1概述挪威王國(guó)位于歐洲西北角，人口420萬(wàn)，其地形特點(diǎn)是沿南北方向分布著高程在1000?2000m的山脈，這些高山都受山谷和海峽的切割。東南部是較開(kāi)闊的平原，最北端為低山高原。挪威境內(nèi)每年降水形成的能量約為5000億kW-h，其中有1500億kW?h的開(kāi)發(fā)在經(jīng)濟(jì)上是合理的，有1000億kW?h已經(jīng)或正在開(kāi)發(fā)，剩下的可開(kāi)發(fā)部分有一半將因?yàn)榄h(huán)境原因不再開(kāi)發(fā)。挪威的水電資源在地理上和規(guī)模上分布非常合理。雖然境內(nèi)沒(méi)有較大的河流，但大量的小河小湖落差非常集中。在城市或人口集中的地區(qū)附近都可找到適于修建水電站的壩址。1900年水電站裝機(jī)為800kW；1930年全國(guó)共有1400座水電站，但其總?cè)萘恐挥?萬(wàn)kW；而到1990年，運(yùn)行中的水電站已達(dá)600座，總裝機(jī)容量達(dá)2700萬(wàn)kW。2水電工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及施工2.1規(guī)劃與設(shè)計(jì)新電站的規(guī)劃一般由電力公司自己的工作人員承擔(dān)，設(shè)計(jì)工作是委托給獨(dú)立的咨詢工程師。由于規(guī)劃和設(shè)計(jì)密切相關(guān)，互相影響，所以規(guī)劃與設(shè)計(jì)往往不斷調(diào)整和修正。在一條河流的開(kāi)發(fā)方案形成之前，每個(gè)工程項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)工作要經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段。最后的開(kāi)發(fā)方案是與項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)同時(shí)決定的。國(guó)家電力局和其它一些電力開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)都是委托專門的設(shè)計(jì)人員作工程設(shè)計(jì)工作，但在整個(gè)設(shè)計(jì)階段，還要請(qǐng)其它的咨詢專家進(jìn)行咨詢。挪威電力行業(yè)十分注意技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的交流，公司內(nèi)部和公司之間的技術(shù)交流會(huì)，請(qǐng)專家講課和有關(guān)工程技術(shù)方面的學(xué)術(shù)會(huì)議安排的很多，這就使得全國(guó)的水電行業(yè)都能在工作中采用最新的技術(shù)。最近十年來(lái)，在水電行業(yè)中又補(bǔ)充了建筑師、經(jīng)濟(jì)師、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)師以及從事野生動(dòng)物和水產(chǎn)養(yǎng)殖工作的人員。目前，挪威主要的水電咨詢機(jī)構(gòu)是由一些較小的公司不斷合并形成的。這些小的咨詢公司都建立于1920年前后挪威水電開(kāi)發(fā)的高潮時(shí)期。目前的趨勢(shì)是各種專業(yè)的咨詢公司進(jìn)一步合并，從而形成多學(xué)科的咨詢公司。二次世界大戰(zhàn)后，隨著國(guó)際間合作的加強(qiáng)，挪威水電工程咨詢專家在國(guó)外十分活躍，這也使挪威專家將國(guó)際上其它國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)帶回了本國(guó)。2.2施工絕大多數(shù)業(yè)主都是采用競(jìng)爭(zhēng)性招標(biāo)的方法選擇承包商。國(guó)家電力局有一支自己的施工隊(duì)伍，但只是作為承包商在施工高峰時(shí)的補(bǔ)充，或是從事一些專門工程的施工。