加拿大约翰哈特水电站改造工程



加拿大约翰哈特水电站改造工程

摘要:加拿大约翰哈特水电站改造工程进展得十分顺利。日前，卑诗水电公司发布了一份进展报告，解释公司如何制定计划，以将水电站改造成为效率高、抗震性能优良以及能持续不断地提供清洁能源的水电设施。对约翰哈特水电站的背景及现状、实施改造所需审批手续的申办过程、改造方案的研制、改造施工的组织及施工团队以及工程将会发挥的作用与产生的社会和经济效益等情况下作了介绍。

关键词:水电站;改造工程;可行性研究;约翰哈特水电站;加拿大

1　工程概述

2013年9月，《国际水电与大坝建设》(IWP＆DC)杂志曾开辟专栏，介绍加拿大约翰哈特(John Hart)水电站改造工程的一些情况。如今，卑诗水电公司(BC Hydro)已委托承包公司InPower BC来解决这座老旧水电站的三大问题。

已有67 a历史的约翰哈特水电站位于坎贝尔(Campbell)河水系、温哥华岛(Vancouver Island)上，该水电站目前主要面临以下几个问题。首先，水电站厂房及导水管可能无法承受中小规模的地震。其次，6台发电机组老化严重，发电能力持续下降。此外，是环境风险方面的问题，一旦出现设备故障，将会导致水电站部分机组关停并引发河道流量减少，这样将对下游鱼类栖息地产生不利影响。

事实上，温哥华岛正是位于卑诗省最活跃的地震带之内，而坎贝尔河高达95%的流量来自水电站的尾水。同时，约翰哈特水电站所在的101．15 hm2(250英亩)土地处在埃尔克瀑布省级公园(Elk Falls Provincial Park)的包围之中，令问题变得更为复杂。任何施工作业都必须同时考虑到各种社会和环境因素，包括:

(1)商业筏流与潜游;

(2)每年超过75 000人次在附近的小道上休闲散步;

(3)取自导水管的水源为35 000人的家庭提供生活用水;

(4)土著印第安人历史遗迹;

(5)河道内栖息着几百种鱼类，更被誉为“世界鲑鱼之都”。

2　监管审批

与改造工程相关的所有审批手续都已经完成，设备采购程序也已于2014年2月顺利结束。卑诗水电公司采取了以往从未实施过的采购策略，这也可能是在北美地区首次将“公私合作伙伴关系模式”(public－private partnership)运用于水电项目建设。由SNC－Lavalin、爱康建筑集团(Aecon)、Frontier－Kemper等公司合作组建的InPower BC赢得了此次竞标。

卑诗水电公司约翰哈特工程的首席联络官史蒂芬·沃森(Stephen Watson)指出，“工程已采用了公私合作伙伴关系模式，承包商负责设计与施工，并负责部分资金的筹措。InPower BC在设计方案中有很多创新。2014年春季开始施工，到2018年竣工投产，从那以后的15 a运营期里，卑诗水电公司将根据水电设施的性能，将40%的融资款偿还给InPower BC。在这15 a里，InPower BC将与卑诗水电公司协商每年的维护计划，而卑诗水电公司也将自始至终拥有对这项水电工程的运营权。”

约翰哈特项目的投资总额为19．93亿加币，建设周期将长达5 a，这将有助于坎贝尔河地区的经济增长。到2015年春季，工程所需的工人数量将增加至200人。而在2016年施工高峰期，工地的人数将有360人左右。

项目完成之后，将会增加许多新的设施，且不会影响到外观。新建的水电站取水口将沿着大坝方向上移300 m，使之更加靠近混凝土溢洪道坝段。施工阶段无需降低水库水位，将在上游修建围堰，新修的取水通道将穿过一处混凝土块再通向地下。长2．1 km的隧洞将替换原来长1．8 km的导水管，流量可达到124 m3/s。

隧洞高8．3 m，宽8．1 m，将从厂房开始向大坝方向施工。尾水隧洞高10．7 m，宽为6．5 m，用以连接厂房和坎贝尔河。在地下厂房内共布置3台发电机组，与原来的厂房相距600 m。导流通道从地下进入厂房，距离地面60～70 m，流入高38 m的地下洞室。有了这个导流通道，一旦发电机组关停，恢复水流所需的时间将从现在的1 h减少到只要几秒钟。地面上唯一可见的设施是位于调压塔上游的2座地下设施入口，以及坐落于岩石之间的出水口，尾水从埃尔克瀑布峡谷(Elk Falls Canyon)入口处排入河道。

