津巴布韋Ruti大壩可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新技術

津巴布韋Ruti大壩可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新技術

摘要Ruti大壩位于津巴布韋半干旱地區(qū)，近期在增高Ruti大壩的工程中采用了革新技術。其新增的蓄水量將用來增加350ha的村鎮(zhèn)農田灌溉。本文主要論述了此項工程在改良生計，減少貧困上發(fā)揮的作用：使當地土地得到更好的灌溉，從而確保有穩(wěn)定的收入來源。

關鍵詞津巴布韋Ruti大壩可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新技術

津巴布韋政府的農田水利部于1998年12月30日與自動安全門設計采用迷宮堰堰型，需要安裝256個fusegate，每個高，寬。它的顯著特征是利用支墩來加固馬鞍形溢洪道。

Fusegate系統(tǒng)可使Ruti大壩的最高運行水位增加，庫容量增加了×106m3。

1.灌溉決定農業(yè)

津巴布韋是一個位于非洲南部的內陸國家，國土面積為39萬km2。與贊比亞、莫桑比克、南非共和國和博茨瓦納接壤。

氣候條件主要是副熱帶氣候，從11月到3月是雨季。降水量自北向南，同時由東向西逐漸減少。全國只有37%的土地得到充分的灌溉。

水庫周圍的降雨相當缺乏，平均每年降雨820mm。這個地區(qū)常遇到定期的季節(jié)性干旱，旱季延長，雨季不固定。所以，灌溉對維持當地的農作物產量上起了很重要的作用。

大壩：當地發(fā)展的戰(zhàn)略性組成

Ruti大壩位于Nyazvidzi河上，與Save河的匯合處相距約80km，距離Buhera東部大約40km。Ruti大壩為粘土心墻壩。上游和下游斜坡的斜率皆為m=1:2，在原最高運行水位下心墻最小水平寬度是4m。

原水庫負責下游Communalland的幾個主要區(qū)域和Chisnmbanjc灌區(qū)周圍土地的灌溉約800ha。因此，這個水庫就成為當地社會發(fā)展的重要部分。

Ruti大壩的一個特點是位于一個大的蓄水區(qū)(2485km2)，這樣就確保有足夠流量入庫蓄水；自從大壩建成后，幾乎每年大壩都進行泄洪。由政府農田水利部做出的研究已經強調了在增加大壩庫容量上具有巨大的潛力。

預計國際上會對煙草的需求下降，新增庫容會被用來灌溉高額價值的紅辣椒作物，這樣仍舊能夠增加津巴布韋的外匯收入。也會減少當地人對不穩(wěn)定、不可靠的自然降水量的抱怨。

Ruti大壩溢洪道的口門很獨特：復合寬度達693m?？紤]到溢洪道口門的寬度，提升最高運行水位的選擇范圍就大受限制。

與傳統(tǒng)的增高相比較，Hydroplus建議采用fusegate系統(tǒng)，這樣就可以把最高運行水位提高，而不用增加堤防的高度。新增庫容可使用的水量提高了×l06m3。

津巴布韋的農田水利部從法國主管當局獲得了152萬歐元的低息貸款，并發(fā)行68萬歐元自主部門的地方性國債，從而實施了這項工程。對溢洪道閘室段的改建，要求它能安置下那些fusegate，這是另一項全國的工程合同。它是在塞弗格水力公司的監(jiān)督下由政府部門直接管理的。

系統(tǒng)

fusegate系統(tǒng)在近十年被成功運用于最佳化蓄水量或者增加溢洪道的泄洪能力來提高安全性。它已經成功應用于建成的和新建的大壩，河流防洪及管理計劃中。這種系統(tǒng)的設計和運行方法已經在有關刊物上介紹過。并且在刊物中曾經分析過這種系統(tǒng)在增加蓄水量和加強大壩安全性方面的價值。

不同于以往的加高溢洪道，fusegate系統(tǒng)對環(huán)境沒有造成任何影響，原因在于它在限制水庫必需水位降低量方面有很大的優(yōu)勢。因此，避免了庫存寶貴水資源的流失。

所以，這樣的應用能夠獲得很大的效益，而不需要大規(guī)模土木工程施工。

fusegate系統(tǒng)的主要特征：

Ruti大壩溢洪道位于大壩右側，由兩個不受控制的部分組成，其復合寬度為693m。這兩部分就被稱為馬鞍形溢洪道。這項工程中，為了增加庫水位，需要設置256個fusegate單元用來提高最高運行水位。

為了確保大壩的長期安全性，可能發(fā)生的最大洪量必須在現有堤防頂部水位下通過。要達到這個要求就面臨安裝那些高，寬的折線堰體，把它們放在高于原最高運行水位的一個新建的混凝土基礎上。

