荷兰三角洲工程,全称:荷兰三角洲工程,英文名称:Delta Works;也称之为荷兰三角洲挡潮闸工程,英文名称:Delta Storm Surge Barriers Project in the Nether-lands。
荷兰三角洲工程是位于荷兰三角洲地区(莱茵河、马斯河和斯海尔德河的入 海口,面积达4000km²)的一个由堤防闸坝组成的庞大防潮抗洪系统。荷兰三角洲工程是全世界至今最大型的防洪工程,被选为世界七大工程奇迹之一。
1953年2月1日,荷兰发生的重大水灾促成了庞大的三角洲治理计划的实施。荷兰政府成立了三角洲委员会指令其为西南三角洲制定防洪计划。三角洲委员会制定《三角洲法案》,该法案于1957年正式获得批准,1961年三角洲委员会完成了报告最终版。整个工程于1954年开始设计,1956年动工,20世纪70年代初针对开始修建的东斯海尔德河水坝因入海口是否封闭的问题的斗争愈演愈烈,1974年政府下令停止了该工程。经内阁会议讨论决定,公共工程及水管理局应将剩余4km设计一个可移动的风暴潮屏障后恢复施工。新的屏障是一项革命性的设计,终结了水利工程师的主流观点,即只有完全封闭入海口才能确保最佳的防洪效果。1986年宣布竣工并正式启用,1986年10月4日,贝娅·特丽克丝女王为东斯海尔德水闸揭幕。建设跨度长达30年。
荷兰政府称其三角洲工程为世界最大的防洪工程,工程堤防总长约1650km,其中主堤长240km,副堤长1410km;有大小建筑30座。三角洲使荷兰海岸线缩短了70km,围垦土地1500km²,并开发出一个面积为85km淡水湖1756,还包括5处挡潮闸坝和5处水道控制闸。其中哈灵水道挡潮闸、东斯海尔德挡潮闸,以及鹿特丹新水道挡潮闸令世人瞩目。河口地区洪泛降为4000年一遇,内陆地区降为万年一遇。
(1)东斯海尔德(Eastern Scheldt)闸坝。该闸坝横跨东斯海尔德河,是一座挡潮坝。河口被小岛分居3个口门,宽度分别为180m、1200m和2500m,最大深度45m,大坝全长9km。三个挡潮闸共长2800m,共设63孔,每孔宽45m,于1986年竣工。
(2)费尔瑟(Veerse)挡潮闸。该闸位于东斯海尔德闸坝之南,东面有赞德克列克(Zandkreek)闸坝。两闸坝之间形成一个22km的淡水湖。赞德克列克闸坝设有泄水闸排泄洪水。两座闸坝分别于1961年和1969年竣工。
(3)布劳沃斯(Brou Wers)挡潮闸。该闸位于赫雷弗灵恩河口,上游有赫雷弗灵恩(Grevelingen)闸坝,两闸坝之间形成110km的封闭水域。这两座闸坝分别于1978年和1983年竣工。
(4)哈灵水道(Haringvliet)挡潮闸坝。该闸坝位于哈林水道河口,口门宽4.5km,坝长3.5km, 闸1km,共设17孔,每孔宽56m, 于1971年竣工。
(5)荷兰艾瑟尔(Hollandse Ijssel)挡潮闸。该闸位于鹿特丹新水道的支流荷兰斯艾瑟尔河口,为单孔闸,跨度为80m,装有垂直提升闸门。另还设有一座船闸,以维持关闸挡潮时通航。该挡潮闸于1958年竣工。
荷兰三角洲水道上的其他3座闸坝是沃尔克拉克(Volkerak)闸坝,由一座4孔节制闸和3座22m×300m的船闸组成,1970年竣工;菲利浦(Philips)闸坝,1986年建成;牡蛎(Oester)闸坝,1986年建成,设有船闸。
荷兰三角洲委员会最初作出的预算为18亿荷兰盾(按今汇率为10亿美元)但最终成本为120亿荷兰盾(按今汇率为66.5亿美元),其中的70亿荷兰盾(按今汇率为39亿美元)用于东斯海尔德河屏障的建设。
