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阿斯旺高壩建於1960年~1970年,歷時10年耗資近10億美元,運用了相當於大金字塔17倍的土石方(4300萬米3)。大壩建成后壩高111米。3830米。尼羅河被攔腰截斷,在大壩以南形成一座巨大的人工湖--納賽爾水庫,但是阿斯旺高壩建成后,也產生了環境問題,愈來愈引起有關專家的關注。

1 阿斯旺高壩 -簡介

阿斯旺高壩阿斯旺高壩
阿斯旺高壩位於埃及境內的尼羅(Nile)河幹流上,在首都開羅以南約800km的阿斯旺城附近,是一座大型綜合利用水利樞紐工程,具有灌溉、發電、防洪、航運、旅遊、水產等多種效益。 

大壩為粘土心牆堆石壩,最大壩高111m,當最高蓄水位183m時,水庫總庫容1689億m3,電站總裝機容量210萬kW,設計年發電量100億kW•h。 

工程於1960年1月9日開工,1967年10月15日第一台機組投入運行,1970年7月15日全部機組安裝完畢並投入運行,同年工程全部竣工。 

壩址位於阿斯旺老壩上游7km處的水庫回水區內,水深約30~35m。壩址河谷寬約500m,兩岸邊坡下陡上緩,高出河底100m處的河谷寬約為3600m。河谷呈南北向,在變質岩、火成岩中切割而成。右岸為變質岩系,主要為混合岩,左岸除混合岩外,尚有花崗岩及火山岩,上部還有努比亞砂岩,岩體受一系列斷層切割。左、右岸基岩出露。

河床基岩埋藏很深,覆蓋層最大深度達225m,主要為砂層。上部為細砂,厚約20m;其下為粗砂、礫石相間;在低於河床120~130m以下為弱透水的第三紀地層,由砂岩、細砂、粗砂、砂質壚坶及半堅硬粘土組成。 

埃及氣候炎熱、乾燥少雨,開羅以南的上埃及地區實際上是無雨區,由於沿途蒸發滲漏和灌溉等多種原因,尼羅河到埃及后多年平均徑流量為909億m3;阿斯旺站最大年水量與最小年水量相差很大;年內分配亦很不平均,8~10月水量最豐,佔全年水量70%,2~4月為枯水期;洪枯水差別更大,最高洪峰流量為14000m3/s,枯水時約350m3/s,相差40倍。尼羅河多年平均輸沙量為1.34億t,平均含沙量約1.5kg/m3,最大可達5~6kg/m3,泥沙主要來自衣索比亞高原。 

高壩總庫容1689億m3,相應水位183m,其中死庫容約310億m3,水電站運行的最低設計水位為147m,調節庫容900億m3,相應水位為147~175m;最大防洪庫容473億m3,相應水位175~183m。水庫總長約500km,在埃及境內長約300km,稱為納賽爾湖,在蘇丹境內長約200km,稱為努比亞湖。水庫總面積6751km2。水庫防洪標準採用千年一遇洪水設計,洪峰流量15100m3/s,相應洪量為1340億m3;萬年一遇洪水校核,洪峰17000m3/s,相應洪量為1520億m3。

2 阿斯旺高壩 -樞紐結構

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樞紐建築物包括大壩、引水工程和電站等。 

堆石壩壩頂高程196m,最大壩高111m。頂寬40m,底寬980m,壩頂長度3830m,壩體方量4170萬m3,其中心牆236萬m3,過濾區及反濾層1234萬m3,堆石2700萬m3。壩軸線彎向上游,半徑1400m,中心角60°。 

工程設有6條導流、發電、泄洪三結合的隧洞,隧洞長315m,圓形斷面內徑為15m,有1m厚的加筋混凝土層襯砌,與廠房結合的泄洪孔有12個。其上游為引水明渠,下游為泄水明渠,分別長1150m和485m,明渠深80m,最小寬度40m,可通過11000m3/s的流量。 

電站布置在右岸,是地面式廠房,長276m、寬46m,位於引水洞末端。廠房內安裝有12台混流式水輪發電機組,單機容量17.5萬kW,每條隧洞向2台機組和底部泄洪孔供水。 