于是，最高運行洪水位就被抬高了。這使最高運行洪水位保持在粘土心墻頂部以下，保證了堤防的安全，同時還使蓄水要求、建設費用和水力特性，得到了合理的解決。

溢洪道進口需要平整、加寬以安放fusegate。盡管對主溢洪道的改建相當簡單，但由于馬鞍狀溢洪道原堰型的高度和厚度，要求有一個創(chuàng)新性的解決方案。這個由塞弗格改進的革新方案包含了支承下游面的支墩的修建。這樣，馬鞍狀溢洪道就成為用石砌技術構建、世界支墩壩最近少有的例子之一。

除此之外，這個方案適應了當地社會現狀，它對技術熟練和不熟練的工人同樣適用，而且當地缺乏重型建設設備，失業(yè)人口眾多。因此，這個技術方案完全適應于當地情況，還在整個工程建設中雇用了大批工人，給他們帶來了收入。

與其它的溢洪道控制系統(tǒng)不同，fusegate技術的使用要考慮到一大部分的工作要在當地制作。256個fusegate單元是由一個叫福特混凝土的津巴布韋的承包公司夜以繼日地用混凝土預制而成的，僅僅用了三個月的時間。

預制的fusegate的另一個優(yōu)勢是能夠與修改土建工程同時進行，于是就縮短了整個的工期，并避免了接口問題。

溢洪道的改建一完成，fusegate單元就被運輸到大壩上安裝在改建好的溢洪道進口上，此項工程是由津巴布韋的另一個承包公司接手。

2001年2月，工程開工僅一年半，fusegate就形成了一個擋水屏障，水庫做好增加蓄水的準備。一個月后，fusegate頂部開始溢流。

水力設計

為了下游人們的安全，在大洪水期間確保逐漸泄洪關系重大。進行了大規(guī)模的洪水路線模擬以減輕fusegate單元的運轉對環(huán)境的影響。這樣可能會要求考慮7個傾斜順序，如此的安排也考慮到只控制fusegate的傾斜，達到控泄洪水標準的要求。

此工程fusegate系統(tǒng)設計的水力特性總結在下表中

洪水路線的模擬表明第一組fusegate在150年一遇洪水中僅僅旋轉了1個角度。因為這個事件的可能性很低，所以這個系統(tǒng)運轉相當長時間后，其收益將大大超出第一組fusegate費用和相應的水損失帶來的麻煩。

最大可能洪量(PMF)將導致所有fusegate的傾斜泄洪，這樣堤壩就會有一安全超高，因此堤壩不需要再建工程。

4.可持續(xù)性發(fā)展

雖然津巴布韋政府已經完成了工程的第一個階段：增加了蓄水庫容，但灌溉網的發(fā)展不得不被推遲，主要由于全世界和當地的經濟下滑造成的財政困難。

加高Ruti大壩符合可持續(xù)發(fā)展的基本原理。這不僅僅是因為有適量的和足夠的水使用，從而改良生計，減少貧困，還因為這是一個由當地社會支持的經濟上可行的工程。

庫容的增加使可利用的水量在10%的風險水平上增加了×l06m3。在大壩坐落的地區(qū)，通常足夠維持600ha土地的噴灌或者350ha的澆灌。

盡管輕質花崗巖土壤最適合高架噴水灌溉，當地村鎮(zhèn)還是放棄了這種選擇。因為有抽水裝置維護的問題，因而選擇澆灌系統(tǒng)來代替。

新增水量將會自流到由350ha的新耕地劃分的每1ha的小塊土地中。津巴布韋的政府打算從當地選擇350個家庭分別灌溉1ha的小塊土地。每個家庭要把那塊地分為的兩塊。一塊種糧食作物作為當地家庭的自給，另一塊種植經濟作物做為出售的經濟收入。

幾個成功的旱地紅辣椒計劃已經開始在津巴布韋村鎮(zhèn)地區(qū)實施，并且鼓勵參與者把紅辣椒作為灌溉經濟作物來種植，替代傳統(tǒng)的煙草種植。在津巴布韋這片土地上，紅辣椒作物的灌溉使產量從每公頃2t增加到每公頃，而且有可能種植一種價值更高的紅辣椒。與非灌溉紅辣椒的每公頃2420美元相比較，，灌溉紅辣椒的凈利潤是每公頃12300美元，粗略估算表明一個的灌溉區(qū)每年可使每個家庭可以獲得6150美元的收入。另外，冬作物也大大增加了收入。

整個灌溉工程需萬美元的費用。執(zhí)行這個計劃要求每個參與家庭交付平均6285美元的費用。被認可的村鎮(zhèn)農民不用任何抵押就可以以優(yōu)惠利息借貸基金。因此這個計劃將在公有制的性質下運行，但是每個成員必須負責耕種和維護他們個人的土地。

5.結論

對于非洲當地政府來說，主要關心的是水利的發(fā)展和減少貧困。然而，受經濟上和技術上的限制，切實可行的工程卻很少。加高Ruti大壩是一項成功的工程，是一個典型的例子。它的成功是技術革新及法國政府給予的經濟支持以及津巴布韋政府的堅定信念的綜合考慮的結果。

由于采用了fusegate系統(tǒng)，技術問題得到了解決，使得庫容量增加了20%而不需要對大壩堤防進行處理。較長的溢洪道