沃森指出，卑诗水电公司的目标是通过一些技术手段，修建一座高效、可靠以及抗震性能优良的设施，以创造出源源不断的清洁能源。这个目标通过该项工程已经得以实现，当地的整个社区都可以从中受益。

3　工程视角

原有的发电设施每年仍将继续贡献9．4%的发电量。改造后的约翰哈特水电站装机容量为13．22 万kW，比原来的装机容量增加了8．47%。新增的发电量主要得益于水轮机及发电机组效率的提高。最终，约翰哈特水电站的发电量将从原来的7．78亿kW·h增加到8．35亿kW·h，可以满足大约8万户家庭的电力需求量。

在施工期间，原有的发电设施将继续运行，直到完全转移至新的设施之后才会退役。对于InPower BC而言，前18个月的施工有如采矿一般，需要开挖大约30万m3的岩石，这一开挖量足够填满120个在奥运会上使用的游泳池。卑诗水电公司将严格控制爆破过程，制定地动及震动指南，以保护原有脆弱的导水管及发电机组。InPower BC在现场安装了5个监控传感器。

2014年秋季开始实施岩石隧洞的开挖，每天都有1～3次爆破作业。爆破作业采取2班轮值制，每班都需要清除300～500 m3的岩石，大约相当于3～4 m的隧洞直线长度。开挖出来的岩石将借助于6 ～8台串联式自卸卡车运离现场。该工程在征询过程中达成了一项协议，所有多余的石块将提供给当地的2个印第安民族使用。

预计隧洞大部分区段都是相对巨大和完整的火成基岩，这种岩质的岩石有着良好的水力传导性，即低渗漏率;部分地区可能会存在岩石破裂的问题，但岩性应该不是太差。目前，InPower BC已经制定出了相应的方案，以处理渗漏与岩石质量问题，包括喷混凝土、设置锚杆、铺混凝土底板以及钢衬等。

由于现在已将尾水的排放改为排入埃尔克瀑布峡谷入口的水池中，按照卑诗水电公司的要求，In-Power BC将确保河水在流经下游一座小岛时实施五五分水。尾水洞出口部分为混凝土结构，用以引导水流方向。在该项工程施工过程中采取的最重要的环保措施是，保证河水在法斯特岛(First Island)实现分流。这一举措主要是为了保护鱼类栖息地，但同时也是考虑到了河道的休闲娱乐功能。该项工程不会在取水许可上改变卑诗水电公司的水电运营项目，因而不会对水情造成任何变化。

坎贝尔河市当地的供水水源来自于约翰哈特水库，并直接从卑诗水电公司的3根导水管取水。卑诗水电公司与该市市政签署了一份谅解备忘录，以使公司与市政基础设施完全独立，并从约翰哈特水库向该市供水。从2015年初起，该市将投资1 700万加币，用于新修一条独立的自来水干管，以连接调压塔附近的自来水处理厂;干管沿着当地公路铺设，并最终进入约翰哈特水库。

白色的调压塔已不再需要。由于南塔上装有通讯设备，同时也是作为当地机场的目视导航辅助设施，因而仍将得以保留，而其余的设施则都将被拆除。导水管也将被移除，而原有的发电站将退役并被夷为平地。

与原来的水电站相比，新的水电站将更加靠近大坝、转入地下并远离河道，因而在工程设计时就已经同时考虑到了社区因素，比如人行走道及亲水体验。原有的导水管地带将恢复为森林植被。此外，由坎贝尔河扶轮社(Campbell River Rotary Club)筹资修建的埃尔克瀑布吊桥，也将于2015年初竣工。

沃森表示，所有人都因为施工进展以及隧洞开挖而感到兴奋不已。出于公共安全及公共资源利用的考虑，至2014年初，卑诗水电公司用了大约1 a的时间完成施工场地的准备工作。从春季开始，In-Power BC加快了施工速度。到2018年竣工为止，这项工程都将吸引世人的关注，这不仅是因为工程现场的各种挑战，还因为其周边的环境以及公共资源得到了最大化利用。就目前而言，各项工作都能够协调推进，因此，卑诗水电公司也希望这种局面能够一直保持下去，直至工程竣工。

(蔡金栋白韧编译)

试验与研究

收稿日期:2015-05-15

文章编号:1006-0081(2015) 07-0016-02

中图法分类号:TV738

文献标志码:A