何学民谈美国哥伦比亚河流域的水电开发及其特点

我所看到的美国水电——何学民谈美国哥伦比亚河流域的水电开发及其特点摘要：本文介绍了美国西北地区哥伦比亚河流域水电开发的情况，提出在水电流域开发中需要重视龙头水库与下游径流式电站的“一拖多”模式问题。关键词：流域开发；龙头水库在简要介绍了美国的水电评估和水资源立法管理之后，接着介绍美国各大流域水电开发情况。首先介绍美国的哥伦比亚河流域的水电开发。该河流位于在美国西北三州--华盛顿、俄勒冈、爱达荷州，其流域面积虽仅占美国幅员面积的7，但水能资源却占据美国全国水能资源的35。通过对西北地区水电资源进行开发，美国联邦机构修建的水坝提供了灌溉，使得西北地区成为美国的粮仓，成为美国名副其实的“面包篮子”和“菜篮子”。同时，廉价的水电也有力地促进了本地区经济的发展，以美国铝业公司、美国波音公司为代表的高载能企业也在这里蓬勃发展，从而增进了经济繁荣。西北地区是美国电力供应最充沛的地区。以华盛顿州为例，全州水电装机容量早在1997年就达到了2183万千瓦，占总发电装机容量2625.3万千瓦的83.2；水电发电量则达到78162132MWH，占总发电量102765048MWH的85.3。这些数字是非常具有说服力的。我国的电力专家长期以来认为，一个地区的水电装机不宜超过总装机容量的三分之一，径流式水电不能超过水电总容量的三分之一，否则丰枯矛盾就会比较突出。但是美国华盛顿州的水电装机却占到了83.2，而且水电装机容量的65都是径流式水电，丰枯矛盾并没有我们想象的那样严重，非常值得我们进行深入的思考。一．哥伦比亚河流域概况哥伦比亚河（COLUMBIA）是北美西部大河之一，以1792年来此探险的波士顿商人罗伯特•葛瑞所乘的船名命名。哥伦比亚河源于加拿大洛矶山西坡的哥伦比亚湖，海拔820米。全长1953公里，流域面积67.1万平方公里，其中在加拿大境内分别为748公里和10.4平方公里。主要支流包括库特内河、庞多瑞河、阿卡诺根河、斯瑞克河、亚克莫河、考利斯河及威拉米河。干流多，瀑布多，总落差达820米，大部分河段河流经深谷，其水流量在北美洲仅次于密西西比、马更歇和圣劳伦斯三大河流。从源头起，先向西北流，后南下经不列颠哥伦比亚高原南部，再经美国境内的哥伦比亚高原北缘和西缘，接纳其最大支流斯内克河（长1609公里）后，向西穿过喀斯喀特山脉峡谷区，在俄勒冈的阿斯托里亚要塞注入太平洋。哥伦比亚河流量大，河口年平均流量达7860立方米/秒。水位季节变化小，春季有冰雪融水补给时较高，冬季则较低。河流含沙量小，河谷比降大，基岩抗蚀性强，适宜兴建水利工程。在河口处，海潮可上溯220公里，远洋海轮可直达河口以上179公里处的波特兰港。二．美国哥伦比亚河流水电开发布局美国联邦机构从上世纪三十年代开始，在哥伦比亚河流上修建了29座主要的水坝。联邦修建的这些水坝，不但提供了洪水控制、灌溉、鱼类洄游、鱼类和野生物种的栖息，而且具有发电、航运和娱乐等综合效益。由于这些大型水电站的修建，客观上促进了纵横交错的超高压和特高压输电线路的建设，推动了美国西部电网的发展和与其它电网的联网。同时也促进了非联邦机构修建其余的中下型水坝。美国西北地区的水电系统是世界上最大的水电系统之一，其水电开发、水电布局和水电调度都极为引人瞩目。在联邦修建的29座水坝中，有14座水电站最为关键，详见下表：表1美国联邦机构在哥伦比亚河流上修建的14座水电站１汉格瑞豪斯水电站(HungryHorse)，位于蒙大拿州福里瑞FLATHEAD河流的SouthFork，由美国垦务局１９５２年１０月２９日建成投产。总装机容量２８.５万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，洪水控制，灌溉和渔业。蓄水型水库。平均泄流量３５１７ＣＦＳ，库容为３１６万ACRE-FOOT。-------------------------------------------------２力比水电站(Libby)，位于蒙大拿州福里瑞FLATHEAD河流KOOTENAL河流上。由工程师兵团修建，１９７５年８月１３日投产．总装机容量５２．５万千瓦。主要功能为发电，娱乐，洪水控制，渔业和野生动物栖息。蓄水型水坝。平均年泄流量１１３５０ＣＦＳ，库容１９８万ACRE-FOOT。