1 大坝与水电

《大坝与水电》是国际大坝委员会第 23届大会技术专题中的第 88个专题。快速增长的能源需求使能源消耗量持续增加。1970～2000年,能源消耗保持较稳定的增长,但在刚刚过去的几年中,增长速度加快。新兴经济体用电量增长速度更快。

千年发展目标是致力于改善世界上贫穷国家的社会经济状况。对于联合国会员国来说,要实现此目标,向人们提供充足可用的能源才是至关重要的,尤其是要提供清洁廉价的能源。

目前,世界上约有 2/3的能源仍然是来自化石燃料。水电作为可再生能源,在余下 1/3中约占90%的份额。世界上约 18%的大坝是用于水力发电。在目前运行的大坝中,发电为其主要目标或唯一目标的约有 8200座。全世界大约有 60个国家的水电在其国家电力中的所占份额超过 50%。

大多数水电资源开发程度高的国家,其水电开发时间大约始于一个世纪以前,大坝和发电厂的修建和运行年代已久。因此,需要加强对这些大坝的改造和维护,以确保工程安全和运行状况良好,最大限度地发挥现有设施的效益。

在亚洲和南美地区,经济的增长促使大量水能资源被开发。相对来说,非洲的水电开发利用率低,大部分人口还没有用上电,因此对电的需求量很大。经过了一段困难的时期,国际货币基金组织现在也支持大坝和水库的建设,赞成实施水电开发的几个重要声明近期已获得通过。

本专题共收到论文 40篇,主要涉及下列议题:

(1)大坝和水库在可再生能源框架中的作用,一个地区、一个国家、多个国家的水力资源蕴藏量及开发利用现状。

(2)水电可持续发展在实现千年发展目标中所做出的贡献。

(3)减少温室气体排放(水库温室气体排放在二氧化碳排放权评估中越来越重要)。

(4)水电开发过程中的环境和社会协调问题、减缓措施和保护措施、环境监测和成功案例。在大坝和水库建设环境问题的认识方面已开展了大量工作,并采取了一些措施减缓不利影响。这些努力有助于认知水平的提高和减缓措施的改进。

(5)具有综合利用效益的水库的水电。发电调度规程与其他调度规程的关系;大坝设计和施工的技术问题,特别是混凝土面板堆石坝和碾压混凝土坝在设计和施工方面所面临的一些技术问题。

在日益开放的电力市场,抽水蓄能电站为电力系统的稳定、安全运行发挥着重要的作用。本议题包括方案的优化研究和措施。

2 已建和在建水库的泥沙管理

《已建和在建水库的泥沙管理》是国际大坝委员会第 23届大会技术专题中的第 89个专题。

专题 89已收到关于已建和在建水库泥沙淤积管理方面的论文 28篇。在提交的论文中,日本的最多,占 29%;哥伦比亚、法国、摩洛哥、西班牙和瑞士各占 7%;其余的则来自中国、捷克共和国、埃及、伊朗、意大利、巴基斯坦、罗马尼亚、俄罗斯、斯洛伐克和美国。

大多数水库泥沙淤积问题突出。为满足水库长期可持续运行的要求,水库泥沙淤积问题备受关注。主要问题包括:库容损失、水轮机磨损、发电量减少以及对下游的影响。

世界上的所有水库库容合计约为 7万亿 m3(国际大坝委员会登记在册的为6.1万亿 m3,但如果将坝高小于 15 m的水库也包括在内,则可达 7万亿m3),其中有 3万亿 m3是死库容。在 4万亿 m3的有效库容中,主要是用于发电;约有 1万亿 m3用于灌溉、饮用和提供工业用水,其中部分库容还作其他用途。

世界上的所有河流的泥沙年淤积评估值为 240～300亿 t,相应径流为 40万亿 m3。也就是说,每1000 m3的水平均含沙量为0.60～0.75 t,但对具体河流和径流来说,含沙量变化较大。并非所有的河流上都建有坝,并非所有的泥沙都淤积在水库中。通过对全世界范围的调查评估,按坝龄平均为 35 a计算,水库泥沙淤积量达 2万亿 m3。据此计算,年淤积量约为 570亿 m3,也就是说,每年因泥沙淤积而造成总库容减少0.8%。

