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1 概 述

經(jīng)過大量的可行性研究和規(guī)劃，在遵循印度尼西亞有關(guān)法律法規(guī)要求的前提下，2011年年底，卡雷貝(Karebbe)壩投入運行。該工程裝機(jī)容量90 MW，年發(fā)電量736 GW·h，工程可向印度尼西亞國際鎳業(yè)公司的鎳礦冶煉提供充足的電力，同時可造福于公司員工和周邊的社區(qū)。

工程選址在蘇拉威西島南部的東魯勿地區(qū)(Luwu Timur)，該地區(qū)有3個相互連通的湖泊，水流流入拉羅納(Larona)河后最終匯入烏蘇(Ussu)灣。該地區(qū)總面積約為2 800 km2，是重要的雨水集水區(qū)。

卡雷貝壩建在拉羅納河上，距蘇拉威西省以南的卡雷貝·哈姆雷特( Karebbe Hamlet)河上游約2 km。源頭來自3個湖泊，分別為馬塔諾(Matano)湖(海拔390)、馬哈羅納(Mahalona) 湖(海拔325)和托武蒂(Towuti)湖 (海拔320)。大壩建在現(xiàn)有兩座梯級大壩巴都貝西(Batubesi)壩和巴蘭巴諾(Balambano)壩的下游。巴蘭巴諾壩位于卡雷貝壩上游約5 km處，而巴都貝西壩約在卡雷貝壩上游20 km處，這3座大壩都是印度尼西亞國際鎳業(yè)公司為其煉鎳廠而修建的。

1995年，卡雷貝壩與巴蘭巴諾壩的可行性研究同時開展，由PWR咨詢公司負(fù)責(zé)完成。2003～2004年，重新計算了建設(shè)成本，更新了水文資料，并對下游河段進(jìn)行了整治和恢復(fù)，隨后對設(shè)計方案進(jìn)行了改進(jìn)。

根據(jù)最初設(shè)計，卡雷貝壩高66 m，為碾壓混凝土壩，在壩體中設(shè)有一溢洪道，溢洪道以下、壩體內(nèi)建有一廠房，廠房安裝有兩臺水輪發(fā)電機(jī)，其裝機(jī)容量為2×65 MW。2009年12月，承包方施工受阻，受空間限制，廠房內(nèi)發(fā)電設(shè)備的配置出現(xiàn)問題。為解決這一問題，專家建議在幾處用低水泥用量的常規(guī)混凝土(L-LVC)來代替原設(shè)計中的RCC?？ɡ棕悏渭夹g(shù)參數(shù)如下。

水庫

集水面積:53.4 km2

最大庫容 (FSL):2 200萬m3

死庫容:1 203萬km3

最高設(shè)計洪水位:85.6 m

2010年校核的最高洪水位:88.2 m

正常水位(FSL):79 m

正常運行的最低水位(MOL-N):77.5 m

最低水位(MOL-Min):76 m

壩前泥沙淤積設(shè)計高程:26 m

正常水位時淹沒面積(FSL):62.4 hm2

年平均入流量:154 m3/s

大壩

類型:混合混凝土(碾壓混凝土-低水泥用量混凝土)

壩頂最低高程:79.5 m

河床高程:12.6 m

基礎(chǔ)最深處高程:5.5 m(趾板)

壩頂長度:202 m

壩頂最小寬度:6 m

從河床到壩頂高度:66.9 m

壩高:79 m

溢洪道

總數(shù)量:3座(1座運行溢洪道，2座備用溢洪道)

入流量(最大可能洪水流量)

2010年驗算結(jié)果:6 900 m3/s

出流量(最大可能洪水流量)

2010年驗算結(jié)果:6 830 m3/s

工程建設(shè)方印度尼西亞國際鎳業(yè)公司擁有多個裝備有水輪發(fā)電機(jī)組、火電發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)電廠房。目前，公司除卡雷貝電站以外還擁有2座水電站，1座是配有3×65 MW 混流式機(jī)組的拉羅納電站，每臺機(jī)組連續(xù)發(fā)電能力為55 MW。另一座是裝有2×70 MW 混流式機(jī)組的巴蘭巴諾電站，每臺機(jī)組連續(xù)發(fā)電能力也為55 MW。