非常溢洪道設在左岸岸邊,堰頂高程178m,長385m,共30個8m寬的孔口,泄洪流量5000m3/s。

3 阿斯旺高壩 -工程施工

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主體建築物工程量為:土石方明挖1400萬m3,隧洞暗挖60萬m3,土石填方4300萬m3,澆築混凝土115萬m3,帷幕灌漿總量26萬m2。工程最大日進度:土石方開挖每天2.3萬m3,澆築混凝土每天4000m3。勞力3.4萬人,其中技工約1.7萬人。工程總投資約10億美元。 

工程採取明渠導流方式,為了儘可能使河床截流和渠道過水時間靠近,以便截流后的一期工程有充分施工時間,要求河床截流與渠道過水同時進行。 

為利用老壩水庫的調節作用,並使龍口流速儘可能平緩,預先修築一道水下調節稜體,頂高程113m,用自卸鐵駁在水上拋投塊石築成,是大壩一期工程(河床壩段的前沿擋水稜體)的組成部分,於1963年10月開始施工。 

大壩一期石戧堤預先束窄河床,從兩岸採用立堵法向河心進佔,並用自卸鐵駁向水中拋石。合龍前夕,右岸戧堤進佔長度350m,左岸戧堤進佔長度50m,戧堤龍口寬度為120m。要完成截流準備工作,必須向龍口拋投塊石123500m3。高程達121m,龍口範圍內戧堤頂寬35m,龍口流量1270m3/s,龍口平均流速0.8m/s。 

從1964年5月9日至13日晨6時,進一步用立堵進佔法束窄龍口寬度,並且用駁船協助拋投塊石48190m3,將龍口縮至80m。當時龍口流量1150m3/s,平均流速1.14m/s。 

5月13日上午11時龍口開始截流,5月15日午夜結束,歷時62h。共向龍口拋投75750m3塊石,其中從右岸拋投44760m3,從左岸拋投21710m3,從自卸駁船拋投8980m3,最大拋築強度達1980m3/h,每晝夜拋築強度達31280m3。 

當龍口流量900m3/s、戧堤上下游落差為0.13m時,龍口最大平均流速為2.1m/s。最大落差0.77m,出現在開始合龍后12h,通過渠道宣洩的流量增加到1750m3/s。渠道過水及圍堰沖開與河床截流同時進行,為加快圍堰沖開速度,在圍堰上挖溝埋設少量炸藥炸圍堰。 

阿斯旺高壩阿斯旺高壩
壩基防滲採用與心牆連接的上游水平鋪蓋加心牆下的帷幕灌漿。壩基排水由設於下游壩趾的排水減壓井和反濾層組成。灌漿帷幕直抵新第三紀地層頂板,深達150m;從設於心牆內的灌漿廊道進行灌漿,採用水泥、粘土、膨潤土及少量化學劑的混合液在3~6MPa的高壓下灌入透水地層中,共設8排灌漿孔,孔排距皆5m(在細沙中距離減半)。帷幕厚度自上而下逐漸減薄,由上部的40m依次漸減為30、20m和5m。灌漿總進尺109000m。帷幕面積54700萬m2,灌漿效果良好,使粗砂及細砂覆蓋層的滲透係數分別由灌漿前的2.5×10-2cm/s和6.1×10-3cm/s減至灌漿后的2.3×10-4cm/s和3.6×10-4cm/s。1965年9月開始帷幕灌漿,部分帷幕從底層廊道灌注。1960年3月從已填築到高於河床73m的心牆頂進行河床全面帷幕灌漿,至1968年基本完成。1969年又從廊道灌漿,1970年進行檢查。 

施工時不對圍堰基坑抽水,而是在深水中直接填築堆石壩,使施工大為簡化。大壩心牆粘土採用重型羊足碾碾壓,心牆以外的透水壩體:水上用石料填築,水下拋石灌砂,或水下填砂再在浮筒上以震搗器施行水下震實,其干容重分別達2t/m3及1.65t/m3。共計向深水拋投塊石340萬m3,最高月強度40萬m3,共用砂1400萬m3,最高月強度達100萬m3。 

高壩在粘土心牆內布置灌漿和觀測廊道是大膽創新之舉。廊道凈寬3.5m,高5m,為鋼筋混凝土結構,厚1.2m,每段長40m,段與段之間的接頭能適應不均勻沉降。廊道沉降量不大,漏水量不多。

