哥伦比亚河的开发与利用
1.河流综合开发利用的规划与开发过程:由于哥伦比亚河流域涉及加拿大西南部和美国西北部,只有通过合作与协调,才能充分合理地开发利用这一水资源。
(1)哥伦比亚统一委员会成立前的统筹规划。1920年,美国通过联邦水力发电法,首次关注多目标发展。法律要求非联邦实体在建设水电项目前获得许可。为了获得许可证,建造者必须证明其方案是改善航行条件、开发水力资源和其他有益于公共事业的资源的最佳综合方案。明确规定其方案应保证航运、防洪、旅游等对河流的利用不受发电的影响。20世纪20年代,一家公共电力公司根据联邦水力发电法修建了石岛水电站。
1927年,美国国会授权陆军工程兵团对河流进行普查,从而制定出一个最有效利用河流的总体规划,以满足航运、发电、防洪和灌溉的目标。1931年完成哥伦比亚河规划报告。建议在达古利修建高坝蓄水灌溉,以解决华盛顿高原中部肥沃干旱土地的灌溉问题。当时认为防洪是个小问题,在一些河段修建防洪堤就可以解决。但1948的洪水证明,当时忽视防洪是一个重大错误。20世纪30年代初,美国经济不景气。为刺激经济增长,政府决定由陆军工兵部队修建以航运和发电为主的邦纳维尔水电站,由垦荒局修建以灌溉和发电为主要目标的达古利水电站。
1936年,美国国会通过防洪法,规定“干流及其支流通航河段的防洪由联邦政府专门管理”。虽然该法律没有立即影响哥伦比亚河干流的开发计划。然而,在1938年,它导致了在人口众多的威拉米特河流域建造一系列多目标水库的批准。
1937年,美国国会通过了《邦纳维尔项目法案》,解决了邦纳维尔水电站和达古利水电站的售电问题。同年,美国内政部成立了邦纳维尔电力局,负责邦纳维尔水电站的电力输送和销售。
1938陆军工兵团根据区域经济发展需要,对1931流域水资源开发规划报告进行了复核,提出了修改报告。报告建议在蛇河下游增加一系列导航台阶。该报告为1945国会授权的麦克纳利水电站及斯内克河下游工程建设提供了参考。
1934年,西北太平洋地区规划委员会成立,这是联邦、州和地方政府协同规划的第一次尝试。第二次世界大战期间,该委员会停止了活动。1946年,哥伦比亚统一委员会成立。
(2)哥伦比亚统一委员会和四个北太平洋盆地委员会之间的协调规划。成立哥伦比亚统一委员会的目的是协调联邦、州和其他公共机构在这一地区的水资源开发项目的规划、建设和管理。哥伦比亚统一委员会是一个特别委员会,由美国农业部、陆军、内政部、联邦电力局和邦纳维尔电力局五个机构的代表组成。七个州的代表参加哥伦比亚统一委员会的会议,并报告各自州的活动,但他们没有投票权。哥伦比亚统一委员会是一个咨询和协调机构,而不是一个规划组织。
1948年,陆军工程兵部队奉命重新审查哥伦比亚河水资源开发规划报告,研究工作于1948年完成。规划报告包括工厂的所有支流,其结果称为控制性规划总报告。报告把发电放在第一位,其次是灌溉和防洪。1948年5月,在报告完成后不久,哥伦比亚河遭受洪水袭击,特别是在波特兰及其邻近地区。洪水引起防洪问题被重视,于是发电与防洪的一致性被列为规划原则。
在陆军工程兵团完成规划报告的同时,美国开垦局也完成了该工厂的第一份哥伦比亚河流域综合规划报告。两份报告对一系列大型蓄水水库的规划意见不一。有鉴于此,两个机构协调各自的计划,最终向国会提交了统一的规划报告。
自20世纪30年代以来,该地区的大部分电力由联邦水电项目提供。博纳维尔水电站、达古利水电站、亨里霍斯水电站、麦克内里水电站、奥尔巴尼瀑布水电站、切夫约瑟夫水电站、达斯水电站以及多个小型水电站都是由联邦政府授权投资建设的。
20世纪50年代末60年代初,联邦政府采取了鼓励私人公司参与水电项目建设的政策,导致发电量大幅增加。虽然无法建设大型水电项目,但可以联合建设Priesttan水电站、Wanapum水电站、Shihe水电站、Wells水电站。