荷兰三角洲工程是由荷兰政府主导的工程,政府动用国库大批资金修建,为此政府成立了三角洲委员会负责制定防洪计划,即《三角洲法案》。《疏浚、排水 及围垦:民族的艺术》一书作者约翰·范文(Johan van Veen)担任三角洲委员会秘书,经济分析局局长、经济学家简·丁伯根(Jan Tinbergen)兼三角洲委员会委员,他的观点在该计划的政治决策中发挥了关键作用。公共工程及水管理局成立三角洲总部负责设计及施工。
荷兰三角洲工程使荷兰自1953年以来平安度过了60多年漫长的无大洪水时期。在过去1千年中,荷兰从未在如此漫长的时间里免受严重洪灾的威胁。
1.工程背景
在荷兰的历史发展中,水一直扮演着重要的角色。一方面,航运贸易和捕鱼业为荷兰带来了无数的财富;另一方面,频繁的水灾也给这个国家造成了巨大的损失。今天,水对于荷兰依然举足轻重。荷兰地处四条大河交汇的三角洲地区,地理位置优越,为开展远洋贸易和沟通其他欧洲内陆国家创造了条件。通过围海造田、围湖造田,荷兰的国土面积几乎翻了一番。也正是由于这样的造地工程,荷兰40%的国土低于海平面,其中包括西部如阿姆斯特丹和鹿特丹这样人口密度大、经济发达的地区。各种排水设施保证了这些低地不受水涝之扰。
然而由于沿海地区地势较低,三角洲地区经常遭受风暴和洪水的袭击。1953年2月1日夜晚的那场灾害至今让人难忘。当晚,春潮与风暴同时冲击着日兰德省泽兰的海岸,最终海水冲垮了堤防,导致海水倒灌,淹没了荷兰5.7%的国土,10万人被疏散,1835人死亡,4.7万座房屋被摧毁,土地被水淹没,损失高达10亿荷兰盾。这次惨痛的创伤激起了公众的社会情绪,政府也决心避免悲剧的再次发生。
1953年2月21日,大水灾后的20天,一份成立三角洲委员会的动议被正式提出。三角洲委员会就提高三角洲地区的安全出谋划策。三角洲委员会的任务是极富挑战性的,它需要制定一份在保证安全的同时不影响北海航道和西斯海尔德河航运的方案,以保证鹿特丹港和安特卫普港正常经贸运输。1955年10月18日,三角洲委员会最终发布了共五条意见的“三角洲计划”。三角洲计划预计需要25年完成,总预算约15亿至20亿荷兰盾(约合6.8亿欧元至9亿欧元)。1959年,《三角洲法》颁布,以确保堤坝的建设质量。由于三角洲工程的各组成部分无法同时完工,荷兰国家水利和公共工程局为此确定了“从小到大、从易到繁”的顺序。水利和公共工程局也兼顾了尽快实现抵御洪涝功能的问题。
2.工程价值
荷兰三角洲工程入选世界七大工程奇迹,其中东斯海尔德水道闸坝是三角洲工程13座闸坝中规模最大、耗资最多、建设难度最高的工程,被荷兰人称作世界第八大奇迹。2013年三角洲工程被国际咨询工程师联合会宣布为世界上最负 盛名的水管理项目。国际专业文献中对荷兰在该领域的工作给予了极大关注。其工程价值体现在以下几个方面:
1)工程技术价值
三角洲工程是一项浩大的水利工程,荷兰的水利工程师设计和实施了大量新的工程技术,建成了让人惊叹的水利设施。针对大坝截流这样一个难题,水利工程师使用了“凤凰一体化沉箱”和钢索船技术来实现封闭河道。费尔瑟大坝、布劳沃斯大坝的建设中运用了“凤凰一体化沉箱”技术。布劳沃斯大坝的建设依靠了钢索船技术。
东斯海尔德河大坝是为人所称道的工程,同时也是三角洲工程的转折点。反对的声音提出——尽管安全有了保障,但东斯海尔德河流域独特的咸水生态环境会因此遭到严重破坏。1976年一项替代方案诞生了,原规划中的“东斯海尔德 大坝”将改建成一座水闸,仅在出现极端气候条件时才关闭。流域内的咸水生态环境、贝类、牡蛎养殖业和潮汐将得以保存。全长3km的防潮闸由65根预制混凝土柱组成,柱之间共安装62根钢闩。由于河床底层土质过于松滑,为了加固这层底土,人们实施了包括用砂石填充物铺垫底层等在内的一系列工程。
