日本黑部大坝建设回顾

黑部大坝地处海拔1 300 m的高原地带，位于日本湍急的黑部川河流上游附近，为双曲拱坝。该坝建于1956年，是当时世界第一高坝，也是当今日本第一高坝。

战后日本全力恢复经济、发展民生，电力需求增长较快，然而当时的电力系统却无法满足这一点。一段时间以来，关西地区实行大面积限电政策，到20世纪50年代，电力供应不足问题已备受社会关注。人们普遍认为火电已不能解决燃眉之急，急需利用水电站对电力需求波动进行调节。在此背景下，制定出在黑部川上游兴建梯级水电站的方案。尽管当初认为黑部坝址是进行水电开发的最佳地点，但曾因地形险峻、气候恶劣而放弃。黑部水库建成后，黑部川流速变得更为平稳，全年水量充足，为下游梯级水电站开发创造了有利条件。目前黑部川河上的10座水电站全部归关西电力公司所有并管理，总装机容量为892.7 MW。

1 大坝特点

黑部大坝所在的黑部川水系属A类水系，该河全长约85 km，流域面积为682 km2，流域平均坡降为1/40，水流向北流入日本海。地处黑部川上游的黑部峡谷大部分位于自然风光迷人的中部山岳国立公园内。黑部拱坝工程主要特点如下:

(1)水库。流域面积184.5 km2，1963年完建。总库容1.993亿 m3，有效库容1.488亿 m3，水库面积3.49 km2。

(2)大坝。坝高186 m，坝顶长492 m，为双曲拱坝。

(3)溢洪道。溢流阀为豪厄尔－本格(Howell－Bunger)阀，坝顶溢洪道宽11.5 m，有10个闸门。设计洪水1 260 m3/s。

(4)发电设施。引水式发电，最大出力335 MW，最大发电流量为72 m3/s，最大有效水头545.5 m。引水系统长10 909 m，主引水道为压力管道，直径4.8 m。压力管道内径3 030～3 070 mm，厚28～51 mm，长771.05 m，采用冲击式水轮机。由2台单机95.8 MW和2台单机95 MW的水轮机构成。

黑部川上游地区雨雪天气极为频繁，为日本降水量最为丰富的地区之一，年均降水量在4 000 mm以上，冬季降雪充沛。丰富的降雨及融雪使黑部川水源充足，蕴藏着巨大的水能资源。

黑部大坝建于陡峭的山区峡谷之间，两岸某些山顶海拔高达3 000 m。尽管日本历史悠久，但在开发大坝前，该地区尚属人迹罕至、有待探索之地。

在地质构造方面，大坝基岩主要为花岗岩，同时伴有火成岩，其分布范围较小或呈脉岩分布，如石英斑岩、混杂岩、斑状花岗闪长岩及煌斑岩等。基岩形成不同大小的节理及碎裂带。在大坝设计之初，进行了大量地质调查、钻探研究以及其他地质评价，以确定坝址的地质状况。

2 设计

鉴于大坝的地形、地质条件，结合安全及经济指标，最终将坝型确定为混凝土双曲拱坝。结合大坝施工初期调查的岩石条件及试验结果，对原设计方案作过数次修改。

黑部大坝主要建筑物共分为三部分，基于斜拱结构理念将中心主坝设计成混凝土双曲拱坝。主坝采用斜拱设计的原因是由于两岸坝肩上部岩石强度较低且应变较大。

除大坝上部基岩存在地质问题外，紧邻大坝下游的两岸区域冲沟发育。为解决左右坝肩基岩的渗漏问题并提高其稳定性，在两岸高程1 390 m处均修建了翼坝，其轴线几乎与拱坝垂直，使水库蓄水线更靠向上游。同时，在拱坝与翼坝之间设有横缝并安装键槽，以保证彼此互不影响。

为减少洪水下泄对上游基岩的振动作用，泄水设施采用豪厄尔－本格阀。泄洪道出水口对下泄激流能起到消能作用。由于利用豪厄尔－本格阀容易控制下泄水量，因而下泄洪水对游客而言极具观赏性，且预先设定好的下泄流量可维持河流下游的景观。

3 施工

黑部大坝及黑部川第四发电厂工程，不仅涉及到修建一座巨型大坝，位于黑部峡谷上游的发电厂也是世界上最大的大型地下发电厂之一，且具有鲜为人知的地下自然景观。

如此大型的复杂工程理应成为关西电力公司未来发展的关键。工程当时耗资513亿日元，耗时7 a。在施工过程中克服了诸多困难，尤其是在落实建设资金、制定国家公园自然环境保护措施以及确保物资运输线路畅通方面。

首先，项目融资不仅包括关西电力公司的自有资金及公司债券，还包括世界银行133亿日元贷款。其次，在国家公园内施工须具备一定条件，包括采取一系列自然环境保护措施，如调压室、发电厂及开关站等施工都必须完全在地下进行，这在日本是史无前例的。

此外，须保证施工材料运输线路准时、畅通，包括在右岸开挖一条通往长野县大町市的过山隧道(长5.43 km的官田隧道)作为主要货运通道。隧道开挖过程中，曾因遇到富含承压水的破碎带而一度停工，1958年，采取了各种对策才攻克难题，隧道得以顺利通车。

混凝土施工采用28 t缆索吊车及9 m3吊斗，浇筑过程中采用振动碾压设备进行平整碾压，浇筑层高为3 m。1960年，黑部大坝混凝土施工创造了当时月浇筑量14.7万m3及最大日浇筑量8 653 m3的世界纪录。

为确保大坝运行安全、积累大坝设计经验，在坝体及坝基基岩中埋设安装了摆锤、位移计、应变计、温度计和加速度计等多种监测仪器，以便测量坝身及坝基的各种变化。首次蓄水至今50 a来，从未中断过大坝监测工作，并从监测结果中总结了大量宝贵经验。

4 旅游环境

大坝施工期间，设计者采取一系列措施来保护自然环境，并为游客提供各种观光设施。工程竣工后，游客可重返黑部峡谷畅游。这里不仅保留了原有陡峭峡谷等自然景观，还修建了观景台、休闲长廊及旅馆等相关设施，以方便游客观光。正是有了这些措施，黑部大坝及其周边环境成为日本最受人欢迎的游览胜地，观光游客年超百万。