大部分泥沙是淤积在水电大坝水库内,部分淤在死库容中,但发电损失与有效库容损失不成正比。年发电损失,相当于投入到有效库容中 1万亿美元的0.6%,即每年 60亿美元。因用于发电的水库形成泥沙淤积,最终不得不建新的大坝,因此用于死库容和有效库容的投资总计为1.7万亿美元,新建大坝的年花费是0.8%×1.7万亿美元 =136亿美元。

世界上所有的灌溉水库,因泥沙淤积而导致年损失 100亿 m3左右的库容,直接影响了灌溉能力。对于库容大于 1000万 m3的水库而言,单位投资为0.2～0.5美元/m3。但印度次大陆和非洲小于 5万m3的水库,其单位投资往往高于 1美元/m3。按全球单位投资0.5美元/m3计算,每年损失可能高达50亿美元。此外,泥沙淤积的损失还包括对下游造成的影响:约 5%～10%的水力发电厂不能正常供电,以及需要对水轮机进行维修等。

每年因泥沙淤积造成的损失达186亿美元(不包括对下游的影响)。如果考虑对下游造成的不利影响,则每年的费用为 210亿美元。必须对此引起重视,但应将每年的总费用和大坝产生的效益进行全面的比较分析。在费用方面,年投入约 400亿美元,运行、维护和加固约 170亿美元(0.7%×2.4万亿美元;比率通常为0.3%～0.7%),所以年总费用计约 570亿美元。与此相比,约产生 1250亿美元的年发电效益(2500亿kW◦ h×0.5美元)和 500～1000亿美元的其他效益(尤其是灌溉方面的效益,可为 5亿多人提供粮食)。

因此,全世界所有大坝因年淤积造成的总损失(210亿美元)应与年度总费用(570亿美元)和年度总收益(1750～2250亿美元)进行比较。水库泥沙淤积的年度成本(按重置成本计算),约占总成本的 36%,比率不高。然而,减缓泥沙淤积的投入却远低于 36%。许多国家均将此问题留给子孙后代。

根据提交论文的情况,确定将以下 4个议题提交给国际大坝委员会并在大会上进行讨论:

(1)水库泥沙淤积管理。这部分论文探讨了经对水库采取多种措施而持续地管理泥沙问题。该议题包括 4个方面的内容:①冲排沙的改进措施(闸门有效的设计和运行方式,冲水前的适宜流量和流速监测,泄水闸的位置);②浑水下泄;③模型试验和运行问题;④环境问题。

(2)通过疏浚、冲洗或引水方式对水库泥沙淤积问题的管理。这方面的论文介绍了如何通过疏浚、冲洗或引水来实现泥沙管理。涉及以下内容:①干湿法疏浚底泥;②疏浚底泥的处置;③底泥性质和处理;④疏浚成本和经济评价;⑤有关的环境问题。

(3)坝上游的沉积处置。这部分论文分析指出,一些国家在全流域和水库上游区范围内进行泥沙淤积管理。与此相应的各种方案包括:①在水库和河流上设置部分断面的障碍物,如拦沙板;②在上游兴建梯级水库;③滞留结构/拦砂坝,有效的流域管理技术(土地可持续利用,河流保护等);④河道外贮存;⑤抬高最低运行水位;⑥利用死库容拦沙。

(4)有关泥沙可持续管理的总体考虑。部分论文探讨了泥沙淤积的可持续管理措施。主要对以下2个方面进行了探讨:①工程设计的经济分析标准和方法的改变,包括生命周期法和退役费用;②与有关政策协调一致(关注于环境和泥沙问题)。大会报告强调了对水库泥沙淤积问题进行讨论的重要性。开展管理措施的效果评价,将有助于对工程设计和运行管理进行改进,促使已建、在建水库的可持续利用。

3 大坝加固

《大坝加固》是国际大坝委员会第 23届大会技术专题中的第 90个专题。世界上的多数大坝运行年代久远,已渐趋老化,尤其是在发达国家,大多数大坝已运行了 50 a以上。对大坝实施加固已经迫在眉睫,业主和经营者应确保其安全和效率在可接受的水平。事实上,2009年以来,大会专题一直在致力于对大坝加固方面的问题探讨,这也证实了该重要专业领域的工程师开展技术交流的重要性。

专题 90主要包括以下 4个方面的议题:

(1)改善结构和水动力;

(2)适应新的法规、环境和运行的要求;

(3)大坝加高的工程技术问题和设计替代方案;

