大型水库工程研讨会综述---工程和经济问题

　　欧德和缪尔（德国拉米尔国际咨询公司）合作的论文着重讨论了工程方面和经济方面的问题。分规划设计、技术和施工三部分叙述。
　　什么是大型水库
　　研讨会的主题是“大型水库”。什么样的水库算是“大型”的呢？根据国际大型水库委员会的定义，符合下列条件之一者，都算是“大型”水库：坝高（术语叫“坝顶高程”）在15米以上；坝高在10-15米之间，但坝顶长度超过500米；溢洪道的排泄量在2000立方米／秒以上；水库库容在100万立方米以上。这样的大型水库在全世界有４万多。小型水库则有８０多万。
　　大型水库中，符合下列条件之一者，还可以称为“特大型水库”：坝高在150米以上，坝体体积超过1500万立方米，库容超过250亿立方米，装机容量在100万千瓦以上。特大型水库在全世界有300多座。
　　大型水库的主要功用是发电和灌溉，也用于供水。

　　规划设计篇
　　批判单纯经济观点
　　水库工程传统的规划方法是：先定一个电力或水量的需求量，然后求出最低成本方案。在最低成本的基础上，再设法减小对环境和社会的负面效应。这里的成本，是包括了在一定期限内资本、运行和维护的投入。求最低成本的方法是列出各方案的投入和营收的现金流，以金融市场的年利率（例如１０％～１２％）作参照（术语称为“贴现率”），求出对应于不同现金流的“现值”，其中最小者，即为中标方案。在设定某一种参照利率的条件下，某一时间段内的进帐和出帐的系列值，可以等效于一定额度的初始进帐或出帐值，这个等效的初始值，就称为“现值”。这里所设的参照利率，就称为“贴现率”。现值，可以比较成本或比较投资效益。
　　这种方法只从经济效益出发，基本不考虑对环境和社会的影响；若有，也只是末节的润色而已。这个特点在发展中国家最甚，因为发展中国家往往是闭门造车，不像发达国家那样，有保证公众监督和参与的体制。
　　不考虑环境和社会效应，就会招致公众反对，从而引发政治动荡，导致工程中途停顿，或投资方中途撤资。如印度和尼泊尔最近的灌溉和水电工程。
　　不考虑环境和社会效应，往往使工程延期，或频频修改，投资一再追加，成本不再是最低。
　　在水利工程建设中罔顾或粗暴违犯人权的，往往是专制政权。世界银行已经把保护人权问题纳入项目审批标准。
　　公众应当参与规划，减少环境和社会负面效应
　　工程的目标不应当仅仅是经济上的低成本，而且是环境和社会效应的低成本。环境和社会效应的评估，如果没有有关公众的参与，是不可能全面和正确的。
　　公众，特别是受工程影响的公众，应当参与工程的规划，而且越早越好。在规划的初期，应当提出数种不同的候选方案，把各方案的利弊一一列出，与公众讨论协商。这里所说的利弊，应当包括技术、经济、资金、环境、社会、体制、政治、风险等各方面。不同的候选方案，应当体现不同的规划目标（电力需求、各项水利目标等），并包含需求方面的不同举措（如节电节水措施）。还应当有工程不上马的候选方案。
　　每一个方案在各方面的效应和影响，应当细化、量化，邀请有关公众商讨，从而选出最佳方案。例如，可以把每个方案向公众做全面介绍，然后分成相关的小组讨论，给各方案的各方面效应打分。例如，环境效应可以专门有一个小组讨论。环境效应的各方面因素按比重设加权数。再给各因素打分。各因素的分数乘以加权数，最后合计起来就是某方案的环境效应的总积分。
　　比较专制的国家可能不大会接受这种民主的方法。但是，世界银行和其他信贷银行应当定一个标准，保证公众的参与。不符合这个标准的，就不给钱。