4 阿斯旺高壩 -工程運行狀況

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大壩施工順利,蓄水運行正常,建成后大壩運行安全。利用安裝的設備定期對大壩的性能進行觀測和檢查,用滲壓計和有效壓力測力計測量沉降位移和粘土心牆變形、心牆內的孔隙壓力以及滲透坡降。大壩在運行20餘年後,測量值均小於設計極限值,因此,到目前為止,不需對大壩進行修補,而且帷幕的有效係數仍高達96%。 

通過對下游渠道東側邊坡的觀察證實,邊坡不穩定,尤其是1981年11月阿斯旺地區發生地震以後。高壩管理局對邊坡修平、錨固、噴混凝土保護,安裝排水和監測系統。這項工作於1985年開始並於1989年完成。監測表明補救工作是成功的。 

電站運行約20年後,檢查表明需要對12台機組進行維修。水輪發電機組運行正常,磨損、氣蝕輕微,但轉輪高應力區出現裂縫,經常要停機檢修,為徹底解決問題,提高水輪機效率,最後採用美國阿立斯查默斯公司設計製造的新轉輪替換,從1985年起每年換2台,6年換完,新轉輪不僅解決了開裂問題,而且效率可提高3%左右,每年可多得5億kW•h的電能。 

對隧洞排空檢查發現情況良好,只是對一些地區作了灌漿以防止水滲漏。用水下電視攝像機檢查出水口和進水口建築物,發現閘門槽,出水口底板和尾水管出口的一些地方需要修理,更換鋼筋、鋼閘門槽和修補混凝土。目前正進行準備工作,預計3年完成,估計耗資約2000萬美元。 

非常溢洪道迄今為止尚未啟用,保持良好。 

5 阿斯旺高壩 -工程效益

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高壩建成后,預期的各種主要效益已基本實現。
5.1 調節水量提供水源 按照設計,高壩建成后每年引用的水量可從原有的520億m3提高到740億m3。根據協議,埃及可用555億m3,蘇丹利用185億m3;比建壩前可用水量增加了220億m3。這部分水量由埃及支配75億m3,蘇丹利用145億m3。實際運用情況表明1968~1992年的24年平均年下泄水量為558億m3,與設計值相近。
 
在灌溉方面,埃及可增加灌溉面積100萬hm2,使上埃及約40萬hm2農田由一季灌溉改為常年灌溉,並增加耗水量大的水稻等作物的種植面積,確保熟耕地在需水時都可得到充足水量,確保農業規劃、種植方式及土地輪作的機動靈活。 

在航運方面,高壩建成前,由於阿斯旺老壩汛期敞泄,下游在6~9月一般難以通航,枯水期流量也因老壩調節流量的能力有限,航道吃水深度最大為1.2~1.5m。高壩建成後下泄流量穩定,吃水深度增至1.8m,常年通航,高壩上游形成一深水航道,年貨運量達200萬t。 

5.2控制洪水,免除旱澇災害 高壩建成后,將阿斯旺千年一遇和萬年一遇洪水的洪峰流量15100m3/s及17000m3/s分別削減到9000m3/s和11000m3/s。為了減少洪水下泄對下遊河道及沿河工程建築物的影響,於1981年底完成了托希卡(Toshka)分洪道。分洪道位於高壩上游250km的尼羅河左岸,利用沿岸埡口建閘壩控制,把洪水分入左岸沙漠中的窪地,總容量近1200億m3,可作高壩的防洪庫容用,分洪道引水渠底進口高程為178m。該窪地除在特大洪水分洪外,還可存蓄豐水年的水量補給西部沙漠區綠洲的地下水源,增加可開發的灌溉水量。這樣可完全控制尼羅河洪水。 

高壩發揮多年調節作用,免除了洪、旱災害。如1964年及1975年為特大洪水年份(1964年洪峰流量創歷史最高記錄,1975年徑流量超過1000億m3),建設中和建成后的高壩發揮了作用,避免成災,並節省了防洪費用。1972年為特大幹旱年,1979年後非洲連續7年大旱,埃及鄰國均災情嚴重,而埃及依靠高壩而獲免。 

5.3發電效益巨大 高壩電站投產後,埃及電力工業發展很快。1982年高壩發電量達86.32億kW•h,同年埃及全國總發電量為233.53億kW•h,即佔全國總發電量的37%左右(70年代末至80年代,高壩發電量一直在80億kW•h左右,略低於設計值)。高壩的發電量節約了大量的燃料,同時提高了老阿斯旺壩電站的效率並實現了擴大電站容量的目標。 