1958,陆军工程兵部队完成了《哥伦比亚河流域资源开发规划报告》的修改工作。本研究通过水库方案的比较,在一系列上游水库的规划上向前迈进了一步。报告中建议将位于清水河下游的德沃夏克水电站视为上游水库群的一部分。
1961年哥伦比亚河第三方案由美国第87届国会通过。这一计划的主要内容是建设具有调节灾难性洪水能力的水电项目,以满足日益增长的电力需求,改善哥伦比亚-斯内克河的航行系统,增加灌溉供水,并与加拿大政府协商在加拿大哥伦比亚河上修建水库。
在加拿大哥伦比亚河流域修建上游水库的愿望已经存在多年了。1961年1月17。美国和加拿大政府签署了一项开发哥伦比亚河流资源的条约。该条约规定,美国和加拿大将受益于哥伦比亚河流资源的开发,以确保水力发电、防洪和其他利益。条约内容包括在加拿大和美国修建一些蓄水工程,发电和防洪的收益将由两国平分。
根据这一条约,加拿大政府决定在其境内的哥伦比亚河修建一座库容为6543.8+08亿立方米的水库群,以控制和调节哥伦比亚河的流量。为实现这一目标,加拿大将修建以下水坝:①在不列颠哥伦比亚省麦夸里附近拦截哥伦比亚河,修建一座库容86亿立方米的水库;(2)在不列颠哥伦比亚省阿劳湖口修建一座库容95亿立方米的水库;(3)在邓肯湖附近,利用不列颠哥伦比亚省Courtenay河下游的一个或多个坝址,修建了库容为654.38+0.7亿立方米的水库。
哥伦比亚河条约于1,964年9月生效。在此之前,就以下事项达成协议:①两国政府就条约附件达成协议,详细明确条约各条款内容;(2)加拿大政府与不列颠哥伦比亚省签订工程合同,约定在加拿大建设工程并履行条约义务;(3)在不列颠哥伦比亚省水利电力局与美国电力公司签订了售电合同,加方将水库产生的电力卖给美国,期限30年。
西北太平洋地区的水电项目发展相当迅速。仅在哥伦比亚河流系统,就有47个大型项目已经建成或正在建设中。此外,该地区还有约100处附属水利工程。
(3)1965之后的规划。从65438年到0965年,美国国会通过了水资源规划法案(PI 89—-80),从此,河流规划和管理进入了一个新的时代。1967年,西北太平洋盆地规划委员会成立,取代哥伦比亚统一委员会。该委员会负责规划和协调该地区水资源和相关土地资源的开发、管理和保护。西北太平洋盆地委员会不同于哥伦比亚统一委员会,因为它在联邦、州、州际、地方和私营企业的哥伦比亚河水资源和相关土地资源的开发、管理和综合协调计划中具有法律效力。
20世纪70年代末,国会再次指示陆军工程兵团重新审查哥伦比亚河流域水资源开发规划报告。这项研究的主要对象是一系列已经建成的项目。研究这些项目运作方式的改进,找出这些项目应该增加的辅助项目。修改后的系统规划报告完成于1983。
哥伦比亚河水务局成立于1945,隶属于原哥伦比亚统一委员会(后为西北太平洋流域委员会),负责监督哥伦比亚河的日常管理活动。哥伦比亚水资源管理局由哥伦比亚河流域七个州和主要联邦机构的代表组成,如邦纳维尔电力局、美国陆军工程兵团、开垦局,以及国家气象局、水土保持局、渔业和野生动物机构的代表。管理局每月召开一次会议,审查水系统管理问题,例如如何在1977旱季为鱼类洄游提供足够的河流流量,以及如何在7月保持市区足够高的水位。哥伦比亚河水务局没有管理权,它的任务是协调,在过去的34年里一直发挥着协调作用。
干支流梯级开发方案
2.干支流梯级开发计划:1932年,美国陆军工程兵团向国会提出美国哥伦比亚河干流开发计划。在此基础上,1933开工建设了达古利和博纳维尔两座水电站。1948期间,哥伦比亚河发生洪水,受灾严重,防洪问题开始受到重视。当年又提出了包括防洪在内的综合利用流域规划,后来又多次修改补充。规划建议美国哥伦比亚河干流12级开发(见哥伦比亚主要及支流水电站位置示意图)。高坝主要建在达古利,回水流向加拿大边境。其他梯级坝不高,水库也不大,基本都是中低水头径流电站。此外,在支流上布置了一系列水库,有效库容为301亿立方米,以便* *调节径流。这样,主要支流大小水库总库容为633亿立方米,相当于年径流总量2340亿立方米的27%,仍不足以防洪和发电。
