賴索托高原調水工程
Lesotho Highlands Water Project概 述
興建這項工程的原因,是由於南非威特沃特斯蘭德-約翰內斯堡周圍的主要居民區和工業區,缺少可靠的和可以進一步擴大的供水水源。目前,該地區從法爾河流域取水,但該流域的供水量不足以滿足日益增長的工業和城市給水的需求。早在20世紀50年代,就首次研究了從森克河調水以增加法爾河水量的可行性計畫。森克河及其支流從賴索托高原向南流,然後向西(稱奧蘭治河)流經1500km之後注入大西洋。賴索托高原經森克河流出的流量約115m/s。興建賴索托高原工程的目的,旨在最終將其中70m/s的流量送到南非,並用以滿足賴索托的電力需求。目前,賴索托只利用了森克河水資源的一小部分,即使考慮到最大規模的人口增長及經濟發展,可資利用的水量是足夠的,輸出這部分水量是容許的。
工程設計
兩國政府於1978年對調水工程的可行性進行了認真研究之後,1983年由賴索托的拉邁耶-麥克唐納國際財團(Lahmeyer-MacDonald)和南非的奧利弗尚德公司(Oliver Shand Corp)著手進行更詳細的可行性研究。經研究,提出了與充分開發賴索托高原相結合的奧蘭治-法爾河調水的最佳方案。工程施工
工程分4個主要階段施工,到2020年建成。第一階段又分為IA和IB2個階段。每一階段工程投運時間同南非預測的需水量相一致。施工階段IA需建如下幾項主要工程:①交通道路及基礎設施建築物;②卡齊壩,該壩將形成整項工程的主要蓄水庫;③第一條引水隧洞,從卡齊壩通至穆埃拉工程壩址,長45km;④穆埃拉水電站一期工程及穆埃拉壩(形成尾水池);⑤第一條向南非輸水的輸水隧洞,長37km,從穆埃拉水庫至阿什河(法爾河流域);⑥施工階段IB和Ⅱ兩部分的終點建築物。
施工階段IB需建莫哈萊壩及聯接莫哈萊水庫至卡齊水庫的自流式輸水隧洞;馬楚庫引水堆石堰,在這裡通過另一條聯接輸水隧洞將水從馬楚庫河引至卡齊水庫。
在施工階段Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,將建幾座泵站,將更多的流量向北引入卡齊水庫。森克河東部的流量實際上將因此而倒流。
IA階段各工程施工概況
施工階段Ⅰ業已按兩國政府於1986年10月24日簽訂的雙邊條約開始施工。IA施工階段的各項工程已於1995年完成並投運。卡齊壩
卡齊壩是賴索托高原調水工程的關鍵工程,大壩為混凝土雙曲拱壩,壩高185m,壩頂長710m,混凝土方量232萬m。水庫總庫容為19.5億m,初期有效庫容17.59億m。尾水反調節壩為17m高的混凝土重力式溢流壩,混凝土量為7.9萬m,形成消力池。卡齊壩於1995年9月開始蓄水,電站第一台機組於1996年底正式發電。
卡齊-穆埃拉引水隧洞
從高原拔地而起的馬盧提山脈由大約1億9000萬年前形成的大致水平的玄武岩溶岩組成。玄武岩流層厚度為50mm~70m不等。在玄武岩流的上、下邊緣帶一般含有杏仁狀構造,其中充填有次生礦物如沸石、方解石及石英。在邊緣帶以內杏仁狀構造消失,甚至變為粗玄岩狀。馬盧提山脈海拔在3000m以上,地形複雜,氣候多變。引水隧洞海拔高程大約在2000m。該地區的主要特點是地殼穩定,無重大構造運動的歷史,一般裂隙發育稀疏,間距很大。一些粗玄岩及無杏仁狀構造的玄武岩時常表現為非常破碎的狀態。玄武岩覆蓋在沉積岩層上,其中包括含煤層。局部地區還遇到埋藏有沼氣的情況。