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)家電力局工程隊(duì)的施工任務(wù)從來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)，因支那些需要重型石方開(kāi)挖設(shè)備的工作是任何一個(gè)承包商都承擔(dān)不了的。目前，聯(lián)營(yíng)的承包商也不斷增加。這種聯(lián)營(yíng)只是為了承包某一工程而臨時(shí)組成的，目的是充分利用各方的設(shè)備、經(jīng)驗(yàn)和人力，以提高勞動(dòng)效率。事實(shí)上，挪威目前在建的所有大型水電工程都是由聯(lián)營(yíng)體承包的。這個(gè)聯(lián)營(yíng)體在經(jīng)濟(jì)上必須是獨(dú)立的。承包商不一定是專門的水電施工企業(yè)，只是著重于水電方面的施工。目前，施工企業(yè)都在向?qū)I(yè)化方向發(fā)展，有的專門搞復(fù)雜部位的鋼筋混凝土，有的專門搞巖石開(kāi)挖和堆石。這些專業(yè)化隊(duì)伍往往是聯(lián)合起來(lái)，組成聯(lián)營(yíng)體，共同承包工程。同樣的承包商也會(huì)以單獨(dú)或聯(lián)營(yíng)的形式去承包挪威海的石油開(kāi)發(fā)工程的施工，那里既急需施工力量，也為施工隊(duì)伍提供了大量的施工任務(wù)，同時(shí)也大大地提高了承包商的施工組織和技術(shù)水平。挪威的承包商在國(guó)外也很活躍，特別是在隧洞和地下工程的開(kāi)挖方面。2.3設(shè)備制造二次大戰(zhàn)以來(lái)，挪威絕大多數(shù)電站的水輪機(jī)都是由國(guó)內(nèi)廠家Kvarner公司制造的，也有一些是進(jìn)口的。在高水頭混流式水輪機(jī)的制造方面，挪威水輪機(jī)制造業(yè)在本世紀(jì)30年代就有了真正的突破，這對(duì)挪威水電的發(fā)展具有十分重要的意義。挪威水電站的水頭絕大多數(shù)在500?1000m之間，水頭很高，其發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一般在300?1000r/min之間，也有低轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)，包括轉(zhuǎn)速在90?125r/min的“燈泡式機(jī)組”。挪威于1968年開(kāi)始采用水冷發(fā)電機(jī)，到1991年共有15臺(tái)發(fā)電機(jī)是采用全水冷方式，是世界上數(shù)量最多的。目前，又設(shè)計(jì)了定子用水冷、轉(zhuǎn)子用氣冷的發(fā)電機(jī)組，容量在180?360MVA之間。2.4研究工作特倫赫姆大學(xué)的工程學(xué)院和SINTEF在水電開(kāi)發(fā)方面的研究中十分活躍，這也得益于電力工業(yè)和機(jī)電制造廠商的有力支持。特倫赫姆大學(xué)的水力機(jī)械實(shí)驗(yàn)室（后劃歸SINTEF）與kvarner密切合作，目前的研究主要集中于兩個(gè)方面：一個(gè)是高效的高水頭大型水輪機(jī)；一個(gè)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低廉的小型水輪機(jī)。另外，為了利用盡可能小的水庫(kù)儲(chǔ)蓄盡可能多的電能，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室已著手研究高水頭可逆式水輪機(jī)，目前正在運(yùn)行的抽水蓄能機(jī)組的一級(jí)抽水高程為700m。SINTEF的水力實(shí)驗(yàn)室有一套大型的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以進(jìn)行整個(gè)電站的模型試驗(yàn)。水力學(xué)模擬與計(jì)算機(jī)模擬可以互相驗(yàn)證，這對(duì)研究由隧洞、壓力管道、水輪機(jī)組成的整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程是十分重要的。