閘→下庫→排水洞→外海；4)上庫→排水渠→泄水閘→外海(圖2)。

2.2 各功能區(qū)狀況分述

2.2.1 庫 區(qū)

海山潮汐電站的庫區(qū)是圈圍灘涂水域而形成水庫，上庫25.33 ha(發(fā)電蓄水庫，目前因部分庫面用于養(yǎng)殖，實際發(fā)電庫面約為12 ha)、下庫2.53 ha(高平潮前后尾水泄蓄調(diào)節(jié)水庫)；庫區(qū)海塘堤頂高程為5.70～6.05 m。庫區(qū)堤壩原為塘泥灘涂淤泥填筑而成，現(xiàn)狀上下庫之間庫區(qū)堤壩仍為塘泥填筑，但是上庫外側沿海面為當?shù)貕K石砌筑而成，海塘堤壩上端為鋼筋混凝土砌筑。

庫區(qū)基本上保存較好，但是淤泥堆積嚴重，潮水帶來的泥沙長期淤積，使發(fā)電庫區(qū)容積減小，影響蓄水發(fā)電。

2.2.2 泄水渠與泄水洞

下庫泄水渠道為梯形斷面，渠長約40 m，底高程為-1.87 m，底寬 6.5 m，頂部寬13 m，縱坡1.25/100，發(fā)電尾水高程在-1.0～-1.5 m。下庫泄水洞斷面形狀下部為矩形上部為拱形，進口處底寬約2 m，出口處約3 m，底高程-1.95 m。

2.2.3 閘 口

根據(jù)閘口功能的不同可以劃分成進水閘、控水閘、泄水閘、沖淤閘等。閘口基本上為20世紀70年代建設，閘口處閘門混凝土閘板被銹蝕，局部混凝土剝落碳化。閘口設備陳舊，磨損老化嚴重?？刂崎l上部建筑青磚松動，局部破損，結構存在較大的安全隱患。排水渠閘上建筑瓦片破損，破損率達10%。沖淤閘混凝土碳化，混凝土保護層剝落，鋼筋腐蝕。

2.2.4 堤 壩

海山潮汐電站堤壩屬于土石壩，上面為混凝土壓頂，壩體分兩種，分別為漿砌塊石壩體和鋼筋混凝土壩體。潮汐電站區(qū)域最高潮位為4.44 m，堤壩壩頂高程為5.70～6.05 m(圖3,圖4)。

圖4 進水閘與沖淤閘之間和靠近進水閘一側堤壩斷面圖

2.2.5 發(fā)電廠房

發(fā)電廠房經(jīng)過幾次改造，現(xiàn)狀的發(fā)電廠房為20世紀90年代改建，為2層建筑，建筑面寬10.2 m、進深11.2 m、高9.16 m的二層磚混坡屋頂建筑，建筑外刷藍色涂料，屋頂為綠色波形瓦，窗為棕色鋁合金窗，主機房區(qū)門為鋼制雙開大門，其他門為木門。建筑內(nèi)設2臺2×125 kW，年發(fā)電量達(33～38)×105kW·h，水輪機型號為GTK114-LM-80，配SF125-14/85型發(fā)電機，以及控制臺和高低壓配電室。建筑豎井處以及下部墻基采用塊石砌筑。

發(fā)電廠房建筑外觀保存狀況較好，但是廠房主要核心內(nèi)容，發(fā)電設備自1996年改造以來，運行至今，電站主要電氣設備均已磨損和嚴重老化，絕緣性能降低，設備老化，會對電站的安全運行造成很大的影響。

2.2.6 附屬建筑

潮汐發(fā)電站在歷次的改擴容中，由于人員以及設備、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)等的增加，附屬設施有附屬辦公大樓等。辦公大樓為一幢4層混凝土框架結構建筑，外飾白色涂料，鋁合金窗以及木門平屋頂建筑，占地面積222 m2，建筑面積780 m2，建筑高度15.59 m。建筑內(nèi)部功能主要為辦公使用，部分房間內(nèi)墻上陳列布置著海山潮汐電站發(fā)展歷史文學以及歷史照片，還有獲得的獎狀等內(nèi)容。辦公大樓建筑保存狀況較好，外墻面粉刷局部脫落，門窗、屋面以及結構主體均保存較好。

