外國河流流域水電開發特點分析論文

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摘要：本文介紹了美國西北地區哥倫比亞河流域水電開發的情況，提出在水電流域開發中需要重視龍頭水庫與下游徑流式電站的“一拖多”模式問題。

關鍵詞：流域開發；龍頭水庫

在簡要介紹了美國的水電評估和水資源立法管理之后，接著介紹美國各大流域水電開發情況。

首先介紹美國的哥倫比亞河流域的水電開發。該河流位于在美國西北三州--華盛頓、俄勒岡、愛達荷州，其流域面積雖僅占美國幅員面積的7%，但水能資源卻占據美國全國水能資源的35%。通過對西北地區水電資源進行開發，美國聯邦機構修建的水壩提供了灌溉，使得西北地區成為美國的糧倉，成為美國名副其實的“面包籃子”和“菜籃子”。同時，廉價的水電也有力地促進了本地區經濟的發展，以美國鋁業公司、美國波音公司為代表的高載能企業也在這里蓬勃發展，從而增進了經濟繁榮。

西北地區是美國電力供應最充沛的地區。以華盛頓州為例，全州水電裝機容量早在1997年就達到了2183萬千瓦，占總發電裝機容量2625.3萬千瓦的83.2%；水電發電量則達到78162132MWH，占總發電量102765048MWH的85.3%。這些數字是非常具有說服力的。我國的電力專家長期以來認為，一個地區的水電裝機不宜超過總裝機容量的三分之一，徑流式水電不能超過水電總容量的三分之一，否則豐枯矛盾就會比較突出。但是美國華盛頓州的水電裝機卻占到了83.2%，而且水電裝機容量的65%都是徑流式水電，豐枯矛盾并沒有我們想象的那樣嚴重，非常值得我們進行深入的思考。

一．哥倫比亞河流域概況

哥倫比亞河（COLUMBIA）是北美西部大河之一，以1792年來此探險的波士頓商人羅伯特•葛瑞所乘的船名命名。哥倫比亞河源于加拿大洛磯山西坡的哥倫比亞湖，海拔820米。全長1953公里，流域面積67.1萬平方公里，其中在加拿大境內分別為748公里和10.4平方公里。主要支流包括庫特內河、龐多瑞河、阿卡諾根河、斯瑞克河、亞克莫河、考利斯河及威拉米河。干流多，瀑布多，總落差達820米，大部分河段河流經深谷，其水流量在北美洲僅次于密西西比、馬更歇和圣勞倫斯三大河流。

從源頭起，先向西北流，后南下經不列顛哥倫比亞高原南部，再經美國境內的哥倫比亞高原北緣和西緣，接納其最大支流斯內克河（長1609公里）后，向西穿過喀斯喀特山脈峽谷區，在俄勒岡的阿斯托里亞要塞注入太平洋。

哥倫比亞河流量大，河口年平均流量達7860立方米/秒。水位季節變化小，春季有冰雪融水補給時較高，冬季則較低。河流含沙量小，河谷比降大，基巖抗蝕性強，適宜興建水利工程。在河口處，海潮可上溯220公里，遠洋海輪可直達河口以上179公里處的波特蘭港。

二．美國哥倫比亞河流水電開局

美國聯邦機構從上世紀三十年代開始，在哥倫比亞河流上修建了29座主要的水壩。聯邦修建的這些水壩，不但提供了洪水控制、灌溉、魚類洄游、魚類和野生物種的棲息，而且具有發電、航運和娛樂等綜合效益。由于這些大型水電站的修建，客觀上促進了縱橫交錯的超高壓和特高壓輸電線路的建設，推動了美國西部電網的發展和與其它電網的聯網。同時也促進了非聯邦機構修建其余的中下型水壩。