他們還通過(guò)埋設(shè)儀器的方式，研究氣墊式調(diào)壓井的運(yùn)行，以進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。SINTEF研究所目前形成了一套生產(chǎn)規(guī)劃模型，其水電站調(diào)度模型是目前挪威各電站的標(biāo)準(zhǔn)管理工具。3水電工程建設(shè)中的幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)3.1設(shè)計(jì)特點(diǎn)二次大戰(zhàn)結(jié)束前修建的電站，多采用明管加地面廠房的布置方案。隨著洞挖成本的降低，用地下廠房和襯砌的斜井來(lái)代替明管逐漸成為最經(jīng)濟(jì)的布置方案。在引水工程中，壓力管道是成本最高的。通過(guò)縮短壓力管道的長(zhǎng)度，降低單位長(zhǎng)度成本所節(jié)約的投資，可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)補(bǔ)償開(kāi)挖進(jìn)廠交通洞所需的費(fèi)用，以及廠房本身可能增加的費(fèi)用。3.2壓力管道與廠房的演變地下廠房和壓力鋼管的演變有如下4個(gè)過(guò)程，這4個(gè)過(guò)程最終都是以最小成本作為最終目的。（1）1950年以前的設(shè)計(jì)，是通過(guò)無(wú)壓引水平洞將水引到距離電站盡可能近的地方，然后與有壓明鋼管相接，引到地面廠房，設(shè)地面垂直調(diào)壓井。（2）1950?1960年間，無(wú)壓引水平洞接地下水平調(diào)壓井，再接45。傾角的鋼襯砌斜井，后接地下廠房。鋼襯砌斜井通過(guò)混凝土將部分水壓力傳給巖石。這種布置進(jìn)一步減少了投資，因?yàn)橛袎汗芏蔚目s短和成本的降低節(jié)約的資金遠(yuǎn)大于地下廠房，進(jìn)廠交通洞和尾水洞的開(kāi)挖。（3）1960?1975年，鋼襯砌的斜管改為無(wú)襯砌斜管，這主要是由于大量的實(shí)踐提高了人們對(duì)巖石特性的認(rèn)識(shí)。（4）1975年以后，由于取消了襯砌，也就沒(méi)有必要再縮短斜井的長(zhǎng)度，所以，從電站廠房直接向進(jìn)水口打直洞引水，也就是自然而然的事了。同時(shí)，采用了氣墊式調(diào)壓井。無(wú)襯砌引水隧洞的運(yùn)行即使在近1000m水頭下（Nyset—ssteggie水電站，水頭965m，1987年建成）也十分正常。當(dāng)巖石條件較差時(shí)，可以采用部分襯砌或在斜井底部村一段的辦法。3.3地下廠房全世界大約有400座水電站地下廠房，其中200多座是在挪威。早期，地下廠房只是作為一種可供選擇的方案。二次大戰(zhàn)期間和戰(zhàn)后，人們認(rèn)識(shí)到地下廠房對(duì)于避免轟炸十分有利。隨著巖石開(kāi)挖方法和設(shè)備的快速進(jìn)步，開(kāi)挖成本也隨之降低，地下廠房方案成為最為經(jīng)濟(jì)的方案，同時(shí)也不再受地形條件的限制。通常情況下，由于整體布置的要求，地下廠房需放在埋深很深，地應(yīng)力很嚴(yán)重的地方，這就要求設(shè)計(jì)者必須研究主應(yīng)力的方向，以便確定最佳的廠房方向和位置，以及附屬洞室的方向和形狀。早期地下廠房的頂拱主要是靠巖錨支撐。為了防止頂部掉塊，還要澆一個(gè)25?30cm厚的混凝土拱頂，這個(gè)拱頂與巖石頂拱有一定的距離。在巖石較差的情況下，鋼筋混凝土頂拱與巖石拱連接在一起。后來(lái)就演變?yōu)橹蛔饕粋€(gè)很薄的拱頂掛在巖石頂拱上，這主要是為了美觀和防止?jié)B透水。目前是在拱頂開(kāi)挖后立即打系統(tǒng)錨桿，然后根據(jù)巖石的情況噴7?15cm厚的鋼纖維混凝土。還有一種經(jīng)常采用的方法是，在頂拱開(kāi)挖完成以后，立即為電廠橋機(jī)作巖錨梁。