经过多年的研究和咨询,加拿大在干流上游修建了三座水库,有效库容1,91亿立方米,可以增加下游美国一系列水电站的平均出力,同时也起到防洪的作用。这些利益由两国平等分享。
河流综合开发利用现状
3.河流综合开发利用现状:经过60-70年的努力,哥伦比亚河流域水资源的开发利用取得了可观的经济效益。迄今为止,全流域已建成装机容量超过25万千瓦的大型水电工程39座,其中干流14座,支流25座。
下面将从防洪、水力发电、航运、灌溉、河口整治、统一调度等方面进行阐述。
(1)防洪。哥伦比亚河洪水持续时间长,比较规律,一般在5、6、7月,6月最大。水库综合利用,在汛前留出防洪库容,汛末蓄满,可以把防洪和效益开发结合起来。哥伦比亚河的防洪标准被认为是历史上最大的洪水,即1.894年发生35000 m3/s。上游主、支流水库防洪后,下游Johndi水库将再预留24.7亿立方米防洪,可将最大流量降至22000立方米每秒,与下游地区堤防配合足以满足防洪要求。
1972年,哥伦比亚河发生大洪水,天然洪水流量达到29500立方米每秒。由于主、支流水库拦洪,下泄流量降至每秒17600立方米,下游城市凡库佛洪水位比自然情况低3米,避免了2.5亿美元的洪水损失。水库在这次洪水中发挥的作用:加拿大上游的两座水库占28%,达古利水库占29%,约翰迪水库占3%,几座支流水库占22%。
(2)水力发电。哥伦比亚河水电资源丰富,全流域可开发水电站装机容量,年发电量6380万千瓦。达到2485亿kW·h,其中加拿大可开发装机容量871万kW,年发电量347亿kW·h;美国已开发装机容量5509万kW,年发电量2654.38+038亿kW·h..截止1991,全流域已装机3600万kW,年发电量1606亿kW·h,分别占可开发水电资源的65%和75%,其中加拿大已装机540万kW,年发电量232亿kW·h,美国3060万kW,年发电量65438。
加拿大和美国已开发哥伦比亚河干流16级,加拿大已建3级,美国已建11级,* * 14级,kW·h水头735m,水库总库容583亿立方米,有效库容332亿立方米,现有总装机容量265438。其中,装机容量超过654.38+0万千瓦的水电站有8座,其中最大的是大古力水电站,现有装机容量649万千瓦。
加拿大和美国已在全流域支流上规划建设1.053座大、中、小型水电站,有效库容426.4亿立方米,装机容量2934万千瓦,年发电量654.38+0.88亿千瓦小时,目前装机容量654.38+0.289亿千瓦小时,年发电量558亿千瓦小时,开发利用率为其中,加拿大计划开发装机容量270万kW,年发电量654.38+02.7亿kW·h,已建电站装机容量654.38+08.2万kW,年发电量96亿kW·h,分别占可开发容量的67%和76%。美国可开发装机容量2664万kW,年发电量961亿kW·h,已建电站总装机容量11.07万kW,年发电量462亿kW·h,分别占可开发量的42%和48%。两国在各支流上已建成大、中、小型水电站258座,其中大型水电站16座,单站装机容量25万千瓦以上。2.5万~ 25万千瓦中型水电站40座,2.5万千瓦以下小型水电站202座。
(3)航运。哥伦比亚河口至波特兰、温哥华航道长度185km,开通水深12.2m,宽183m的航道,可通过26000吨海船。
范库弗以上,沿哥伦比亚河干流追溯到支流斯内克河的柳伊斯顿市,全长500km,落差210m m,目前干流和点心河上已建8级***9座船闸。
(4)灌溉。哥伦比亚河流域可灌溉60万公顷农田,流域所在的三个州在全国灌溉面积13%中灌溉面积已发展到325.4万公顷,其中喷灌面积1867万公顷,占该地区灌溉面积的57%。
(5)河口治理。河口潮汐作用对水位的影响通常大于径流。主航道在逐渐变宽的海岸线上沿着弯曲的航道摆动,经过许多岛屿和浅滩,最终进入失望角和亚当斯角之间的太平洋。