美國西北地區的水電系統是世界上最大的水電系統之一，其水電開發、水電布局和水電調度都極為引人矚目。在聯邦修建的29座水壩中，有14座水電站最為關鍵，詳見下表：

表1美國聯邦機構在哥倫比亞河流上修建的14座水電站

1漢格瑞豪斯水電站(HungryHorse)，位于蒙大拿州福里瑞FLATHEAD河流的SouthFork，由美國墾務局1952年10月29日建成投產。總裝機容量28.5萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，洪水控制，灌溉和漁業。蓄水型水庫。平均泄流量3517CFS，庫容為316萬ACRE-FOOT。

2力比水電站(Libby)，位于蒙大拿州福里瑞FLATHEAD河流KOOTENAL河流上。由工程師兵團修建，1975年8月13日投產．總裝機容量52．5萬千瓦。主要功能為發電，娛樂，洪水控制，漁業和野生動物棲息。蓄水型水壩。平均年泄流量11350CFS，庫容198萬ACRE-FOOT。

3奧貝尼水電站（Albeni），位于愛達荷州龐多瑞河（PendOreille）河流上，由工程師兵團修建，1955年4月1日建成投產。裝機容量2000千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航行洪水控制，漁業及野生動物棲息。蓄水型水壩。平均年泄流量25340CFS，庫容116萬ACRE-FOOT。

4大古力水電站（Grandcoulee），位于華盛頓州哥倫比亞河流。墾務局修建，1941年9月28日投產，裝機容量649.4萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，洪水控制，灌溉，漁業及野生動物棲息。蓄水型水壩。平均年泄流量107700CFS。庫容519萬ACRE-FOOT。

5赤約斯水電站（ChiefJoseph），位于華盛頓州哥倫比亞河流。工程師兵團修建，1955年8月20日投產，裝機容量206.9萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，灌溉，漁業及野生動物棲息。徑流式水電站。平均年泄流量108000CFS。

6德撾莎水電站（Dworshak），位于愛達荷CLEARWATER河流上，工程師兵團修建，1973年3月1日投產，裝機容量40萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，漁業及野生動物棲息。蓄水型水壩。平均年泄流量5820CFS，庫容202萬ACRE-FOOT。

7羅哥瑞乃水電站（LowerGranite），位于華盛頓蛇河上，工程師兵團修建，1975年4月3日投產，裝機容量81萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，灌溉，漁業及野生動物棲息。徑流式水電站。平均年泄流量49680CFS。

8力特古斯水電站（LittleGoose），位于華盛頓蛇河上，工程師兵團修建，1970年5月26日投產，裝機容量81萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，漁業及野生動物棲息，徑流式水電站。平均年泄流量47230CFS。

9羅瑪門特水電站（LowerMonumental），位于華盛頓州境內哥倫比亞河的支流蛇河上，工程師兵團修建，1969年5月28日投產，裝機容量81萬千瓦。主要功能為發電，娛樂，航運，灌溉漁業及野生動物棲息。徑流式水電站，平均年泄流量47670CFS。

10愛斯哈寶水電站（IceHarbor），位于華盛頓州境內哥倫比亞河的支流蛇河上。工程師兵團修建，1961年12月28日投產，裝機容量60.3萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，漁業及野生動物棲息。徑流式水電站。平均年泄流量47680CFS。

11麥克乃瑞水電站（McNary），位于華盛頓和俄勒岡交界的哥倫比亞河上。工程師兵團修建，1953年11月6日投產，裝機容量98萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，漁業及野生動物棲息。徑流式水電站。平均年泄流量169800CFS。

12約翰戴水電站（JohnDay），位于華盛頓和俄勒岡交界的哥倫比亞河上。工程師兵團修建，1968年7月16日投產，裝機容量21.6萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，漁業及野生動物棲息。徑流式水電站。平均年泄流量172400CFS。

13達拉斯水電站（TheDalles），位于華盛頓和俄勒岡交界的哥倫比亞河上。工程師兵團修建，1957年5月13日投產，裝機容量178萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，漁業及野生動物棲息。徑流式水電站。平均年泄流量177900CFS。