這就不需要等把廠房全部挖完并澆了混凝土結(jié)構(gòu)梁以后才安裝橋機(jī)，所以在渦輪的安裝和混凝土澆筑中可以提早使用橋機(jī)。以后澆筑的混凝土柱可為巖錨橋機(jī)梁提供更多的支撐，以便吊裝更重的荷載。輕型吊頂是在施工期后期吊裝的。主變室在多數(shù)情況下與主廠房是平行的，中間要留有足夠的巖石支撐。施工交通洞都將用于尾水調(diào)壓室。3.4大壩挪威全國(guó)共有超過(guò)15m高的大壩200多座。值得一提的是，挪威于1956年，建成了第一座冰川上防滲心墻堆石壩strandevatn壩，高40m。其后，絕大多數(shù)壩都選用這一壩型。到目前為止共建了100多座，最高的是Dddatjorn，高度為140m，于1986年完工。冰川沉積物是冰川時(shí)期沉積于冰下的一種由淘涮形成的材料，其中既有巨石，也有塊石、小石、砂、細(xì)粉砂和土，其分布一般正好在大壩所在的高程上。冰川土心墻需要用過(guò)濾層保護(hù)，過(guò)濾層級(jí)配既可防止冰川土被沖跑，又可排除滲透心墻的水。當(dāng)冰川土的運(yùn)距超過(guò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)距時(shí)，也用一些其它的防滲材料。有近30座大壩采用了混凝土面板防滲的方法，也有幾座是采用瀝青混凝土面板。最近施工的一座大壩Storvatn，高90m，是采用了瀝青混凝土心墻，還有幾座也采用了同樣的材料。3.5氣墊式調(diào)壓井從進(jìn)水口到廠房采用直線無(wú)襯砌隧洞后，對(duì)于調(diào)壓室就需要有新的解決辦法。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于有一個(gè)接近水平的引水平洞，平洞內(nèi)動(dòng)水的能量被斜井頂部的調(diào)壓井吸收，而水輪機(jī)引起的水錘也被限制在斜井內(nèi)的水體中。采用直線有壓引水洞，如果仍采用傳統(tǒng)的調(diào)壓井，就需要挖一個(gè)非常高的豎井作調(diào)壓井，所以挪威人就提出了用封閉的氣壓室作調(diào)壓室的方法，這個(gè)調(diào)壓室就放在廠房的上游附近。利用氣泵給調(diào)壓室壓入空氣。壓縮空氣的作用與豎井調(diào)壓井的作用一樣吸收洞內(nèi)的能量。為了保證調(diào)壓室周圍的巖石不漏氣，采用了灌漿和作水幕等辦法。世界上第一個(gè)高壓氣墊室于1973年在挪威Driva水電站開(kāi)始使用，到1990年，挪威已有另外8個(gè)水電站采用了氣墊式調(diào)壓井。目前，他們已進(jìn)行了大量的理論研究，也積累了不少施工經(jīng)驗(yàn)，但每設(shè)計(jì)一個(gè)新的氣墊式調(diào)壓室都必須作詳細(xì)的勘探研究。設(shè)計(jì)中必須考慮的是壓縮空氣可能具有巨大的潛在能量。Kvilldal電站的一個(gè)12.5萬(wàn)m3的調(diào)壓室具有相當(dāng)于200tTNT炸藥的爆炸力。所以嚴(yán)格的運(yùn)行監(jiān)測(cè)是十分重要的，同時(shí)在爆炸發(fā)生之前，至少應(yīng)當(dāng)預(yù)先設(shè)計(jì)三個(gè)相互獨(dú)立而且允許破壞的系統(tǒng)。如下三種情況可能引發(fā)氣墊調(diào)壓室的爆炸：（1）水壓由于失去控制而突然降低；（2）大量的漏水；（3）閘門的誤操作。由于控制系統(tǒng)不可能是100%的安全，所以在空氣可能跑出的進(jìn)水口部位，在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮進(jìn)水口是允許破壞的。最終決定采用何種調(diào)壓方式要決定于實(shí)際的設(shè)計(jì)和成本估算。4關(guān)于小水電按目前的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，本世紀(jì)50年代前挪威修建的絕大多數(shù)電站屬于小電站。隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，這些小電站也都逐漸被比它們?cè)瓉?lái)容量大很多的電站替代。