潮汐電站中還有兩幢行列式并排的彩鋼板簡易建筑，這兩幢建筑是樂清灣跨海大橋項目部工程用房，兩幢建筑的建筑尺寸均為19.6 m×6.6 m×6.9 m(長×寬×高)，建筑五開間，鋁合金門窗、鋼質(zhì)門、屋面紅色彩鋼瓦、白色涂料墻面。建筑內(nèi)部為員工宿舍以及洗澡間、食堂等。建筑保存狀況殘損較嚴重，兩幢建筑屋頂均已破損，破損率達30%，墻面粉刷局部發(fā)霉發(fā)黑，二層走廊處彩鋼板局部剝落。

入口崗亭為7 m×4.2 m×3.3 m(長×寬×高)的白色平屋頂磚混結構建筑，主要是為門衛(wèi)管理人員使用。入口崗亭建筑保存狀況較好，除了建筑屋面長滿綠植外，其余均未見破損情況。

2.3 文物保護范圍內(nèi)以及建設控制地帶內(nèi)其他建筑分布情況

2014年9月16日，海山潮汐電站經(jīng)浙江省人民政府發(fā)文批復保護范圍和監(jiān)控地帶(圖5)。

圖5 海山潮汐電站保護范圍及建設控制地帶

2.3.1 建筑類分布情況

海山潮汐電站文物保護范圍內(nèi)主要有25幢1～3層的居民建筑以及廠房種植大棚、棚架等構筑物，大多建于20世紀80-90年代，建筑層高不高。而建設控制地帶內(nèi)則有 18 幢建筑以及構筑物，建造年代較晚，建筑層高相對較高，質(zhì)量也較好。

2.3.2 周邊道路與周邊環(huán)境布局情況

海山潮汐電站周邊道路環(huán)境從19世紀60-70年代衛(wèi)星圖片以及與2020年衛(wèi)星圖片對比中可以明顯看出，潮汐電站周邊道路基本上沒有改變，環(huán)境變動也不多，只是在潮汐電站東側南灘村一側增加了一些居民住宅以及蔬菜種植大棚等。自2006年起，在潮汐電站南側以及西側的灘涂上新開墾種植了紅樹林等植物，形成紅樹林帶植物景觀。

3 保護利用建議

3.1 文化價值

潮汐能是一種綠色清潔能源，和我國的可再生能源相關政策匹配，是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要舉措，能夠讓環(huán)境污染得以減少，讓生態(tài)環(huán)境得以改善，對人與自然和諧發(fā)展有著特別重要的影響。而且這種能量是可以再生的[5]，所產(chǎn)生的社會效益也十分顯著。國家在19世紀70年代保存完整并且數(shù)目不多的潮汐電站就包括了海山潮汐電站，它擁有良好的綜合單向、雙庫、持續(xù)發(fā)電以及水產(chǎn)養(yǎng)殖功能，有很強的地域特征以及豐富的文化內(nèi)涵，其研究價值以及示范意義十分重要。

3.2 保護利用原則

3.2.1 全線保護和重點展示相結合

在庫區(qū)以及閘口等有特色的地方，應加以特別的保護和展示；庫區(qū)的堤壩可以與景觀綠地慢行系統(tǒng)有機結合，同時設立部分標識牌對潮汐電站文化進行解讀，并且?guī)靺^(qū)不僅是電站的組成部分，更是海島旅游景觀海島村莊現(xiàn)代化建設的一景；庫區(qū)堤壩上嚴禁種植高大喬木，因為其根系會對庫區(qū)堤壩本體造成新的破壞。

3.2.2 重點保護和文化突出相結合

潮汐電站保護應該注重潮汐電站的科研、歷史、發(fā)展軌跡、生態(tài)等因素，充分體現(xiàn)其自身的文化特性；對保存完好的庫區(qū)堤壩和發(fā)電廠根據(jù)潮汐電站的特性進行改造提升，清除疏浚庫區(qū)堆積的淤泥，讓庫區(qū)的發(fā)電蓄水功能得以更好發(fā)揮；對老舊設備進行更新迭代，讓潮汐電站的科學實驗研究得到持續(xù)發(fā)展。

