玉环海山潮汐电站现状及保护利用建议

徐旭升

(玉环市博物馆，浙江 玉环 317600)

1 电站原理与历史概况

潮汐能是月球引力磁场和太阳磁场等由其他天体共同形成的强大引力使海洋水位发生潮汐变化而产生的能量。潮汐发电系统是通过人工在海湾口或者潮河口构筑一道堤坝，从而与海隔开形成水库，涨潮时库外水位高于库内水位，落潮时库内水位高于库外水位，利用闸门对水流进行控制，使涨潮时进入和落潮时泄出水库的海水推动水轮发电机组发电，这种发电方式叫作潮汐发电[1]。

自从20世纪中期开始，国家先后在我国内地海域新建改造了一大批小型的海上人工潮汐电站，至70年代中期，在沿海地区共建成潮汐电站11座，其中有4座长期运行，并有良好的效果，这里面就包括了海山潮汐电站。海山潮汐电站位于玉环市海山乡南滩村，20世纪70年代初，海山乡当地群众为解决海岛用电问题所建，于2011年1月被浙江省人民政府公布为省级文物保护单位。与温岭江厦潮汐电站的双向不同，海山潮汐电站是我国迄今唯一的双库单向[2]、全潮发电以及进行水产养殖的规模较小的潮汐电站，为我们国家对潮汐能的开发奠定了基础，曾荣获联合国“科技创新之星”奖和浙江省中小水电站关键技术成果奖。潮汐发电示意图如图1所示。

2 电站结构与功能布局

2.1 概 述

海山潮汐电站主要由堤坝、上下库区、进水闸、泄水闸、控制闸、发电厂、冲淤闸以及附属建筑等组成,从总体格局来看包括上库、下库。上库设有进水闸(南进水闸和北进水闸)，实现水库的上水以及清洗淤泥等功能；下库则包含了泄水闸以及泄水洞；泄水渠以及控制闸设在上下库的中间，控制闸对水轮机尾在水位较低时排向大海进行控制，水位较高时流入下库。

潮汐电站的水头随潮位变化迅速,水轮机需长期在较大的水头范围内运行[3]，江厦潮汐电站采用的是单库双向运行方式，而海山潮汐电站采用的则是双库单向发电，并具有特色的运行方式，即在上下库之间设置了排水渠道及控制闸。电站运行中包括进水、等候、发电和排水等4种工况，进水以及等候和正常的潮汐电站没有区别，可是在发电以及排水时有特别大的不同，由于不同的海潮位，则形成了下面这4种发电排水的过程[4]，即：1)外海→进水闸→上库→控制闸→下库；2)上库→控制闸→下库；3)上库→控制闸→下库→排水洞→外海；4)上库→排水渠→泄水闸→外海(图2)。

2.2 各功能区状况分述

2.2.1 库 区

海山潮汐电站的库区是圈围滩涂水域而形成水库，上库25.33 ha(发电蓄水库，目前因部分库面用于养殖，实际发电库面约为12 ha)、下库2.53 ha(高平潮前后尾水泄蓄调节水库)；库区海塘堤顶高程为5.70～6.05 m。库区堤坝原为塘泥滩涂淤泥填筑而成，现状上下库之间库区堤坝仍为塘泥填筑，但是上库外侧沿海面为当地块石砌筑而成，海塘堤坝上端为钢筋混凝土砌筑。

库区基本上保存较好，但是淤泥堆积严重，潮水带来的泥沙长期淤积，使发电库区容积减小，影响蓄水发电。

2.2.2 泄水渠与泄水洞

下库泄水渠道为梯形断面，渠长约40 m，底高程为-1.87 m，底宽 6.5 m，顶部宽13 m，纵坡1.25/100，发电尾水高程在-1.0～-1.5 m。下库泄水洞断面形状下部为矩形上部为拱形，进口处底宽约2 m，出口处约3 m，底高程-1.95 m。

2.2.3 闸 口

根据闸口功能的不同可以划分成进水闸、控水闸、泄水闸、冲淤闸等。闸口基本上为20世纪70年代建设，闸口处闸门混凝土闸板被锈蚀，局部混凝土剥落碳化。闸口设备陈旧，磨损老化严重。控制闸上部建筑青砖松动，局部破损，结构存在较大的安全隐患。排水渠闸上建筑瓦片破损，破损率达10%。冲淤闸混凝土碳化，混凝土保护层剥落，钢筋腐蚀。

2.2.4 堤 坝

海山潮汐电站堤坝属于土石坝，上面为混凝土压顶，坝体分两种，分别为浆砌块石坝体和钢筋混凝土坝体。潮汐电站区域最高潮位为4.44 m，堤坝坝顶高程为5.70～6.05 m(图3,图4)。

图4 进水闸与冲淤闸之间和靠近进水闸一侧堤坝断面图

2.2.5 发电厂房

发电厂房经过几次改造，现状的发电厂房为20世纪90年代改建，为2层建筑，建筑面宽10.2 m、进深11.2 m、高9.16 m的二层砖混坡屋顶建筑，建筑外刷蓝色涂料，屋顶为绿色波形瓦，窗为棕色铝合金窗，主机房区门为钢制双开大门，其他门为木门。建筑内设2台2×125 kW，年发电量达(33～38)×105kW·h，水轮机型号为GTK114-LM-80，配SF125-14/85型发电机，以及控制台和高低压配电室。建筑竖井处以及下部墙基采用块石砌筑。

发电厂房建筑外观保存状况较好，但是厂房主要核心内容，发电设备自1996年改造以来，运行至今，电站主要电气设备均已磨损和严重老化，绝缘性能降低，设备老化，会对电站的安全运行造成很大的影响。