在今后的5 a內(nèi)，印度尼西亞國際鎳業(yè)公司將通過一系列戰(zhàn)略性工程來提高年發(fā)電量。這將保障巴胡多皮(Bahudopi)新增的熔鎳爐和煉鎳廠的電力供應(yīng)，目標(biāo)是使鎳的總產(chǎn)量達(dá)到12萬t。

2 工程效益

工程的各種效益如下：

(1) 增加了發(fā)電量，達(dá)到了生產(chǎn)鎳所需要的增加裝機(jī)370 MW的目標(biāo)。

(2) 利用水力發(fā)電，生產(chǎn)成本低。

(3) 卡雷貝工程將使鎳的生產(chǎn)成本降低，例如，生產(chǎn)1磅(0.000 454 t)鎳銃，采用火力發(fā)電需要2.06美元，而采用水力發(fā)電，生產(chǎn)同樣數(shù)量鎳銃成本只需1美分。

(4) 卡雷貝工程電站增容130 MW，公司每年將因此而額外獲得約736 GW·h的發(fā)電量。

(5) 目前，印度尼西亞國際鎳業(yè)公司通過國家電力公司為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)提供5 MW的電力。按照印度尼西亞國際鎳業(yè)公司和東魯爾地區(qū)政府在合作備忘錄中達(dá)成的協(xié)議，卡雷貝電站將向東魯勿地區(qū)政府提供3 MW的額外電量。

(6) 利用可再生的水力資源為采礦業(yè)提供電力，可以降低發(fā)電所需的燃料消耗。而且每年可以減少碳排放約50萬t，響應(yīng)了政府的節(jié)能減排號召。

(7) 卡雷貝工程的實施，預(yù)計每年可節(jié)省1 300萬桶的高硫燃油(HSFO)和大約30億L的柴油。

在卡雷貝工程規(guī)劃設(shè)計階段，開發(fā)商就獲得了所有相關(guān)許可并滿足了其他有關(guān)要求。

3 大壩建設(shè)成本

卡雷貝壩于2004年動工， 2006年1月由于許可審批問題而停工，直到2007年10月才恢復(fù)施工。工程最初預(yù)算為1.513億美元，后來又經(jīng)過2次修改。2006年5月進(jìn)行了第1次修改，預(yù)算達(dá)到2.517億美元，比最初的預(yù)算提高了66%。在第2次修改中，預(yù)算資金在第1次修改的基礎(chǔ)上再上漲63%，最終以4.1億美元達(dá)成協(xié)議，并于2008年1月獲批。這些費用包括辦理許可證期間中斷施工而造成的誤工費、不可預(yù)見費用，以及購置和更換設(shè)備的費用。

2009年11月，印度尼西亞國際鎳業(yè)公司作為授權(quán)的貸方，同日本三菱東京日聯(lián)銀行簽署了3億美元高級設(shè)備出口協(xié)議。日本瑞穗實業(yè)銀行為出借人和設(shè)備主要代理商，淡水河谷公司為擔(dān)保方。聯(lián)合銀行作為副代理商。出口設(shè)備需承擔(dān)6個月的拆放款利率加上1.5%年息。本金償還期限為7 a，起始時間為2012年2月。

工程于2011年9月竣工并全面投入運行。附加工程和后續(xù)工作也相繼開展，總費用150萬美元。此外，每年還有150萬美元的運行和維修費，其中包括為保障大壩安全而開展的維修工作、設(shè)備維護(hù)及運行等所涉及的費用。

4 設(shè)計方法與標(biāo)準(zhǔn)