混凝土柱是水闸最重要的组成部分。每根柱长30.35m 至38.75m,重1.8万t。混凝土柱的安放是一项对精度要求极高的工作,并且只能趁着潮汐转向,即水流平缓的时候进行。通过分块堆垒,混凝土柱被顺利地安放到位。东斯海尔德水闸是全球最大的防潮闸。建造费用达25亿欧元,远远超过了原先设想的大坝的费用。1986年10月4日,贝娅特丽克丝女王为东斯海尔德水闸揭幕。
然而,三角洲工程仍在继续完善中,人们一开始以为,随着东斯海尔德水闸的竣工,三角洲工程的建设也将告一段落。但是,北海航道两岸风暴堤的高度尚不足以确保包括鹿特丹等城市在内的沿岸地区的安全。为此,荷兰交通和水利部向社会招标,在北海航道上再建设一座浮体闸门。北海航道是通往鹿特丹港最重要的水路枢纽,这就要求新的水闸不能妨碍船只的正常通行,仅在特殊情况下闸门才可以关闭。最终中标的设计方案是两扇架在河床上的钢结构弧形门设计。马斯朗特水闸是全世界唯一一组拥有如此大型可活动部件的防潮水闸,每扇闸门长240m, 高22m。正常情况下,闸门完全打开,隐藏在设于河岸边的坞体内,这样通往鹿特丹的航路便畅行无阻。风暴潮来临时,闸门闭合。闸门的弧形设计保证了风暴期间闸门能够抵抗海水的冲击力。1997年5月10日星期六,北海航道水闸竣工启用仪式在荷兰角举行。这座水闸保护了南荷兰省超过100万的居民免于海水的威胁。
2)工程经济价值
荷兰三角洲工程的经济价值体现在以下几个方面。首先,工业和农业现代化项目取得巨大成功。1963年鹿特丹港已成为世界最大的港口。仅仅几十年时间使荷兰成为一个现代化的工业国家。建设艾瑟尔湖圩田不但使荷兰实现自给自足,而且经过几十年使荷兰成为世界第二大农产品出口国。荷兰经济从边缘地位发展成世界上最成功的经济体系之一。
荷兰三角洲工程有效地把排放河水和海岸防护变成一个工业体系,使之几乎用监管制造业的方式进行监管。淡水资源管理得到大幅改善,对内河航运起了推动作用。
荷兰三角洲工程推动地区旅游休闲和自然生态的发展。尽管一些天然生态区受到无可挽回的影响,但其他地方却因此创造和维持了其自然价值。
荷兰三角洲工程是世界上以人类和环境安全为核心的技术发展的典范。荷兰也因此拓宽了对生存安全问题和水资源的视野。三角洲工程是生存安全、经济发展、旅游休闲和生态保护之间一种独特的妥协。经济政策分析局局长兼三角洲委员 会成员简 ·丁伯根教授表示此计划还会带来一些无法用经济来衡量的其他利益。首先,该计划具有国家级重要性。其次,该计划可以推动水利工程理论和实践的发展,大大提高荷兰水利部门的国际声誉,由此带来参加国际重大项目的机会。最后,实施该计划将对民族自豪感产生积极影响。
3)工程环保价值
海岸综合治理必须遵循与时俱进的思想,即使是成功的经验,也要接受时间的考验,要随着科学的发展和认识的深化不断发展和更新。兴建水利工程的观念从“与水抗争”已转变成“与水共筑”和“与自然共建”。体现出水利工程与环境保护相辅相成的关系。荷兰海岸带防治从筑坝到填沙到输沙的转变就是最生动的例子。荷兰海岸带治理的经验表明,在海岸地区输沙具有以下优点:
(1)与修建沿岸堤坝或防浪堤相比,海岸输沙的花费更少;因为海沙较便宜,尽管输沙活动可能要在某一岸段周期性重复进行。
(2)海岸输沙与海岸本身的自然特征相协调,不会破坏海岸带的自然变化规律,因此对周围地区没有负面影响;而海岸堤坝的建设常常会对周围的环境产生始料未及的不良效应。