哥伦比亚口潮汐属于太平洋沿岸的周日型,从高潮到低潮振幅较长,平均潮差为1.98m,台风风暴潮最高潮位比平均低潮位高3.54 m,口内潮汐棱柱体为5.78亿立方米。
通常情况下,受太平洋潮汐影响,哥伦比亚河下游存在逆流,受潮汐影响的河段深入大陆约234km。哥伦比亚河最基本的特点是河况不断变化,试图在海洋力量和河流力量之间建立平衡。这种平衡非常敏感。当对口门地区的河流动力进行任何调整时,无论调整的幅度有多小,总是伴随着海洋动力的相应变化。于是,在整个试图改善通航条件的过程中,入口发生了很多变化,入口的情况也呈现出很多不同的情况。
1885处,沙洲最小水深只有6.1m。为了获得深度为9.1m的稳定航道,于6月1885处修建了南导堤,从亚当斯角向北延伸7.2km,并沿北岸设置了四个防波堤。1895,航道水深增加到9.4m,但这种效果是短暂的。后来,克拉苏沙嘴沿着导堤北侧形成,并逐渐发展成为与亚当斯角相连的实体。至1902处,航道分支为三股溪流,水深再次降至6.7m左右,航运条件继续恶化。
1905实施12.2 m航道水深入口控制方案,延长南导堤,结合清淤修建北导堤和防波堤,确保长2.4km、深12.2 m的入口航道。南堤扩建后,河口于1911年恢复单一航道,通过沙洲的航道水深增加至7.3m。北导堤工程于1913年8月开工,于1917年8月竣工,全长3.9km。当时,河口航道水深截止1927,水深达到14.3m
但随着航道条件的改善,北引堤北滩也有所发展,几乎所有的堤都形成滩,向外延伸。Classeau Shazui持续发展至1931年,由于向西和向北的淤积,河口水深降低至13.1m。而且航道靠近北引堤方向,进一步加大了北引堤末端航道侧的水深。为防止航道北移,沿沙岛南岸修建了4座透水坝,并于1939处修建了从失望角向南延伸的导流堤。尽管如此,在克拉苏沙嘴继续西移的同时,保护北引流体的浅滩不断被侵蚀,导流堤渠侧下沉,危及堤身安全。在1939处,北导流堤的堤尾必须建成混凝土块。1951年,沙嘴克拉苏继续移动,与此同时,12.2 m等深线沿入口航道北侧显著向东、向南移动。1952两个导流堤之间首次形成口内浅滩。自1939以来,沙嘴侧每年都进行疏浚,以保持航道的稳定。1948年疏浚量达到1338万立方米左右。
为适应现代远洋运输的需要,1954对原入口工程进行了改造。首先,通过疏浚,整个810m宽航道的水深将达到14.6m,然后,计划等待获得足够的经验。沿北岸修建导流堤B。1956和1957处疏浚表明,疏浚后航道水深虽可达14.6 m,但冬季出现严重淤积。两年来,约75%的疏浚泥沙倾倒在南导流堤末端以南1.6km的外海区域,其余倾倒在入口附近的深水区。
1958原型调查显示,疏浚和倾倒的泥沙返回航道。所以后来改变了挖泥抛泥的方法,泥沙集中在较远的外海区域,情况有所好转。
根据潮汐水力学委员会的建议,建立了哥伦比亚河下游综合水力学模型。通过模型试验,为今后河口治理规划提供了科学依据。新整治方案的思路是在亚当斯角南导流堤正南方的深水区开挖一条人工运河,将河口上游与太平洋连接起来。为了消除或减少盐水通过运河侵入河口地区,需要在运河入口处的亚当斯角修建一座潮汐船闸。同时,有必要修建一个新的较短的石楠大堤,以稳定新大堤和南导流堤之间的新进水流道。有了这样一个新的引航道和潮汐水闸,我们可以放弃现有的入口,关闭航道,让它自然沉积。当淤积后的控制水深减少到1885之前的状态时,河口盐水入侵将不再是河口形态变化的控制因素。随着老航道水深变浅,即使在最小调节流量(约4245立方米每秒)下,河道淡水也会充满整个航道,预计届时不会有明显的异重流入侵河口。同时可以预测,哥伦比亚河上游将修建防洪、发电、航运、灌溉等一系列水库系统,水库库容将对年径流量进行调节,这将极大地改变河口的流态。枯水流量的增加会增加河流的冲刷能力,把底层的沙子带到深海。这样,在可预见的未来,就有可能以合理的价格获得哥伦比亚河口的战略价值。