卡雷貝壩最初由蘭萬靈公司起草設(shè)計，其中大壩、溢洪道和分流系統(tǒng)的設(shè)計概念都與巴蘭巴諾壩相似。RCC壩選用的骨料源自壩址附近采石場的橄欖巖。大壩上游面設(shè)計成垂直狀，并由土工膜襯砌。溢洪道由受3條弧形閘門控制的泄流槽構(gòu)成，與壩體成為一體，閘門布置在泄流槽上方。通過一條直徑為6.4 m的混凝土襯砌的導(dǎo)流渠和高20 m的RCC上游圍堰進(jìn)行導(dǎo)流，導(dǎo)流流量為500 m3/s。早期建造的初級圍堰為后來修建碾壓混凝土圍堰打下了基礎(chǔ)。到2003年，設(shè)計方法和標(biāo)準(zhǔn)被進(jìn)一步審核，作出的設(shè)計變更如下：

(1) 將尾水渠挖深，以增加水輪發(fā)電機(jī)的容量。

(2) 將發(fā)電機(jī)布置在溢洪道正下方，配有水電設(shè)備。

(3) 將導(dǎo)流設(shè)施改為明渠和涵洞。

(4) 拆除3條溢洪道中的2條，以增大排泄量。

(5) 將導(dǎo)流渠改為導(dǎo)流隧洞。

(6) 將大壩導(dǎo)流建筑材料由RCC變?yōu)長-CVC。

(7) 將主壩的建筑材料由RCC變?yōu)長-CVC。

(8) 改進(jìn)帷幕灌漿設(shè)備。

(9) 在壩段3處修建一交通隧洞。

(10) 修改了設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)。

5 壩體變形分析

經(jīng)評價，壩體自重和蓄水荷載可造成卡雷貝壩的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形。水庫上游的靜壓力可造成壩體下游面方向的變形。地震活動可造成壩體永久性變形。

5.1 由荷載引起的變形

借助CADAM軟件，采用有限元法，對荷載造成的壩身垂直和水平變形進(jìn)行了二維分析。

通過測量安放在壩頂和壩肩處的標(biāo)志樁，以及分布在壩段接縫處的銷子等參照測點的移動情況，對變形分析結(jié)果進(jìn)行控制。

5.2 與地震相關(guān)的變形

由地震引起的變形，借助CADAM軟件，采用因素分析法進(jìn)行分析。用于計算由地震活動造成的永久變形的地震荷載基于FSL蓄水高度和最大可信地震值得出。

計算地震荷載的最大復(fù)合荷載，采用設(shè)計基礎(chǔ)地震公式，這種百年一遇的地震出現(xiàn)的可能性為50%，地震地面運動最大加速度取0.24 g。計算極端綜合作用情況下的地震荷載，采用最大可信地震公式，地震地面運動最大加速度取0.45 g。

5.3 變形情況評價

盡管對地震引起的變形進(jìn)行了分析計算，但其結(jié)果并未記錄在設(shè)計報告中或研究材料中。大壩的安全界限取決于最大變形結(jié)果，且不超過50%的保證率。而大壩的設(shè)計規(guī)范中還提到允許大壩出現(xiàn)漫頂，因為大壩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，在漫頂情況下大壩依然安全。

6 滲流與揚壓力

大壩上游面鋪設(shè)了一層Carpi防滲膜，防滲效果良好。在每個壩段還設(shè)計了垂直排水，以降低揚壓力。因此，實際的揚壓力可忽略不計。然而，在壩體穩(wěn)定性分析計算中，還是考慮了揚壓力。

7 結(jié) 語

卡雷貝電站落成之后，拉羅納河流域總水電裝機(jī)容量達(dá)到365 MW，促進(jìn)了鎳的生產(chǎn)，使鎳產(chǎn)量在今后5 a內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)12萬t的目標(biāo)。

隨著卡雷貝項目的成功實施，今后5 a內(nèi)該地區(qū)將追加投資20億美元，這將有助于改善拉羅納河流域與東魯勿地區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況和當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏健?/p>

(孟令欽朱曉紅編譯)