美国萨维奇拉皮兹坝的拆除

[美国]R.D.本尼克 R.汉密尔顿 J.雷汀

许 亮 译自英刊《水力发电与坝工建设》2010年第1期

萨维奇拉皮兹坝建于罗格(Rogue)河上,距美国俄勒冈州格兰茨帕斯(Grants Pass)市上游约 8 km。修建该坝的目的是通过坝顶上的叠梁将罗格河水位季节性抬高3.4 m。该坝库容充足,有效保障了重力渠首建筑物和液压动力泵站的运行。虽然该坝距太平洋只有172 km,但直到2009年10月在其建成以来的 88 a中,它始终都是多种鲑鱼洄游的障碍。

大坝最初于1921年2月由私人开发商出资兴建,其目的是疏导河流,灌溉周边近73 km2的土地。由于经济原因,实际灌溉面积从51 km2下降到 31 km2。

目前罗格河溯河产卵鱼类物种繁多,如钢头鳟、大马哈鱼和银鲑。1997年,美国海洋渔业局(NMFS)根据濒危物种法案将南俄勒冈/北加州(SONCC)的银鲑列为受威胁物种。萨维奇拉皮兹坝被认为是影响罗格河鱼类迁徒的一个主要障碍。

1 大坝概况

该坝为格兰茨帕斯灌区(GPID)主要灌溉分流设施,由该灌区拥有、运营和维护。1949年,GPID寻求联邦援助,以修复坝顶闸门和安装拦鱼栅网。美国国会随后指示垦务局解决了大坝所存在的这些问题。

大坝为钢筋混凝土重力结构,具有多拱分流设施。该坝总长为142 m,由以下几部分组成:右坝肩处的北鱼梯和泵站,跨越河道的溢流段或泄洪道,以及左坝肩处的重力渠首建筑物和南鱼梯。泵站使用液压驱动的水泵通过一个直径1m的管道为左右两侧河道供水。大坝从坝基到溢流段混凝土坝顶的结构高度为10m。

大坝的溢流段长120m,溢流段从重力渠首建筑物延伸到泵站,由16个溢流槽组成。每个溢流槽由一个 61 cm宽的闸墩或支墩隔开,按 8 m中心距布置。右侧(面向下游)的溢流槽设于河道最深部分,由大坝多拱部分支撑,每个溢流槽由一拱支撑。大坝多拱部分(包括一条长约 8 m的下游混凝土护坦)的最大底宽约26 m。左侧溢流槽由大坝重力部分支撑,最大底宽约 9 m。这些溢流槽都建在基岩上。

2 大坝修复工程

1953年 4月,垦务局对大坝进行了修复,安装金属叠梁闸门取代大坝溢流段的原坝顶闸门。大坝的初始设计并不包括泄水建筑物。在进行大坝修复工程中,拆除了左侧的两个溢流槽,重新开挖了坝基,重建了溢流槽,以安装用于泄水建筑物的2个5 m宽、2 m高的顶密封弧形闸门。在新弧形闸门上游和下游也开挖了导流渠。安装这些弧形闸门的目的是降低库水位,并替换拆除的叠梁闸门。1957年8月,垦务局新建了带拦鱼栅网的泵站进水口。

3 鱼道和拦鱼栅网

自萨维奇拉皮兹坝开工以来,鱼道和拦鱼栅网问题就一直倍受关注。右坝肩鱼梯(北鱼梯)的建设与大坝同步进行。但是,北鱼梯的下游入口被现有泵站所遮蔽。1934年在左坝肩修建了第2个鱼梯(南鱼梯),试图改善鱼道。这种鱼梯已经过时,不符合 NMFS和俄勒冈州鱼类与野生动物署(ODFW)的现行标准。

工程师曾经尝试在抽水灌溉的引水设施中加装拦鱼栅网,但一直没有获得成功,直到1958年才在泵站进水口处增建了拦鱼栅网,但这些拦鱼栅网并不符合现行标准。20世纪70年代末又对鱼道进行了改进,以减少鱼类通过时的损伤,但鱼道问题一直存在。在水流量较大时,鱼往往会跳出鱼梯,搁浅在下游的岩石上。在水漫过堤坝时,特别是水流量较大时,在鱼梯入口处水流会冲散成鱼群。

1971年,美国国会授权垦务局进行可行性研究,以解决遗留的萨维奇拉皮兹坝鱼道和保护问题。专家对大坝进行了可行性研究后提出了一些建议,包括更换北鱼梯。最终对北鱼梯的改造因为预算大大超支而放弃。拆除大坝成了最终的解决方案。

根据垦务局的可行性研究,大坝的拆除工作于1988年10月启动。最终的环境影响报告于1995年 8月发布。

规划报告指出改善鱼道和保证灌溉流量的最低成本方案是:拆除大坝,在左右两侧河道分别修建一个泵站。另外也考虑了其他方案,包括保留大坝方案,修复液压驱动泵站及新建拦鱼栅网。