　　新现象：私商投资
　　过去，大型水利工程是以政府投资为主。如：政府拨款或发行公债（多见于发达国家），国际上的低息贷款（发展中国家）等。随着电力部门的私有化，发达国家在水电工程上的投资，也趋向于私有化。对发展中国家而言，国际上的低息贷款也从工程援助向文化人道援助转移。这样，在大型水库工程方面，私商投资就越来越重要。
　　私商投资，带来了如下变化：
　　·资金紧了，时间紧了，不允许拖很长时间去研究、规划、施工，营运、维护也不允许大手大脚；
　　·与间接的成本脱离，只管直接成本；
　　·投资有税收优惠，回报率高于公债或国际贷款；
　　·风险由政府承担。
　　不用说，私商投资，更需要加强管理，以保证工程的安全和质量，落实政府的优惠政策，降低政府的风险，减少对环境和社会的负面影响。
　　私商投资，总是想少花一点前期预备费用；设计阶段的费用，也要少花，能拿到项目即可。私商投资，要求有精确的成本估算和精确的进度计划。公众的反对会造成工程拖延甚至夭折的后果。因此，私商投资，必然要选择最能为公众接受的但未必是成本最低的项目。这只有通过上述有公众参与的规划过程，才能实现。
　　在发展中国家，私商投资有特殊的政治风险，如国有化，外汇转换。国际金融组织可以为私商提供保险，但须符合一定的环境和社会效应标准，并有公众参与决策。
　　殃及池鱼的间接成本
　　一项工程，除了直接的成本，还可能有间接的成本，不体现在投资中。如火力发电厂，排放出二氧化碳，引起全球气候变暖；排放出硫和氮的氧化物，造成酸雨；排放出１０微米级尘埃，造成呼吸道疾病。再例如，水利工程带来的间接成本有土壤盐碱化，土壤肥力降低，肥料用量增加，地下水水质变劣等。至于大型水库工程，则可能有：瀑布等景观的消失，水库淹没区生物物种的消失，洄游鱼类的消失，水田沼气的产生（加剧全球气候变暖进程），等等。而间接成本的量化，则有待于国际金融组织建立一套评估方法。
　　私商投资，看中的是金融效益，而不是社会经济效益。在发展中国家，回报率要求在１５％～２０％，相当于１２％～１７％的实际回报率，高于发达国家常用的１０％～１２％的贴现率（即金融市场的参考年利率）。而金融分析，只考虑直接的成本，间接成本是不考虑的。例如，水库工程会造成某些鱼类的绝种。这种代价不反映在金融分析中，而是由全社会承担了。
　　高利率不利于工程效益的“可持续性”，因为工程带来的间接成本需要资金的支持。全球气候变暖对社会经济影响的预测工作，采用了０～３％的贴现率。而３％的贴现率，正是美国政府债券的实际回报率。这也许反映了真实的成长率。
　　“工程和经济问题”论文的作者主张把贴现率定在３％左右，尚未得到世界银行的认可。他们认为，应当把间接成本和效益算进去，这样可以刺激节水措施，消除超大水库项目的吸引力。但这需要额外的资金支持，可以动员国际捐献来解决。
　　采用系统工程方法进行规划
　　大型水库，特别是含发电功能的，应当采用系统工程规划方法。坝址的选择，要考虑到流域中是否还可能建立其他工程，相互关系如何。方案的选择，要从电力网的整体出发，把水电工程只作为一个局部来看，而不是单纯地同某种火电比较；否则，往往会导致超大型工程。还要考虑到多种备选的扩展方案：有这个工程的情况和没有这个工程的情况，有节电的情况和没有节电的情况。
现代系统方法的特点：
　　·摒弃单一目标，面向多重目标；摒弃死板的最小成本法，实行多目标细化模拟。细化模拟产生一系列数据，如火电站的排放，风险指数，就业指标，等等，供选择最佳方案。
