摘要：Ruti大坝位于津巴布韦半干旱地区，近期在增高Ruti大坝的工程中采用了革新技术。其新增的蓄水量将用来增加350ha的村镇农田灌溉。本文主要论述了此项工程在改良生计，减少贫困上发挥的作用：使当地土地得到更好的灌溉，从而确保有稳定的收入来源。
关键词：津巴布韦Ruti大坝 可持续发展 创新技术
津巴布韦政府的水利部（MRRWD）于1998年12月30日与自动安全门（法国水加公司签订了提供和安装fusegate系统的合同，并同塞弗格水利公司签订了负责工程设计和施工监督的合同。设计工作始于1999年9月，现场作业于2000年正式开始。
巨大的溢洪道（宽693m）设计采用迷宫堰堰型，需要安装256个fusegate，每个高1.5m，宽2.7m。它的显著特征是利用支墩来加固马鞍形溢洪道。
Fusegate系统可使Ruti大坝的最高运行水位增加1.6m，库容量增加了25.7×106m3（比原有的库容量增加了20%）。
1.灌溉决定农业
津巴布韦是一个位于非洲南部的内陆国家，国土面积为39万km2。与赞比亚、莫桑比克、南非共和国和博茨瓦纳接壤。（见图1）
气候条件主要是副热带气候，从11月到3月是雨季。降水量自北向南，同时由东向西逐渐减少。全国只有37%的土地得到充分的灌溉。
水库周围的降雨相当缺乏，平均每年降雨820 mm。这个地区常遇到定期的季节性干旱，旱季延长，雨季不固定。所以，灌溉对维持当地的农作物产量上起了很重要的作用。
2.Ruti大坝：当地发展的战略性组成
Ruti大坝位于Nyazvidzi河上，与Save河的汇合处相距约80km，距离Buhera东部大约40km。Ruti大坝为粘土心墙坝。上游和下游斜坡的斜率皆为m=1:2，在原最高运行水位下心墙最小水平宽度是4m。
原水库负责下游Communal land的几个主要区域和Chisnmbanjc灌区周围土地的灌溉约800ha。因此，这个水库就成为当地社会发展的重要部分。
Ruti大坝的一个特点是位于一个大的蓄水区(2485km2)，这样就确保有足够流量入库蓄水；自从大坝建成后，几乎每年大坝都进行泄洪。由政府水利部做出的研究已经强调了在增加大坝库容量上具有巨大的潜力。
预计国际上会对烟草的需求下降，新增库容会被用来灌溉高额价值的红辣椒作物，这样仍旧能够增加津巴布韦的外汇收入。也会减少当地人对不稳定、不可靠的自然降水量的抱怨。
Ruti大坝溢洪道的口门很独特：复合宽度达693m。考虑到溢洪道口门的宽度，提升最高运行水位的选择范围就大受限制。
与传统的增高相比较，Hydroplus建议采用fusegate系统，这样就可以把最高运行水位提高1.6m，而不用增加堤防的高度。新增库容（从125.9×l06m3到151.6×l06m3增加了24.7×l06m3）可使用的水量提高了6.9×l06m3。
津巴布韦的水利部从法国主管当局获得了152万欧元的低息贷款，并发行68万欧元自主部门的地方性国债，从而实施了这项工程。对溢洪道闸室段的改建，要求它能安置下那些fusegate，这是另一项全国的工程合同。它是在塞弗格水力公司的监督下由政府部门直接管理的。
3.fusegate系统
fusegate系统在近十年被成功运用于最佳化蓄水量或者增加溢洪道的泄洪能力来提高安全性。它已经成功应用于建成的和新建的大坝，河流防洪及管理计划中。这种系统的设计和运行方法已经在有关刊物上介绍过。并且在刊物中曾经分析过这种系统在增加蓄水量和加强大坝安全性方面的价值。
不同于以往的加高溢洪道，fusegate系统对环境没有造成任何影响，原因在于它在限制水库必需水位降低量方面有很大的优势。因此，避免了库存宝贵水资源的流失。
所以，这样的应用能够获得很大的效益，而不需要大规模土木工程施工。
3.1 fusegate系统的主要特征：
Ruti大坝溢洪道位于大坝右侧，由两个不受控制的部分组成，其复合宽度为693m。这两部分就被称为马鞍形溢洪道。这项工程中，为了增加库水位，需要设置256个fusegate单元用来提高最高运行水位。
为了确保大坝的长期安全性，可能发生的最大洪量（稍多于6000m3/s）必须在现有堤防顶部0.5m水位下通过。要达到这个要求就面临安装那些高1.5m，宽2.7m的折线堰体，把它们放在高于原最高运行水位0.1m的一个新建的混凝土基础上。
于是，最高运行洪水位就被抬高了1.6m。这使最高运行洪水位保持在粘土心墙顶部以下，保证了堤防的安全，同时还使蓄水要求、建设费用和水力特性，得到了合理的解决。