引水隧洞在取水口、佩拉嫩、赫洛澤到穆埃拉4處,建有4條施工支洞,長度由300~2000m不等。隧洞長45km,除7處轉彎外,其餘均為平直段。為便於隧洞掘進工作,轉彎處半徑均不小於500m,隧洞總高差計70m。
引水隧洞開挖採用了3台隧洞掘進機(TBM),其中羅賓斯系列160型2台,阿特拉斯公司MK15型1台。阿特拉斯TBM從卡齊壩取水口向北掘進,長10.7km;兩台羅賓斯TBM分別從穆埃拉隧洞出口和中間區赫洛澤施工支洞向南掘進,開挖長度為17.5km和17.4km。
在隧洞掘進中對玄武岩進一步取樣測試顯示地下水位有下降的趨勢,使得隧洞全程採用30cm厚的混凝土襯砌。
賴索托高原開發局負責引水隧洞的施工,開挖工作於1992年4月開始,並於1994年9月結束,隧洞開挖直徑5.0m。
穆埃拉-阿什輸水隧洞
輸水隧洞穿過比較堅硬的砂岩,但該砂岩地層的地質條件向北趨向惡化,變成砂岩、頁岩和粉砂岩互層。輸水隧洞分南、北兩段,南段在賴索托境內,長約16km,從穆埃拉水電站尾水池的進水口至南非國境線上的卡勒登河,北段長21km,穿過國境線引入阿什河。整條隧洞在恩柯伊河、卡勒登河和小卡勒登河下面穿過,由南非卡勒登河隧洞工程局負責施工。
輸水隧洞採用1台羅賓斯系列180型和1台溫斯公司的TBM進行開挖。羅賓斯TBM承擔輸水隧洞南段的掘進,分3段開挖,並在後期通過2座用掘進加爆破方法施工的虹吸式過河設施連線,其中4.5km隧洞段採用混凝土襯砌,在河底下立體交叉段採用鋼板襯砌,隧洞開挖直徑5.1m,襯砌直徑4.5m,已於1995年完工。輸水隧洞北段從泥岩中通過,大部分由溫斯公司的TBM施工,並採用紐荷塞和羅威格公司的附屬檔案。北段2段施工,首段從卡勒登河北進深入南非境內,完工後從另一端換向作業,2段通過小卡勒登河下採用挖方填方方法施工的虹吸段連線,隧洞採用混凝土預製塊襯砌。北段開挖於1992年初開始,1995年完工。
穆埃拉水電站
穆埃拉大壩建在賴索托的恩柯伊河上,為雙曲混凝土拱壩,壩高55m,壩頂長約135m,大壩現澆混凝土方量6.5萬m,分273個壩塊澆築。大壩形成一個水頭可調節的水庫,蓄水可達600萬m。電站主廠房修建在山體內部,長59m、寬15m、高30m,安裝3台豎軸混流式水輪發電機組,總裝機7.2萬kW。
大壩設定有反弧形壩頂溢洪道和泄水底孔。輔助建築物還包括進水塔、上游隧洞、尾水隧洞、旁通隧洞、尾水池等。大壩於1994年3月開始施工,工期為47個月,蓄水時間定在1997年末。工程於1997年6月底開始調水,首次供水按計畫從1條旁通隧洞流入輸水隧洞。
另外,施工階段IB的莫哈萊-卡齊隧洞的終端建築物及施工階段Ⅱ的瑪賽-卡齊泵站出口都將在施工階段IA施工,因為這些建築物的位置都將被卡齊水庫淹沒。
環境問題
對賴索托高原調水工程的社會和環境影響,現在正在進行深入研究。主要不利影響是土地淹沒損失。在施工階段IA,卡齊水庫淹沒耕地6km和牧場26km。在其後各個施工階段亦將有類似的損失。同工程規模比,土地損失是很少的,但是,由於賴索托面積小,這種淹沒損失還是比較嚴重的。卡齊水庫區淹沒人口近2000人,賴索托已經沒有可資利用的耕地,不可能有足夠的土地安置移民。除土地淹沒損失外,水庫直接的不利影響很小。