14邦德威爾水電站（Bonneville），位于華盛頓和俄勒岡交界的哥倫比亞河上。工程師兵團修建，1938年6月6日投產，裝機容量105萬千瓦。主要功能為：發電，娛樂，航運，漁業及野生動物棲息。徑流式水電站。平均年泄流量183300CFS。

通過科學家多年的研究，美國建立了準確的預報模型，能夠準確預報未來一段時間內的降雨量，同時也能準確地預報這些降雨量將在哥倫比亞河流中形成多少流量，同時也由于美國對西北地區的水資源循環建立了準確的天氣預報系統，所以可以使該地區的河流調度達到最優化的程度，從而使哥倫比亞水電開發產生最佳的綜合效益。

美國的若干機構都需要并參與哥倫比亞地區的降雨量和河流流量的預報。這些機構是：美國工程師兵團、美國墾務局、加拿大不列顛哥倫比亞水電局、哥倫比亞河流預報中心、美國天氣預報河流預報中心、美國地質測量組織、美國自然資源保護中心、哥倫比亞河流管理公司、西北電力庫。

美國工程師兵團管理著聯邦14座水壩中的12座，同時也承擔著與加拿大大不列顛哥倫比亞水電局合作調度哥倫比亞河流的責任。此外，美國工程師兵團也總攬著哥倫比亞河流的洪水控制（既包括哥倫比亞河流上美國的水壩也包括加拿大的水壩），同時，還對哥倫比亞河流上所有的航道的航行安全、娛樂旅游和灌溉等負責。

美國墾務局則負責運行大古力和漢格瑞豪斯水壩，這是美國境內哥倫比亞河上最關鍵的兩座水庫。

三．美國哥倫比亞河流域梯級水電開發特點

水電開發到底應該怎么開發，很多人都知道是“梯級開發”，然而光用四個大字來指導我們的水電開發，雖說完全正確，但總是讓人感到太概念化，太籠統。我們需要更為細化的水電開發戰略。作為美國水電開發的經典，哥倫比亞流域的水電開發有很多的特點，由于筆者學識有限，現簡單總結如下，不當之處還請有關專家多多指正。

（1）美國水電站在開發過程中特別重視調節性水庫與徑流式水庫的協調問題，實踐證明，這是非常有遠見的。

哥倫比亞河流及其支流所修建的水壩被美國人分為兩種類型，一種是蓄水型（STORAGE），也稱具有調節能力的，另一種叫作徑流式（RUN-OF-RIVER）。蓄水型的水壩，目的是對水流進行調節，使其下泄水流貼近用電、用水需求，同時提供洪水控制。其具體原理就是雨水和雪水融化以后被蓄積在水庫里，在需要的時候再放流下泄。通常的情況下，蓄水型水壩是將夏季的水蓄積起來到冬季使用，并在來年的汛期到來前，將水庫騰空。但蓄水型水庫最大的問題是會影響魚類的生存，因此，往往就需要通過泄水建筑物（如溢流壩、泄水洞，但不包括引水發電建筑物）放一些水，幫助魚類“通過水壩”游向大海。值得一提的是，在歐洲，按照水庫的蓄水特性，可以分為徑流式、塘壩式和蓄水型三種模式。所謂塘壩式是指具有一定蓄水能力但比蓄水型水庫蓄水量小的水庫。

修建蓄水型水壩的優越點是可以提供防洪和枯水期發電功能。在汛期將水蓄滿，然后在平水和枯水期，將水慢慢下泄，這樣一來下游的一系列水電站都可以發電。因此，蓄水型水壩的調度一天之內，甚至一月之內變化都比較大。美國人認為，一座蓄滿水的水庫和一座接近死水位的水庫，二者的特性變化很大，調度方式也完全不同，因此，蓄水是河流系統綜合利用的關鍵。在哥倫比亞河流蓄積的水量中，總蓄水量是5500萬ACRE-FOOT。其中4200萬ACRE-FOOT的水量是通過協調調度獲得，這僅代表了達拉斯水壩30%的年徑流量。與之相比，密蘇里河的蓄水量是全年徑流量的2到3倍。因此，哥倫比亞河流的特點非常鮮明：年降雨量遠遠超過蓄水量，哥倫比亞河流水電開發對洪水的控制能力遠遠不及科羅拉多河和密蘇里河。正是因為這樣，所以哥倫比亞河的流動更加接近河流的自然形態。