5.4其他方面的效益 庫區漁業生產的發展很快。由於水面面積大,庫水位變動並不劇烈,水質良好,因此適於湖泊性魚類生長,從1966年起就著手發展。產魚量在80年代初增到3萬餘t,最終將成為年產7萬t的漁業基地。 

由於高壩水庫的修建和埃及政府對庫周10多處古神廟的精心保護或遷建,使得阿斯旺地區的旅遊業不斷發展,外匯收入不斷增加。

6 阿斯旺高壩 -生態環境

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6.1水庫的水量損失 水庫水量損失的大小曾引起廣泛的爭論,但從1964~1983年水庫水量平衡可以得出:①水庫蓄水雖比較緩慢,但能夠蓄滿,而且只要水量較豐,能夠連續達到最高調節水位175m(水庫水位在1979年8月1日達到最高水位174.04m,然後持續下降,到1988年8月1日下降到最低水位151.88m);②水庫水量平衡的結果表明,年平均損失水量為104.8億m3,接近原來估計的100億m3;③水量損失按100億m3計算,占設計總水量840億m3的12%,比重不小;但高壩建成前,每年約有40%的水量未能利用,如今高壩能多年調節,以豐補歉,以100多億m3的水量損失換取巨大的調節庫容,更好地調節徑流是適宜的。 

6.2河床下切 自大壩建成以來,在下游沿河6個固定地點一直進行著斷面觀測,以監測水位和河床的變化。測量結果如下:
①各個攔河壩下游均存在水位下降和河床刷深問題,但程度不盡相同;
②水位的下降值相對高於河床高程的刷深值;
③水力坡度減小;
④河床淤積物的中值粒徑(D50)有所增大;
⑤水位的降幅與流量大小有關,最大降幅相應出現在最小流量時。根據1964年至1982年的實測資料,大壩下游各河段河槽最大沖刷為0.26~0.7m,不同流量時水位下降一般為0.3~0.8m,並有逐步減少的趨勢。 

水位下降對攔河壩產生了兩個不利影響:①當上游水位不變時,增加了攔河壩抵抗的水頭壓力,由此可能影響攔河壩的穩定性;②使進入船閘的水深減小,在枯水期尤其影響航運,橋樑附近也有通航問題。此外,水位下降使下游長約500km河段出現塌岸現象,寬度為1~30m,但無大的破壞作用。 

埃及政府對河床沖刷問題很重視,採取的措施有:①在上游庫區修建托希卡分洪道,可減輕大洪水對下遊河道的沖刷;②在阿斯旺以下修建了新伊斯納閘壩,既可控制河床沖刷,又可利用落差發電7.8萬kW•h;③興建納格馬迪攔河壩的新船閘,增加通航水深;④對蘇哈格橋等處礙航問題,擬開挖深水通航河槽。
6.3 水質變化 水溫記錄表明,在夏季,水庫水體發生溫度分層,水庫表層和底層水溫相差約6℃。在冬季,上、下層水溫基本一致。 

從每月由水庫表層和底層提取的水樣來看,固體物質的總溶解量不隨時間而增加。冬季和夏季水樣分析可概括為:① 冬季pH值為7.9~7.8;固體物質總溶解量為178~167mg/L;水溫20.5~20.2℃。② 夏季pH值為8.95~8.40;固體物質總溶解量為185~177mg/L;水溫27.5~22℃。 

阿斯旺高壩建前固體物質總溶解量在每年9月份為120mg/L,在6月份為230mg/L。建壩后,固體物質總溶解量1969年為170mg/L,1984年為189mg/L。一些專家認為,這種增加是由於工業廢水及農業排水、污染物造成的。洪水期尼羅河河道不再發生沖刷,而在建壩前這是經常發生的。 

1982年埃及政府頒布法令禁止對尼羅河的任何污染,或向尼羅河排放不符合衛生標準的任何污水。 

6.4水庫淤積 水庫泥沙觀測表明,從1964~1967年期間,懸移質泥沙沿水庫全長範圍內沉積。自1968年以來,懸移質泥沙向上游推移。1973年觀測顯示,在壩上游至少250km的河段沒有懸移質淤積,有淤積的河段主要在高壩上游327~487km的範圍內(多在蘇丹境內)。 