　　·采用时间序列模型，精细到小时，即使对长远规划也是如此。旧方法过于粗糙，只精确到季度。
　　·可以模拟独立供电商的作用。独立供电商通过电力购买合同供电，而不是根据需要供电。
　　·可以模拟电力合作网。电力合作网由若干供电局联合向客户供电。
　　·规划模型立足于金融分析，而不是经济分析。能根据复杂的运行模拟所产生的数据来预测各电站的进款、债务、和利润。
　　·系统运行模型中，除了水库外，还包括了相关的河流，地下水区域，对水进行定量和定性的分析。
　　运用概率方法评估投资，减少风险
　　工程投资效益如何，是一个不确定数。可以用概率来表征：状况Ａ的可能性是百分之几，状况Ｂ的可能性是百分之几，等等。这种概率又可能取决于以下一些因素：成本波动的概率，工期变化的概率，水量和水价的概率，供水或电力需求的预估，运营时各种意外事件的概率等。
　　应当辨别风险由哪一方承担。政府和投资人可以用定价包干的方法规避风险。包干的承包方则承担全部风险。这种承包合同价格当然很高。

　　成本概率
　　水电工程的模拟软件可以迅速提供下列一类问题的答案。
　　·曾设某隧道纵向有８０％位于优良岩层中，现变为５０％，余下则在劣质岩层中。工程整体成本有何不同？
　　·左堤开挖由５米变为８米，工程整体成本有何不同？
　　·坝址的渗透率劣于预期，对工程成本有何影响？
　　·水泥价格由９０元涨到１１０元，对工程成本有何影响？
　　完整地表达某项成本因素的波动，则有赖于它的概率分布数据。如水泥价格在各价位上的可能性（概率）有多大。根据这一概率分布，就可以算出工程整体成本波动的概率分布。
　　工期概率
　　工期会被一些问题拖延，如果能取得各种拖延的概率，就能算出几种不同的进度，各种进度的概率如何（工期的概率分布）。
　　水量概率
　　河流水量是变动的。通过确定水量的概率分布，可以得知发电量的概率分布，从而推算出收益的概率分布。这可以用于工程的投资分析。
　　供水或电力需求的预估
　　未来供水或电力的的需求直接影响工程的效益，而这种需求可能有不确定因素，如配套灌溉工程可能会拖延，电力需求可能会有波动等。
　　预估电力需求，往往要联系到国民生产总值的增长。然而，这所根据，只是历史上的国民生产总值与历史上的电力需求之间的联系。拿历史上的联系，去套未来的数据，难免有误差。再者，政府制定的未来国民生产总值的目标，往往是过高，那么由此推断出来的电力需求预估，也不免过高。应该把历史上国民生产总值的实际状况与其当初的目标做一比较，求得校正值的概率分布，用于校正对未来国民生产总值的预估。还要注意的是，福利增加，国民生产总值的需求曲线的弹性会降低（即需求不大受价格的影响）。
　　有人认为，如果对电力需求预估过低，将来会导致停电，代价就大了。因此，高估一些，留一些余地，成本虽然会升高，但总比停电代价小得多。这是过高预估电力需求的另一个原因。
　　过去，电力投资主要来自政府拨款或优惠信贷，这样，工程兴建的时间往往取决于什么时候有拨款，什么时候信贷条件较好，或什么时候设备价格较低。如果有“过了这村就没有这店”的预测，就可能出现“赶早不赶晚”的情况，使工程的兴建提前好几年。在这种情况下，也可能会出现对电力需求过高预估的现象。
　　还有一种风险：电站是为了某个含有不确定因素的未来需求而兴建。如作为用电大户的电解铝厂在规划中，那么，电站就要在铝厂开工前建成。假如铝市场突然疲软，铝厂工程因而遥遥无期，电站就白建了。