4 大坝拆除

1998年,NMFS向联邦法院提起申请,要求GPID停止施加于银鲑的违法行为。俄勒冈州也针对该问题对 GPID提起了相应的诉讼,其中要求其解决大坝鱼道问题。这些涉及法律的行为,最终导致2001年 8月美国联邦法院责令 GPID拆除萨维奇拉皮兹坝。最终决策如下:

(1)加固河流南侧的抽水设施;

(2)新建一条管道桥,将水从泵站输入河流北侧的水道;

(3)拆除大坝的主要部分(16个溢流槽中的10个)。

2004年,美国国会授权垦务局对大坝进行拆除,但是直到2006年才提供了拆除所需的前期资金。

垦务局于2006年 8月将大坝拆除工程的合同授予给斯莱登建筑公司。2006年10月开始了大坝的拆除工作。

在大坝局部拆除和新建分流设施的过程中,必须确保罗格河鱼道和水流畅通。大坝和现有泵站必须不间断运行,直到新的分流设施建设完成。在新的分流设施开始运作后,大坝拆除工作才能启动。新建泵站和管道桥的工作于2006年启动,并于2009年灌溉季节内完成。

大坝局部拆除工作于2009年 4月启动,泄水建筑物用于右坝段的围堰施工时降低库水位。渔业部门要求水库泄水并于 4月初开始围堰的施工,以减少对大马哈鱼春季洄游的影响。一旦围堰竣工便关闭泄水建筑物,以抬高大坝左侧库水位,维护通过南鱼梯的鱼道。泄水建筑物需要排放过剩的河流流量,并维护通过南鱼梯的鱼道。之后,用带有液压锤的挖掘机将右坝段完全拆除。然后用液压锤砸碎混凝土溢流堰,并清除石碴。

直到2009年灌溉季节结束,在完成右坝段的拆除工作之后,才开始左坝段的拆除工作,以防水库泥沙损坏新的泵站。此外,2009年10月初将河水引至右侧河道,以将对大马哈鱼、银鲑洄游的影响减至最小。

2009年10月,水库通过泄水建筑物再次泄水,围堰拆除。河流低水位便于无需修建第2座围堰便可拆除左坝段的其余部分。穿过上游水库泥沙开挖一条大型试验河道,以便将河水从泄水建筑物引至右侧的原河道,并流过大坝的拆除部分。专家预计,一旦大坝被拆除,水库泥沙被冲,河水便会返回到右侧原河道。预计水库泥沙会在冬汛时完全冲向下游。当穿过原坝址的永久鱼道恢复后,河水便会转向右侧河道。部分大坝拆除工作于2009年11月完成。

在工程开工以前,垦务局成立了一家协调小组,成员包括来自管理机构、GPID、俄勒冈州水域监管组织和承包商的代表。成立该小组的目的是确保所有各方在工程建设过程中保持沟通,并确保在对施工进行必要的调整时能步调一致。协调对项目的顺利实施必不可少。

新泵站和跨河管道桥建在左坝肩,南鱼梯的紧下游。新泵站的进水口建在上游河道浅滩的紧上游,以利用罗格河水流缓慢和水深的优势。新泵站配置了12台立式涡轮泵,能将河水输送到罗格河两侧的水道。泵站通常在每年5月中旬至10月中旬的灌溉季节运作。

5 环境影响因素

在大坝拆除工程中,必须要考虑各种相关环境因素。泥沙处理计划的基本原理是:大坝一旦被拆除,河流便能恢复到自然冲淤状态。初始侵蚀阶段出现在灌溉季节末期,可避免在新泵站建成前和每年上游银鲑迁徒前产生新的问题(以对渔业的影响减至最小)。主要的泥沙侵蚀阶段预计发生在2009年冬汛。

在水库淤积的153m3的泥沙中,近134km3的泥沙淤积在水库右侧一个 8m深的砾石滩中,这一段在原河道最深部分的大坝正上游。为了防止泥沙侵蚀损坏新泵站的进水口,在灌溉季节结束后,拆除大坝,河水转入右侧河道。拆除大坝计划还考虑了每年鲑鱼的迁徙情况,以减少对鱼类的影响。

6 结 语

新泵站和管道桥工程于2006年启动,并于2009年的灌溉季节完工。泵站开始运行后,2009年4月大坝拆除工程展开,2009年11月完工。

大坝拆除的最大受益者是罗格河中的溯河鱼类物种,包括受保护的银鲑。GPID正依监管要求更换陈旧的抽水设施和不符合安全要求的拦鱼栅网。新建引水设施和拆除大坝的工程成本预算为 3930万美元,其中美国俄勒冈州流域管理局出资 300万美元。