6.5泥沙與肥份的損失對灌區的影響 建高壩前,估計尼羅河水中年懸沙總量在1.34億t左右,其中大部分輸移入地中海,淤積在耕地上的只佔1300萬t。 

建壩后,1964年至1979年的15年,平均每年出庫沙量僅429萬t,水庫下泄的是清水,泥沙含量小。尼羅河泥沙含氮約0.13%,其中只有1/3為農作物生長有用。 

因此,估計氮的有效成份為5600t。此外,還損失磷肥、鉀肥等。但這些損失與高壩效益相比是微不足道的。
阿斯旺高壩阿斯旺高壩
6.6 海岸侵蝕和淤積 埃及尼羅河三角洲是由尼羅河幾個老河口向地中海淤積而成,從亞歷山大港到蘇伊士運河口附近,海岸線長約300km,多年來就存在著侵蝕和淤積的問題。 

隨著阿斯旺老壩的修建與加高和工農業發展用水量的增加,海水侵蝕三角洲的作用有些加劇,淤積作用有所減少。 

高壩建成后,攔截了大量泥沙,洪水得到控制,改變了過去汛期大量水沙入海的狀態。加之用水量大幅增加,因此入海水沙銳減,抵抗海流、海浪侵蝕的力量減弱,使得海水蠶蝕海岸,威脅地勢低洼處沿岸的工業城鎮。東西兩支入海汊河中,尤以羅塞塔河口為甚,海岸已退縮3km多。原有的一些建築物被沖走或淹沒。 

1981年埃及成立了海岸保護局,加強了調查研究和觀測,採取了一些補救措施,並提出了總體防護規劃。
6.7 對漁業方面的影響 尼羅河河口地區過去盛產沙丁魚等水產,由於高壩建成,攔截了來自上游的泥沙及餌料,因此入海餌料大為減產,沿海沙丁魚產量下降,河口外面海域的漁產亦大幅度減少。此外,尼羅河入海水質及地中海污染等問題也是影響漁業產量的因素。 

水庫把動水變為靜水,高壩又沒有過魚措施,但由於原來流水性的魚類多已遷移到庫區上遊河段,尼羅河又沒有產漂流性卵或回遊習性的魚類,因此生態環境雖大為改變,但對漁業沒有造成很大影響,而且水庫漁業發展很快,捕魚量已相當於近海魚產減少的數量。 

6.8誘發地震 1980年開始,庫區出現了一些微震。1981年11月在距壩址約60km的卡拉勃沙斷層處發生5.5級地震,壩址烈度為6°。1982年2月及8月,在同一地點又出現5級和4.6級的地震。 

高壩庫區地震引起了人們和政府的高度重視,為評估高壩的地震安全,全面開展了旨在探明地震活動區的地質條件、工程和其他公共設施等的調研工作。研究得出結論認為,1981年的較大地震與水庫無關,而是該斷層區活動周期性的重複;阿斯旺高壩位處地殼構造穩定地區,將來發生可能導致地面運動的地震,將不致影響高壩的整體性和安全,即使受到極少可能遇到的最強烈地震,高壩仍將安然穩定。 

6.9血吸蟲發病率
阿斯旺庫區遼闊,有很多淺灘和低流速區,下游灌渠中水草成災,有利於釘螺的孳生,所以控制血吸蟲病是一個大問題。 

血吸蟲病在埃及早已存在,高壩建設後由於某些條件有利於釘螺的生長,發病率可能升高,但埃及政府和聯合國開發計劃署擬訂了一個治療和消滅血吸蟲病的計劃,大力採取防治措施,發病率已比建壩前要低得多,即由1937年的83%到1976年的42%,其中上埃及已降至27%;在移民新區,發病率僅7.2%。

7 阿斯旺高壩 -移民與古迹保護

阿斯旺高壩阿斯旺高壩
建高壩需移民約10萬人,埃及5萬移民為努比亞人,主要安置在大壩下游45km的考姆翁布地區。移民區保持原來各村建制,統一建房、開墾荒地、興修灌區,合理分配,增設公共設施,初期給予生活補助。由於措施得力,移民一般均能安居樂業。 

庫區有不少古埃及建築物,最著名的是阿卜辛堡神廟、費拉神廟等。埃及政府對庫區內的寺廟和古迹極為重視,在水庫蓄水前都作了妥善的遷移和保護。 

綜上所述,阿斯旺高壩的建設是成功的,效益是巨大的,而產生的副作用,不少是可以採取措施解決或補救的,有待於今後繼續研究。


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