溢洪道进口需要平整、加宽以安放fusegate。尽管对主溢洪道的改建相当简单，但由于马鞍状溢洪道原堰型的高度和厚度，要求有一个创新性的解决方案。这个由塞弗格改进的革新方案包含了支承下游面的支墩的修建。这样，马鞍状溢洪道就成为用石砌技术构建、世界支墩坝最近少有的例子之一。
除此之外，这个方案适应了当地社会现状，它对技术熟练和不熟练的工人同样适用，而且当地缺乏重型建设设备，失业人口众多。因此，这个技术方案完全适应于当地情况，还在整个工程建设中雇用了大批工人，给他们带来了收入。
与其它的溢洪道控制系统不同，fusegate技术的使用要考虑到一大部分的工作要在当地制作。256个fusegate单元是由一个叫福特混凝土的津巴布韦的承包公司夜以继日地用混凝土预制而成的，仅仅用了三个月的时间。
预制的fusegate的另一个优势是能够与修改土建工程同时进行，于是就缩短了整个的工期，并避免了接口问题。
溢洪道的改建一完成，fusegate单元（每个重达4.4t）就被运输到大坝上安装在改建好的溢洪道进口上，此项工程是由津巴布韦的另一个承包公司接手。
2001年2月，工程开工仅一年半，fusegate就形成了一个挡水屏障，水库做好增加蓄水的准备。一个月后，fusegate顶部开始溢流。
3.2 水力设计
为了下游人们的安全，在大洪水期间确保逐渐泄洪关系重大。进行了大规模的洪水路线模拟以减轻fusegate单元的运转对环境的影响。这样可能会要求考虑7个倾斜顺序，如此的安排也考虑到只控制fusegate的倾斜，达到控泄洪水标准的要求。
此工程fusegate系统设计的水力特性总结在下表中：
洪水路线的模拟表明第一组fusegate在150年一遇洪水中仅仅旋转了1个角度。因为这个事件的可能性很低，所以这个系统运转相当长时间后，其收益将大大超出第一组fusegate费用和相应的水损失带来的麻烦。
最大可能洪量(PMF)将导致所有fusegate的倾斜泄洪，这样堤坝就会有一安全超高，因此堤坝不需要再建工程。
4.可持续性发展
虽然津巴布韦政府已经完成了工程的第一个阶段：增加了蓄水库容，但灌溉网的发展不得不被推迟，主要由于全世界和当地的经济下滑造成的财政困难。
加高Ruti大坝符合可持续发展的基本原理。这不仅仅是因为有适量的和足够的水使用，从而改良生计，减少贫困，还因为这是一个由当地社会支持的经济上可行的工程。
库容的增加使可利用的水量在10%的风险水平上增加了6.9×l06m3。在大坝坐落的地区，通常足够维持600ha土地的喷灌或者350ha的浇灌。
尽管轻质花岗岩土壤最适合高架喷水灌溉，当地村镇还是放弃了这种选择。因为有抽水装置维护的问题，因而选择浇灌系统来代替。
新增水量将会自流到由350ha的新耕地划分的每1ha的小块土地中。津巴布韦的政府打算从当地选择350个家庭分别灌溉1ha的小块土地。每个家庭要把那块地分为0.5ha的两块。一块种粮食作物作为当地家庭的自给，另一块种植经济作物做为出售的经济收入。
几个成功的旱地红辣椒计划已经开始在津巴布韦村镇地区实施，并且鼓励参与者把红辣椒作为灌溉经济作物来种植，替代传统的烟草种植。在津巴布韦这片土地上，红辣椒作物的灌溉使产量从每公顷2t增加到每公顷4.8t，而且有可能种植一种价值更高的红辣椒。与非灌溉红辣椒的每公顷2420美元相比较，（数据由1998年的农业研究提供），灌溉红辣椒的净利润是每公顷12300美元，粗略估算表明一个0.5ha的灌溉区每年可使每个家庭可以获得6150美元的收入。另外，冬作物也大大增加了收入。
整个灌溉工程需2.2万美元的费用。执行这个计划要求每个参与家庭交付平均6285美元的费用。被认可的村镇农民不用任何抵押就可以以优惠利息借贷基金。因此这个计划将在公有制的性质下运行，但是每个成员必须负责耕种和维护他们个人的土地。
5.结论
对于非洲当地政府来说，主要关心的是水利的发展和减少贫困。然而，受经济上和技术上的限制，切实可行的工程却很少。加高Ruti大坝是一项成功的工程，是一个典型的例子。它的成功是技术革新及法国政府给予的经济支持以及津巴布韦政府的坚定信念的综合考虑的结果。
由于采用了fusegate系统，技术问题得到了解决，使得库容量增加了20%而不需要对大坝堤防进行处理。较长的溢洪道是安装256个fusegate单元的必要条件。这256个fusegate单元在现有的溢洪道进口形成了一个挡水屏障。这项具有挑战性的工程仅仅用了一年半就完成了，这要归功于法国与津巴布韦两政府的良好协作，以及承包者与设计师的贡献。
增加的蓄水量将用来灌溉大坝附近和更远的下游地区的。同时，这项工程能够保证当地有一个稳定的收入来源。所以说，这项工程促进了可持续发展。