　　还有政治风险：电力需求的预估，在政治动荡的区域要比在稳定的民主国家困难得多。
　　要设想几种不同的情况，每种情况都配上概率值，用于工程整体投资的概率估算。
　　最好在规划中设立机动电站，如燃气轮机电站或复合电站（燃气＋蒸汽轮机）。这种电站建造工期短，发电量相对较小。用来机动补偿大型水电站对未来电力需求预估的不足。建造大型水电站，对未来电力需求应该估计偏低一些，以降低成本。经济情况不好，就更该保守一些。这是一条很重要的教训。
　　使用期的意外事件
　　工程投入使用后，还可能出现许多意外事件。如：水库漏水，泥沙淤积，突发灾害（大地震、火山爆发、台风之类），滑坡导致坝体坍塌，发电设施损坏，后建工程造成的上游拦水或取水（跨国河流可能出现这种情况）。应尽量对这些意外事件配以概率，如不能，则应评估事件的可能危害。
　　概率结果
　　概率分析的结果是得出工程“现值”的概率分布函数。如前所述，在设定某一种利率的条件下，某一时间段内的进帐和出帐的系列值，可以等效于一定额度的初始进帐或出帐值，这个等效的初始值，称为“现值”。这里所设的利率，称为“贴现率”。现值，可以比较投资效益，现值高，经济效益就高。现值的概率分布函数，量化地指明了各种现值的可能性。
　　化整为零
　　大工程由于事前论证较充分，一般比小工程的风险要小低一些。可是一旦出错，后果就可能是灾难性的。减低这种风险的一种方法是：化大为小，化整为零，把一个大工程变为一系列小工程，而多个小工程的总效益可以抵得上单一的大工程。这在总成本上也许会高一些，但风险就分散了。
　　实地考察要做足
　　在施工前做好全面的实地考察，是降低风险最经济的方法。然而，现在有在实地考察阶段舍不得花钱的不良倾向，使地形测绘、水文测量和地质调查工作都大打折扣。应当从一开始就坚决反对这种倾向。全面的实地考察还应包括环境和社会效应。实地考察一定要在工程项目拍板之前做。
　　设计机构做环评并由独立机构审环评
　　有人认为，环境影响评价应由另外专门的部门承担。其实，这种方式已经过时了。由工程的设计机构来承担环评的工作，这样可以把降低环境影响的措施充分地体现在工程设计中，使环保措施成为设计的有机组成部分。
　　在重视环境保护的发达国家，工程的环境影响评价，是由工程的设计队伍承担，而不是专由另外的部门承担。他们做出的评估
，再交独立的部门审核。而发展中国家往往缺少这种独立审核的机制。
　　有独立审核制，才有公信。在缺乏独立审核部门的地方，可以由专家组进行独立审核。

　　技术篇
　　水库
　　尽量不搞淹没大面积良田、淹没人口稠密区、淹没原住民区、淹没特殊生态区的水库。要搞，就搞一点小型水库。可能会有泥沙淤积的问题，但上游膨胀下游萎缩的问题会小一些。还要重视河流的多功能开发。
　　水库在拦洪前应当清库，拦洪前的最后一个雨季到来之前，应当把库底的植被焚烧干净，由雨水把灰烬冲走，以免蓄水后产生富养现象。
　　坝体
　　混凝土碾压坝是坝体建造的一项新技术。这种坝水泥用量少，浇筑机械化，所以造价低，每立方米在３０～４０美元左右。但浇筑速度提高了，每天升高６０厘米，２００米高的大坝，不到一年就能建成。水泥用量少的另一个好处是：混凝土凝固的时候，放热减少。混凝土碾压坝使导流作业可以在河流中做，而不必另开导流隧道，这无疑又进一步节省了时间和造价。
　　目前，只有重力坝在使用混凝土碾压技术。如果使用红外制导或雷达制导的智能建筑机械，这项技术还可以用于重力拱坝或拱坝。有了混凝土碾压技术，过去造不起的坝，现在也可以造了。