3.2.3 深化保護和宣傳教育相結合

潮汐電站保護應利用各種傳媒手段，加強宣傳力度，擴大其知名度，使保護觀念深入人心；建議由水利、文化部門聯(lián)合制作宣傳展示牌，予以宣傳和保護，接受社會監(jiān)督；同時通過微信、視頻等方式，提升民眾的保護意識。把海山潮汐電站作為科普宣傳的主陣地[6]，制作水文化遺產(chǎn)保護宣傳片并在電視臺公益欄目中播放，在報紙上刊發(fā)水文化遺產(chǎn)專欄等，讓老百姓特別是青少年逐漸對水文化遺產(chǎn)逐漸產(chǎn)生興趣，培養(yǎng)科技創(chuàng)新和遺產(chǎn)保護利用的意識。

3.2.4 開發(fā)平臺和建立數(shù)據(jù)相結合

在政府數(shù)字化轉型大背景下，聚焦業(yè)務協(xié)同和數(shù)據(jù)共享[7]，打造大數(shù)據(jù)驅(qū)動下水文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護。數(shù)字化保護是一種現(xiàn)代化的虛擬保護手段，具有數(shù)據(jù)全面、檢索便捷、管理高效等特性，對于潮汐電站這類占地范圍廣的文化遺產(chǎn)特別適合。潮汐電站數(shù)字化保護核心是建立潮汐電站電子資料數(shù)據(jù)庫，包括電站的工程數(shù)據(jù)，例如設備型號、自動化控制系統(tǒng)、潮位、庫區(qū)堤壩結構、材料尺寸、工程地質(zhì)條件和修復技術等，也包括與其相關的社會經(jīng)濟學數(shù)據(jù)，如科研實驗、庫區(qū)養(yǎng)殖產(chǎn)出和發(fā)電輸出經(jīng)濟價值等，通過整理分析與篩選梳理，在初步了解的基礎上進行核實和查驗。

3.2.5 資料整理和開展研究相結合

在開展歷史研究和現(xiàn)狀調(diào)查的基礎上，加強文獻資料的收集和整理工作，理清電站現(xiàn)狀、營造結構、發(fā)電設備現(xiàn)狀情況等，展示潮汐電站所反映的歷史文化信息，弘揚人類克服困難，向大自然要資源的艱苦奮斗精神；開展相關研究工作，如潮汐電站運行特性研究、設置雙庫對提高發(fā)電量的效果研究、水輪機各部件不同材質(zhì)耐海水腐蝕性試驗、小型豎井貫流式水輪機結構研究、豎井機組降噪研究和潮汐電站機組變速運行特性研究[8]等眾多專題，為大規(guī)模推廣潮汐能積累經(jīng)驗。

3.3 保護展示建議

依據(jù)上述原則，并參考海山潮汐電站的功能特質(zhì)、結構布局以及保護現(xiàn)狀，建議對其利用保護展示可以分為三部分。

1) 對潮汐電站核心發(fā)電設備閘口設備進行更新迭代，發(fā)電廠房根據(jù)發(fā)電廠的工藝生產(chǎn)特點，新的機器設備對空間環(huán)境要求，對老的發(fā)電廠房進行改造擴建。改造的發(fā)電廠房應延續(xù)老廠房的建筑風貌。

2) 20世紀90 年代建設的兩幢建筑(主要為住宿以及辦公功能)屬于附屬設施，與潮汐電站的科學價值歷史價值關聯(lián)度薄弱，因此建議對這兩組建筑進行改造改建，改造為海山潮汐電站展覽館。展覽館主要功能為文化遺產(chǎn)展示和潮汐研學活動使用，讓公眾認識了解潮汐電站這一類水文化遺產(chǎn)的有關知識[9]。展覽館的展示內(nèi)容可分為四大塊內(nèi)容，分別為老機組展示、海山歷史展示、潮汐科普教育空間展示、潮汐能未來科技展示，縮短人與水文化遺產(chǎn)之間的距離，營造公民廣泛關注并積極參與水文化遺產(chǎn)保護的社會氛圍。

3) 在尊重潮汐電站發(fā)電利用的基礎上，因地制宜，深挖歷史文化內(nèi)涵，發(fā)揮特色優(yōu)勢，打造獨具海島地方色彩的文化遺產(chǎn)品牌和重要名片，發(fā)展特色旅游，做好點、線、面結合的文章，擴大資源開發(fā)利用市場，大力發(fā)展精品文化線路旅游，統(tǒng)籌好經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新和遺產(chǎn)保護的關系，造福玉環(huán)子孫后代。