徑流式水壩蓄水能力有限，主要是用來航運和發電，一方面是為發電提供一定的水頭，另一方面是為航運提供一定的水深。流進多少水量，幾乎就馬上下放多少水量，非常貼近河流的實際情況。在正常運行中，徑流式水電站的水位變化往往只有3--5英尺。

從以上的分析可以看出，美國哥倫比亞河流水電開發并非是座座水電站都是高壩大庫，相反是非常重視整個流域的規劃和布局，通過科學合理的配置，實現整個流域水電發電量的最佳。此外值得一提的是，美國流域水電規劃是相當細致的，即便是支流的支流，只要平均流量大于每秒兩立方米的溪流，都要進行考慮。而在我國，能夠在水電規劃中作到這么細致是非常少的。

（2）美國哥倫比亞河流域梯級水電開發，非常重視科學合理及前瞻性，在電站規模、水壩高度等方面都經過精心設計，特別是他們在哥倫比亞的每條主要支流上都修建了庫容較大的龍頭水庫，而在龍頭水庫下游則修建的是徑流式水電站，這種“一拖多”和“樹枝樹葉”法有效地避免了枯水期水電出力不足的問題。同時也正是下游都修建徑流式水電站，才使得哥倫比亞河流域的水電站能夠在美國環保呼聲日益高漲的今天繼續運行。

我們可以看出，在美國境內的哥倫比亞的河流上，首先修建的就是具有較大蓄水能力的大古力水電站，在大古力以下的干流上，赤約斯水電站、麥克乃瑞水電站、約翰戴水電站、達拉斯水電站、邦德威爾水電站都是徑流式水電站。

而在哥倫比亞河的主要支流--龐多瑞河上，美國修建了蓄水型的奧貝尼水電站；在FLEATHED河上，修建了蓄水型的漢格瑞豪斯水電站；在庫特內河流上，修建了蓄水型的力比水電站；在蛇河上游，修建了龍頭電站--蓄水型的德撾莎水電站，德撾莎下游則全是徑流式水電站，如羅哥瑞乃水電站、力特古斯水電站、羅瑪門特水電站、愛斯哈寶水電站。

正是由于把興建龍頭水庫作為哥倫比亞流域水電梯級開發的戰略，所以才實現了西北水電資源的科學優化配置，在同樣的徑流量的河流上，美國同樣的水電裝機，其發電量是我們國家的水電年發電量的1.2到1.8倍，美國水電在枯水期的發電量也比中國多發110%以上。由于我們國家的水電規劃太粗，隨意性太大，而且不科學，所以盡管四川建設了很多徑流式電站，但這些徑流式電站缺少配套的龍頭水庫，所以在冬天因為無水可發都成了“冬眠電站”