　　另一项走红的技术是混凝土面板的堆石坝。它比起混凝土芯的堆石坝或土坝，在体积上要小。而且，筑坝可以连续进行，不受恶劣天气的干扰。这就降低了造价，减少了工程延期的风险。
　　特大型水库一般都有排水和检查廊道，有中央控制室，通过电子仪器对坝体的沉降、移动和渗漏进行监视。
　　在小型水利设施方面，高可达８０米的衬膜水坝和高可达１５米的充气橡胶水堰（没于水中的低坝，用于抬高水位），可以用来代替混凝土堰和低矮的堆石坝或土坝。防止渗漏的膨润土（遇水膨胀的土料）截水槽，其容许深度也在加大，现在可达６０
～８０米深。
　　溢洪道
　　溢洪道水力学的进展，使我们能更好地应用陡槽掺气技术（在泄放水中掺入空气，消除对溢洪道的气蚀）。这样，溢洪道就可以承受更大的流量。现在，溢洪道陡槽每米宽度上可承受高达２００立方米／秒的水流。这意味着造价的节省。
溢洪道挑坎的下方，是跌水潭区。对泄放水在这里的冲蚀作用所做的研究，使我们知道怎样计算安全距离，以减少对大坝稳定性的危害。
　　洪水预警
　　应当提高天气预报水平，加强对溢洪道的监视，以增加安全度。应建立洪水警报系统，使下游居民在突发洪水时，能及时疏散。应在下游设立泄洪区，按十年一遇、百年一遇的洪水，并考虑到垮坝的可能性，划分区域。经常遭受洪泛（如十年一遇）的区域，不应居住。洪水警报系统应覆盖到百年一遇的洪泛区。对严重洪水以及垮坝的灾害性事件，要有应急疏散方案。
　　水库放水
　　水库的水质和水温，以最上层的１０～１５米为佳。现在放水技术的趋势是：上层放水，放水层可调。放水层要经过对水质的模拟研究而确定。缺氧的水，与下游温差太大的水，都不宜放，以免影响下游鱼类。
　　水道
　　隧洞掘进机很受欢迎。它所凿出的隧洞和斜井，孔径大，造价低，可靠性高。以成本低廉的预应力钢筋混凝土代替钢筒。
　　地下水道不破坏景观，在环保上有其优越性。地面压力钢管，尤其是小口径的，往往镀锌，以减少维护费用。在冲积平原，水渠的开挖和护面作业实行机械化，可以降低成本。有护面的水渠能大大减少水的损失。
　　发电设备和监控
　　水电设备的制造成本和周期大大降低；制造设备智能化；水轮机轮转子由铸造改为焊接；设备的维护减少。
　　混流式水轮机所能覆盖的水头范围有加大的趋势。混流式水轮机比起轴流式和水斗式水轮机来，有成本上的优势。规模较大的工程，采用大尺寸的水轮机，可以收规模经济之利。
　　地下机房，如果水轮机的装置深度不影响成本，可以采用高速混流式水轮机，这不仅节省了水轮机的费用，而且发电机的成本也可大大降低。
　　使用电子计算机监控，不仅节省成本，而且提高了监控水平，增强和丰富了监控功能，如即时统计分析。
　　再调节水池和鱼阶
　　如果峰荷电站外泻的水没有水库的调节，就需要在电站出水口处建立一个起调节和缓冲作用的水池。再调节水池可以用于灌溉，防止对下游航运和渔业造成损害，并使水温接近于下游自然水温。
　　这种工程，水流稳定，水头较低，宜于设立鱼阶（高坝不宜），以方便洄游鱼类。可以用电吸引器把鱼诱入容器，再转移到水库上游。
灌溉工程
　　为了解决水库和灌溉系统所造成的地下水位上升和土壤盐碱化，应当在灌区开挖排水沟，降低地下水位，排走土壤盐碱。
　　引水渠应当铺设护面，减少水的输送损失。灌溉方式可以采用喷灌和滴灌，在缺水区尤其如此。节水措施可以对应库容的要求。
　　灌溉工程的建设可以采用多种现代化信息和施工技术。信息方面：地理信息系统（ＧＩＳ），卫星图与测地数据的结合，高度自动化的设计和成本预估等。施工方面：挖掘和铺设护面同时进行的开沟机，激光控制的土地平整设备等。