(3)海岸输沙比较灵活、简单,又能有效防止海岸的侵蚀,几乎适用于所有地方。
4)国家决策和组织对超级工程的价值
荷兰三角洲工程实施跨度达30年,实际上至今仍在完善中。制定详尽的规划是这样一个巨大的系统工程成功的前提,《三角洲法案》于1953年提出,直到1957年才获得正式批准,1961年完成包含整个三角洲计划的具体技术和财务细节的《三角洲计划》。计划从提出到完成经历了近8年的时间,但却是值得的。
国家或政府在此类超级工程中的决策和组织起着关键作用,同时也需要得到当地居民的支持。换句话说:人们越来越关注当地政府、居民组织和非政府的环保组织的社会韧性和自组织能力。
3 .工程启示
与荷兰的围海造陆相比,我国海岸线绵长,围海造陆活动主要是为经济发展服务。1949年以来,我国掀起过三次围海造陆的热潮。第一次是新中国成立初期进行围海晒盐;第二次是20世纪60年代中期至70年代,围垦海涂,扩展农业用地;第三次是20世纪80年代中后期到90年代初,进行滩涂围垦,发展养殖。21世纪以来,我国经济增长速度加快,土地资源又持续紧缩,新一轮大规模的围海造陆热潮正在兴起。通过荷兰三角洲围海造陆活动的专题研究,能为我国当前的围海造陆工程提供以下启示:
(1)大型水利工程要从国家层面进行全面规划和布局,坚持与时俱进。荷兰三角洲工程有一整套系统、科学的规划设计,且经历了漫长的建设期。尽管存在着地势低洼,河道纵横等困难,建设过程中抗洪挡潮的任务也极其艰巨,但是荷兰人民从一开始就呈现出了惊人的耐心和毅力。他们以严谨务实的态度,按总体规划,逐年分期一步一个脚印地付诸实施,科学规范有序地完成了预期目标。作为一个长期的动态发展的工程规划,由于人类理性认识的有限性,不可能一开始就尽善尽美,需要根据情势变化不断调整既定方案。在荷兰三角洲工程的建设过程中,为了较好地适应社会上关于加强水坝工程生态保护的呼声,政府果断停止原来的设计方案,不惜延长工期和追加预算,有效地协调了人力、财力、技术、生态环境保护等问题同防洪总目标之间的矛盾,并尝试将社会保险、保障、财富、福利、意识、制度等与工程收益有机地交融在一起,因而取得了成功。拦海大坝工程和三角洲工程的工程规模巨大,难度极高,用到了大量先进的新工艺、新技术和新方法,为其他国家的海岸工程的设计和施工提供了可资借鉴的经验。这些填海造陆活动取得了非凡的成就,不仅给人民增加了安居之地、劳作之地和休闲之地,提高了国民生活水平,还在推动国民经济快速发展,促进社会稳定进步,维持国民安居乐业,及增强公民的国家和民族意识方面都取得了显著的绩效,成为世界各国向海洋发展,谋求海洋开发的典范。荷兰人都由衷地为自己的国家拥有须德海大堤和三角洲工程这举世闻名的成就而感到自豪和骄傲。
(2)创新的工程技术和理论对于超级工程不可或缺。单纯使用所谓成熟技术和理论是无法完成超级工程的。荷兰三角洲工程采用了“风险是概率与后果的乘..积”这个未曾在水利工程中使用过的指导原则,防洪第一次被定义为财政和经济问题。这种新的风险计算方法是基于概率计算和利用比例模型研究洋流和波浪爬高的动态。这是科学解决水管理问题的重大飞跃,最终摆脱了盛行至19世纪末的试错法。重视理论研究和技术水平的提高,避免低水平的重复建设。尤其在水利工程理念上要跟上时代。科学理论和技术的提高可以将水利工程的整体效益大大提高。同时可以降低施工难度,缩短建设时间、节约投资。提升国家的整体科技水平和国际竞争力。
(3)坚持“绿水青山就是金山银山”的思想,重视环境保护,避免区域及周边生态环境造成不可逆转的破坏。从“与水抗争”转变成“与水共筑”和“与自 然共建”。