-------------------------------------------------３奥贝尼水电站（Albeni），位于爱达荷州庞多瑞河（PendOreille）河流上，由工程师兵团修建，１９５５年４月１日建成投产。装机容量２０００千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航行洪水控制，渔业及野生动物栖息。蓄水型水坝。平均年泄流量２５３４０ＣＦＳ，库容１１６万ACRE-FOOT。-------------------------------------------------４大古力水电站（Grandcoulee），位于华盛顿州哥伦比亚河流。垦务局修建，1941年9月28日投产，装机容量649.4万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，洪水控制，灌溉，渔业及野生动物栖息。蓄水型水坝。平均年泄流量107700ＣＦＳ。库容519万ACRE-FOOT。-------------------------------------------------5赤约斯水电站（ChiefJoseph），位于华盛顿州哥伦比亚河流。工程师兵团修建，1955年8月20日投产，装机容量206.9万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，灌溉，渔业及野生动物栖息。径流式水电站。平均年泄流量108000ＣＦＳ。-------------------------------------------------6德挝莎水电站（Dworshak），位于爱达荷CLEARWATER河流上，工程师兵团修建，1973年3月1日投产，装机容量40万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，渔业及野生动物栖息。蓄水型水坝。平均年泄流量5820ＣＦＳ，库容202万ACRE-FOOT。-------------------------------------------------7罗哥瑞乃水电站（LowerGranite），位于华盛顿蛇河上，工程师兵团修建，1975年4月3日投产，装机容量81万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，灌溉，渔业及野生动物栖息。径流式水电站。平均年泄流量49680ＣＦＳ。-------------------------------------------------8力特古斯水电站（LittleGoose），位于华盛顿蛇河上，工程师兵团修建，1970年5月26日投产，装机容量81万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，渔业及野生动物栖息，径流式水电站。平均年泄流量47230ＣＦＳ。-------------------------------------------------9罗玛门特水电站（LowerMonumental），位于华盛顿州境内哥伦比亚河的支流蛇河上，工程师兵团修建，1969年5月28日投产，装机容量81万千瓦。主要功能为发电，娱乐，航运，灌溉渔业及野生动物栖息。径流式水电站，平均年泄流量47670ＣＦＳ。-------------------------------------------------10爱斯哈宝水电站（IceHarbor），位于华盛顿州境内哥伦比亚河的支流蛇河上。工程师兵团修建，1961年12月28日投产，装机容量60.3万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，渔业及野生动物栖息。径流式水电站。平均年泄流量47680ＣＦＳ。------------------------------------------------11麦克乃瑞水电站（McNary），位于华盛顿和俄勒冈交界的哥伦比亚河上。工程师兵团修建，1953年11月6日投产，装机容量98万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，渔业及野生动物栖息。