　　高压输电
　　高压直流电的输送成本不断下降，大量电力可以有效地长距离地输送，而且不存在输电和负荷的周波同步与否的问题。
　　设计手段
　　现代的设计手段和技术，如：用于岩石力学，流体力学，水质模拟等领域的有限元法、复杂而界面友好的设计软件等，已很平常。软件的模式从固定型向概率型发展，界面则结合地理信息系统向图像型发展，方便了非技术人员的参与。
　　可以利用的设计力量
　　西方国家的电力部门，其国内业务不饱满，十分愿意为外国承担设计任务。他们拥有优秀的设计队伍，是可以利用的力量。
　　建造设计中涉及土木建筑和设备安装的一些细节，可以由建筑商和设备供应商承包。
　　设计由独立的专家组审核。要由有经验有资格的工程师审核大坝工程的设计。在设计阶段由独立的专家组进行审核，对保证工
程各方面的质量与安全是必不可少的。

　　施工篇
　　工程管理队伍
　　工程管理人员要专业化，能使用现代信息工具来协调和控制施工进度，节省开支，应有良好的沟通技巧，重视环保和社会效应。
　　移民和环保成本
　　大坝的施工阶段，不仅包含坝体本身，而且包含了环境和社会效应方面的措施。这方面的成本，应计入工程本身造价，并成为其资产之一部分。
　　引进国外劳工
　　从国外招募廉价的熟练劳工，可以实现工程的快而省。但弊处是：可能因抢了当地百姓的饭碗而招致骚乱，还可能引进疾病。对策是：在迁移工作中全部雇本地人，对本地人进行业务培训，采取卫生防范措施。
　　由独立的专家组检查施工
　　施工和设备安装过程中，要由独立的专家组进行常规的检查，以保证工程符合一定的标准和规范。专家组应能协助解决任何意外问题。私商投资的工程，专家组还应维护公家的利益。
　　培训管理人员
　　在施工阶段，就应当培训大坝的管理人员。可以在类似的已在使用中的水库现场培训，或在设备提供商的地方培训。设备的管理人员应当参与设备的安装。培训内容应包括安全和环保。在发展中国家，如果人员流失率很高，学员最好比编制多一倍。
　　建成后的安全检查
　　大坝建成后，应定期检查其安全性，对年头多的大坝，尤其重要。检查应当由独立的专家组进行。建议每１０年左右检查一次。以下是注意要点：
　　·根据新的水文数据，未来的洪峰是否可能因气候变化而高于原设计的洪峰；
　　·不应建立住宅和其他建筑物的泛洪区，是否有违禁的建筑物；
　　·溢洪道闸门等水口，是否老化损坏；
　　·监控仪器是否过时，有故障；
　　·涵道或渗漏是否造成堤坝损坏；
　　·混凝土是否老化；旧式重力坝的坝芯特别容易老化；泥沙淤积是否堵塞了坝底的出水口；
　　·库区和下游是否有应急方案。
　　改造升级
　　对已有的水库工程进行改造升级，有时可以代替或推迟建造新坝，减少环境和社会的负面效应。这方面包括：更换或改造水轮机或发电机组；增加水轮机组；大坝加高；水库引入更多的水；水渠加护面；采用节水灌溉法；改变灌区作物栽培方式；提高水库利用率。

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³.据Engineering and Economic Aspects of Planning,Design,Construction and Operation of Large Dam Projects,by Engelbertus Oud and Ternce C.Muir,of Lahmeyer International GmbH 编译。