1944年前共有1818座小于1000kW的注冊(cè)電站，到1979年，只剩250座仍在運(yùn)行。問(wèn)題不在于其低效率，因?yàn)樗敲赓M(fèi)使用的，但相對(duì)于其出力來(lái)講，小水電用于維修和運(yùn)行的人工費(fèi)用很高，因?yàn)榧夹g(shù)落后，這些電站都需要人員連續(xù)監(jiān)視和人工操作。60?70年代，小電站仍起著一定的作用，其原因是當(dāng)時(shí)公眾反對(duì)修建新的大電站，而且實(shí)際用于小水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的成本是很低的，另外，小電站對(duì)提高大電網(wǎng)的可靠性也有利。有時(shí)為了減少成本與效率的比值，機(jī)電設(shè)備的精加工和修建較大的電站的就會(huì)被放在次要的位置上。但小電站解決不了電力增長(zhǎng)對(duì)大電站要求的問(wèn)題。小電站多是建在流量均勻，壩體工程量較小的小河流上。對(duì)于微型電站，目前正在向集裝箱式發(fā)展，即將水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器和開(kāi)關(guān)站組裝成一個(gè)集裝箱，然后直接將其安裝在準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)上與引水管相連即可發(fā)電。5關(guān)于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題水電的發(fā)展會(huì)影響人與環(huán)境的平衡，有時(shí)這種影響還是很嚴(yán)重的。農(nóng)業(yè)和移民是兩個(gè)最集中的問(wèn)題。在水電開(kāi)發(fā)的早期，人們普遍認(rèn)為，相對(duì)于水電給人們帶來(lái)的利益來(lái)說(shuō)，水電對(duì)環(huán)境的負(fù)作用是可以忽略的。但人們很快就認(rèn)識(shí)到了減輕這種影響的必要性，開(kāi)發(fā)者也面臨著各種各樣的限制。在60?70年代期間，環(huán)境保護(hù)逐步從被動(dòng)的方法轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)的態(tài)度，即將水電開(kāi)發(fā)視為環(huán)境這個(gè)整體的一個(gè)組成部分，環(huán)境的質(zhì)量應(yīng)通過(guò)發(fā)展水電得到改善。最容易看到的對(duì)環(huán)境的影響是大壩、電廠、道路等引起的景觀的變化。設(shè)計(jì)者面臨的第一個(gè)決策就是使電站建筑物與周圍的自然景觀的反差大些呢，還是將其與自然景觀溶為一體。采石和堆石也很容易引起自然景觀的變化，所以應(yīng)盡可能使其與自然景觀溶于一體。采石盡可能選在壩址附近比較凸起的部位，采石后成為一個(gè)平面。同樣堆渣棄石應(yīng)選在凹陷的部位。公眾對(duì)建筑物的認(rèn)識(shí)主要是基于該建筑物的作用，而不是其形狀大小，比如在大壩上建一個(gè)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)的閘室，要比一個(gè)布置合理的電站廠房還要礙眼。地下建筑物比較隱蔽，但進(jìn)水口的設(shè)計(jì)就變得十分費(fèi)腦筋。水電開(kāi)發(fā)會(huì)引起湖水位和河水位的變化與波動(dòng)，這就要改變周圍野生動(dòng)植物的生活條件，規(guī)劃時(shí)必須考慮這一點(diǎn)。在這方面挪威人作了大量的研究，并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，這不僅有助于調(diào)整設(shè)計(jì)方案，而且會(huì)指導(dǎo)電站的運(yùn)行。關(guān)于改變水位和流量的范圍限制，以及運(yùn)行調(diào)度的原則都在開(kāi)發(fā)證書(shū)上給出了明確的限制。為了不使河流斷流，需要按