径流式水电站。平均年泄流量169800ＣＦＳ。------------------------------------------------12约翰戴水电站（JohnDay），位于华盛顿和俄勒冈交界的哥伦比亚河上。工程师兵团修建，1968年7月16日投产，装机容量21.6万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，渔业及野生动物栖息。径流式水电站。平均年泄流量172400ＣＦＳ。------------------------------------------------13达拉斯水电站（TheDalles），位于华盛顿和俄勒冈交界的哥伦比亚河上。工程师兵团修建，1957年5月13日投产，装机容量178万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，渔业及野生动物栖息。径流式水电站。平均年泄流量177900ＣＦＳ。------------------------------------------------14邦德威尔水电站（Bonneville），位于华盛顿和俄勒冈交界的哥伦比亚河上。工程师兵团修建，1938年6月6日投产，装机容量105万千瓦。主要功能为：发电，娱乐，航运，渔业及野生动物栖息。径流式水电站。平均年泄流量183300ＣＦＳ。------------------------------------------------通过科学家多年的研究，美国建立了准确的预报模型，能够准确预报未来一段时间内的降雨量，同时也能准确地预报这些降雨量将在哥伦比亚河流中形成多少流量，同时也由于美国对西北地区的水资源循环建立了准确的天气预报系统，所以可以使该地区的河流调度达到最优化的程度，从而使哥伦比亚水电开发产生最佳的综合效益。美国的若干机构都需要并参与哥伦比亚地区的降雨量和河流流量的预报。这些机构是：美国工程师兵团、美国垦务局、加拿大不列颠哥伦比亚水电局、哥伦比亚河流预报中心、美国天气预报河流预报中心、美国地质测量组织、美国自然资源保护中心、哥伦比亚河流管理公司、西北电力库。美国工程师兵团管理着联邦14座水坝中的12座，同时也承担着与加拿大大不列颠哥伦比亚水电局合作调度哥伦比亚河流的责任。此外，美国工程师兵团也总揽着哥伦比亚河流的洪水控制（既包括哥伦比亚河流上美国的水坝也包括加拿大的水坝），同时，还对哥伦比亚河流上所有的航道的航行安全、娱乐旅游和灌溉等负责。美国垦务局则负责运行大古力和汉格瑞豪斯水坝，这是美国境内哥伦比亚河上最关键的两座水库。三．美国哥伦比亚河流域梯级水电开发特点水电开发到底应该怎么开发，很多人都知道是“梯级开发”，然而光用四个大字来指导我们的水电开发，虽说完全正确，但总是让人感到太概念化，太笼统。我们需要更为细化的水电开发战略。作为美国水电开发的经典，哥伦比亚流域的水电开发有很多的特点，由于笔者学识有限，现简单总结如下，不当之处还请有关专家多多指正。（1）美国水电站在开发过程中特别重视调节性水库与径流式水库的协调问题，实践证明，这是非常有远见的。哥伦比亚河流及其支流所修建的水坝被美国人分为两种类型，一种是蓄水型（STORAGE），也称具有调节能力的，另一种叫作径流式（RUN-OF-RIVER）。蓄水型的水坝，目的是对水流进行调节，使其下泄水流贴近用电、用水需求，同时提供洪水控制。其具体原理就是雨水和雪水融化以后被蓄积在水库里，在需要的时候再放流下泄。通常的情况下，蓄水型水坝是将夏季的水蓄积起来到冬季使用，并在来年的汛期到来前，将水库腾空。但蓄水型水库最大的问题是会影响鱼类的生存，因此，往往就需要通过泄水建筑物（如溢流坝、泄水洞，但不包括引水发电建筑物）放一些水，帮助鱼类“通过水坝”游向大海。值得一提的是，在欧洲，按照水库的蓄水特性，可以分为径流式、塘坝式和蓄水型三种模式。所谓塘坝式是指具有一定蓄水能力但比蓄水型水库蓄水量小的水库。修建蓄水型水坝的优越点是可以提供防洪和枯水期发电功能。在汛期将水蓄满，然后在平水和枯水期，将水慢慢下泄，这样一来下游的一系列水电站都可以发电。因此，蓄水型水坝的调度一天之内，甚至一月之内变化都比较大。美国人认为，一座蓄满水的水库和一座接近死水位的水库，二者