(4)大坝加高的经济问题,包括:防洪库容的增加,总库容的增加及其他一些问题。

本次会议将围绕上述议题开展对不同类型的大坝、泄洪建筑物,如溢洪道和泄水闸以及有关设施的讨论。后者包括:①以提高大坝和下游地区的安全性为目的,在确保大坝可靠运行和安全蓄水的基础上,水库泄流能力的调节;②以改善环境为目的,调整大坝结构和水库运行的方式。

将对土石坝及其基础的加固措施进行讨论:防止已建大坝内部侵蚀和渗漏的发生,以及开展的工程措施;完善监测体系,增强对渗漏和内部侵蚀的监测能力;开展大坝性能分析。

对混凝土大坝和堆石坝,也将对提高其稳定性和结构性能(考虑地震荷载)所采取的措施开展讨论。

另一个备受关注的是已建大坝的加高问题。大会将对优化设计方案时遇到的技术难题及其解决方法开展讨论,讨论时需要考虑现有的运行方式以及环境和社会问题。

已提交的论文涵盖广泛的地理区域,预计分会的召开将具有建设性的意义。

4 大坝安全管理

《大坝安全管理》是国际大坝委员会第 23届大会技术专题中的第 91个专题。专题 91将关注大坝安全的法律法规框架、具体程序和有关活动等方面的问题,归纳如下。

大坝安全管理任务艰巨,特别是在正确理解大坝风险管理含义之后,即大坝毁损或运行不良而对人、财产和环境带来的后果。大坝安全评估和管理的传统做法是,基于确定性方法,较保守地假定所有技术和非技术问题的不确定性。大坝委员会认识到了大坝安全的重要性,在新德里召开的第 13次代表大会(1979年)期间开创了一项工作,即开发了大坝安全形式化方法,制定了大坝安全准则。大坝安全委员会(C O D S)于当年成立,并于 1987年发布了大坝安全准则,明确了大坝安全评估和管理的主要原则、理念和方法等。该准则第 1次明确指出,必须优先考虑安全因素,并在其他所有因素(包括经济或商业因素)之前先行考虑。

形式化风险评价法能全面系统地提供特定的知识,明确不确定性和显而易见的特性,因而有助于与工程安全有关的决策的制定。2000年,在北京举行的第 20届大坝委员会代表大会,首次将风险评价理论应用于大坝安全评估和管理。2005年,大坝安全委员会完成了大坝安全管理中的风险评估终稿(即130号通报)。通报给出了大坝安全风险评价的基本概念、分析和评价的方法,为实现全面、系统、信息公开的大坝安全风险管理提供了新的机遇。

为进一步加强大坝管理,近来有提议要求制订新的国际大坝委员会大坝安全管理通报,原通报是由大坝安全委员会(C O D S)制订的。其提议的基本前提是,大坝安全管理应包括一切与大坝安全有关的活动,因此大坝安全管理应为一系统、清晰、全面和信息公开的过程。

一般来说,公开透明的决策过程,通常为有代表性的民主工作的必要条件。其中一个原因是,公开促进民主问责制,是民主决策的本质。公民必须获得信息,使他们能够积极参与决策,并作出明智的选择。在某种意义上,需要政府、技术专家和科学顾问在信息公开透明方面作出新的努力。

鉴于以上考虑,不难得出结论:目前围绕大坝安全方面的做法还远远不能满足信息公开的标准和要求。它假定分析和评价技术问题的技术专家也可以扩展到政治和社会领域。这种假设导致技术专家能单方面决定什么是对社会有利的,什么样的安全目标是恰当的。这种做法与技术和专业团体所面临的持续增长的压力不相符,受决策直接影响和间接影响的公众和社团要求与他们通过对话协商。目前该观点已被广泛接受。新的评估方法明确地认识到风险和不确定性是所有工程活动的关键因素。如果得到执行,风险分析和评估不仅有助于更好和更安全地设计,而且还提供了可能的危害和后果等有价值的信息。相应地,如果将有关风险的信息反馈给政客、利益相关者和决策者,将有助于其决策能力的提高,制定出合理和负责任的政策、优先权及决策。

全面系统地进行风险识别、风险评估和风险管理,如今已成为现代大坝安全管理内容的一部分。将其表述为一种最佳形式即为一综合性框架,通过生命周期实现有效管理,确保维护大坝安全的所有必需活动和进程。它通常会促成与大坝风险相关联的一系列政策、程序、指令和指南的制定,并将单项安全管理过程融入全面的组织管理中。