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賴索托高原調水工程

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由賴索托王國和南非共同興建的大型工程-賴索托高原調水工程(LHWP)將流經賴索托的奧蘭治河上游支流森克(Senqu)河向北引水到南非的奧蘭治河北岸支流法爾(Vaal)河流域。目的是提高南非的供水能力,以滿足包括約翰內斯堡和比勒陀利亞在內的加廷省日益增長的用水需求,同時使賴索托實現電力自給。工程於1990年開工,計劃分期興建6座大壩、4條大型隧洞和3座泵站,工期估計約30年,到2020年全部工程建成時,賴索托向南非的輸出水量為70m/s,水電裝機容量18萬kW。預計工程總費用將超過40億美元。

1 賴索托高原調水工程 -賴索托高原調水工程

  Lesotho Highlands Water Project

2 賴索托高原調水工程 -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劃。
  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。

3 賴索托高原調水工程 -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。

4 賴索托高原調水工程 -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。

5 賴索托高原調水工程 -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接,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件。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接,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。
  大壩設置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,首次供水按計劃從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。

6 賴索托高原調水工程 -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。
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