坦率地說，中美在很多問題處理上基本理念都不一樣。比如說，美國水電專家認為，同樣是蓄水，把水蓄在河流的上游比蓄在下游更有價值。而我們是認為把水蓄在中下游比較安全（如三峽、三門峽）。此外，梯級開發也并非是修建龍頭水庫那么簡單，在美國，我還看到墾務局《工程師設計手冊》上面對于水電規劃布局的基本招式--如何部署蓄水型水壩和徑流式水壩都有非常高超的見解，如平行河流水電怎么布局；一條河流流量大，一條河流流量小怎么布局；一條河流坡度小，一條河流坡度大，又怎么布局，很多見解都非常精辟。目前，在我國，只有四川南椏河梯級水電開發，是四川省電力工業局及成勘院在借鑒國外經驗的基礎上，嚴格按照龍頭水庫“一拖六”梯級模式進行開發的。龍頭水庫冶勒水電站位于最上游，庫容為2.98億立方米，裝機容量24萬千瓦，下游分別為栗子坪（12萬千瓦），姚河壩（13.2萬千瓦），南瓜橋（12萬千瓦），洗馬姑（2萬千瓦），大渡河邊（6萬千瓦）。由于采取“一拖六”模式，可以使下游5座電站在原有裝機的基礎上，增加保證出力15.2萬千瓦，增發電量6.66億千瓦時。所謂“樹枝樹葉”法，是指在每條支流上游也修建龍頭水庫，從而實現全流域“分而治之”的戰略。

（3）哥倫比亞河流的水電開發是罕見的數家單位共同開發，但是在建設過程中卻能彼此之間團結協作，投產運行以后也能夠互相配合，為數家單位聯合進行水電流域梯級開發提供了典范。

美國哥倫比亞河流的水電資源極為豐富，在開發過程中需要雄厚的實力，因此，實行了聯合開發的模式。大型水電站由兩家聯邦機構（國有企業）開發，在具有戰略地位的14座水電站中，12座為美國工程師兵團建設，2座由美國墾務局開發。其余的一些中小型水壩則由一些公用事業公司或民營公司開發。這給我們一個啟示，國家應該負責開發大江大河上的大型水壩和骨干電站，地方企業或民營企業則負責建設“中下型電站”--即把一些戰略地位不是那么重要的電站交給地方企業或民營企業進行開發。國家負責開發骨干電站，可以為地方企業或民營企業建設徑流式電站創造條件；地方企業和民營企業建設徑流式電站又可以進一步發揮骨干電站的作用，成為骨干電站和水庫的有效補充。

(4)哥倫比亞河流的水電開發取得了顯著的綜合效益。盡管水電開發對河流的生態帶來了一定的影響(將在以后的章節進行介紹)，但是，美國西北地區設計科學、規劃合理的梯級水電工程所發揮的綜合效益，卻為推動美國西北地區的區域經濟發展發揮了重要作用。

哥倫比亞河流的水電梯級開發，除了巨大的發電效益以外，還產生了十分明顯的綜合效益。由于篇幅所限，這里只進行簡單介紹如下：

航運效益。哥倫比亞河和蛇河可以航運到華盛頓的瑞齊蘭（RICHLAND），甚至愛達荷州的魯威斯頓（LEWISTON），從太平洋到這里距離達748公里。四座聯邦大壩--邦德威爾、達拉斯、約翰戴、麥克乃瑞都建有船閘供船只過壩。蛇河上的愛斯哈寶、羅瑪門特、力特古斯、羅哥瑞乃水壩也建有船閘，可以使船只通行。

灌溉效益。哥倫比亞流域6％的水量被用來進行農業灌溉。華盛頓東部的干旱地區，俄勒岡州東北部的干旱地區，愛達荷的南部地區，依賴著這些灌溉來生產小麥、玉米、土豆、豌豆、苜蓿、蘋果、葡萄。正是因為有了灌溉，所以西北地區才成了美國富饒的糧倉。

娛樂效益。哥倫比亞地區吸引著游客四面八方來旅游度假休閑，他們垂釣、游泳、劃船、野餐、宿營，每年都有成千上萬游客參觀河流及水電工程。游客的到來為本地經濟增加了活力。

文化資源效益。哥倫比亞河流的文化已經存在了上千年。印第安文化已經存在了上萬年，歐洲和美洲文化在這里產生影響也早在1600年就已開始。由于水庫蓄水會對這些文化產生了一些負面影響，所以也喚醒了大家保護這里的文化的意識，使這里的文化具有了參觀和保存價值，但與此同時也對這些需要保護的文化產生了積極的影響。