2.2.6 附属建筑

潮汐发电站在历次的改扩容中，由于人员以及设备、养殖产业等的增加，附属设施有附属办公大楼等。办公大楼为一幢4层混凝土框架结构建筑，外饰白色涂料，铝合金窗以及木门平屋顶建筑，占地面积222 m2，建筑面积780 m2，建筑高度15.59 m。建筑内部功能主要为办公使用，部分房间内墙上陈列布置着海山潮汐电站发展历史文学以及历史照片，还有获得的奖状等内容。办公大楼建筑保存状况较好，外墙面粉刷局部脱落，门窗、屋面以及结构主体均保存较好。

潮汐电站中还有两幢行列式并排的彩钢板简易建筑，这两幢建筑是乐清湾跨海大桥项目部工程用房，两幢建筑的建筑尺寸均为19.6 m×6.6 m×6.9 m(长×宽×高)，建筑五开间，铝合金门窗、钢质门、屋面红色彩钢瓦、白色涂料墙面。建筑内部为员工宿舍以及洗澡间、食堂等。建筑保存状况残损较严重，两幢建筑屋顶均已破损，破损率达30%，墙面粉刷局部发霉发黑，二层走廊处彩钢板局部剥落。

入口岗亭为7 m×4.2 m×3.3 m(长×宽×高)的白色平屋顶砖混结构建筑，主要是为门卫管理人员使用。入口岗亭建筑保存状况较好，除了建筑屋面长满绿植外，其余均未见破损情况。

2.3 文物保护范围内以及建设控制地带内其他建筑分布情况

2014年9月16日，海山潮汐电站经浙江省人民政府发文批复保护范围和监控地带(图5)。

图5 海山潮汐电站保护范围及建设控制地带

2.3.1 建筑类分布情况

海山潮汐电站文物保护范围内主要有25幢1～3层的居民建筑以及厂房种植大棚、棚架等构筑物，大多建于20世纪80-90年代，建筑层高不高。而建设控制地带内则有 18 幢建筑以及构筑物，建造年代较晚，建筑层高相对较高，质量也较好。

2.3.2 周边道路与周边环境布局情况

海山潮汐电站周边道路环境从19世纪60-70年代卫星图片以及与2020年卫星图片对比中可以明显看出，潮汐电站周边道路基本上没有改变，环境变动也不多，只是在潮汐电站东侧南滩村一侧增加了一些居民住宅以及蔬菜种植大棚等。自2006年起，在潮汐电站南侧以及西侧的滩涂上新开垦种植了红树林等植物，形成红树林带植物景观。

3 保护利用建议

3.1 文化价值

潮汐能是一种绿色清洁能源，和我国的可再生能源相关政策匹配，是实现节能减排的重要举措，能够让环境污染得以减少，让生态环境得以改善，对人与自然和谐发展有着特别重要的影响。而且这种能量是可以再生的[5]，所产生的社会效益也十分显著。国家在19世纪70年代保存完整并且数目不多的潮汐电站就包括了海山潮汐电站，它拥有良好的综合单向、双库、持续发电以及水产养殖功能，有很强的地域特征以及丰富的文化内涵，其研究价值以及示范意义十分重要。

3.2 保护利用原则

3.2.1 全线保护和重点展示相结合

在库区以及闸口等有特色的地方，应加以特别的保护和展示；库区的堤坝可以与景观绿地慢行系统有机结合，同时设立部分标识牌对潮汐电站文化进行解读，并且库区不仅是电站的组成部分，更是海岛旅游景观海岛村庄现代化建设的一景；库区堤坝上严禁种植高大乔木，因为其根系会对库区堤坝本体造成新的破坏。

3.2.2 重点保护和文化突出相结合

潮汐电站保护应该注重潮汐电站的科研、历史、发展轨迹、生态等因素，充分体现其自身的文化特性；对保存完好的库区堤坝和发电厂根据潮汐电站的特性进行改造提升，清除疏浚库区堆积的淤泥，让库区的发电蓄水功能得以更好发挥；对老旧设备进行更新迭代，让潮汐电站的科学实验研究得到持续发展。

3.2.3 深化保护和宣传教育相结合

潮汐电站保护应利用各种传媒手段，加强宣传力度，扩大其知名度，使保护观念深入人心；建议由水利、文化部门联合制作宣传展示牌，予以宣传和保护，接受社会监督；同时通过微信、视频等方式，提升民众的保护意识。把海山潮汐电站作为科普宣传的主阵地[6]，制作水文化遗产保护宣传片并在电视台公益栏目中播放，在报纸上刊发水文化遗产专栏等，让老百姓特别是青少年逐渐对水文化遗产逐渐产生兴趣，培养科技创新和遗产保护利用的意识。

3.2.4 开发平台和建立数据相结合

在政府数字化转型大背景下，聚焦业务协同和数据共享[7]，打造大数据驱动下水文化遗产数字化保护。数字化保护是一种现代化的虚拟保护手段，具有数据全面、检索便捷、管理高效等特性，对于潮汐电站这类占地范围广的文化遗产特别适合。潮汐电站数字化保护核心是建立潮汐电站电子资料数据库，包括电站的工程数据，例如设备型号、自动化控制系统、潮位、库区堤坝结构、材料尺寸、工程地质条件和修复技术等，也包括与其相关的社会经济学数据，如科研实验、库区养殖产出和发电输出经济价值等，通过整理分析与筛选梳理，在初步了解的基础上进行核实和查验。

3.2.5 资料整理和开展研究相结合

在开展历史研究和现状调查的基础上，加强文献资料的收集和整理工作，理清电站现状、营造结构、发电设备现状情况等，展示潮汐电站所反映的历史文化信息，弘扬人类克服困难，向大自然要资源的艰苦奋斗精神；开展相关研究工作，如潮汐电站运行特性研究、设置双库对提高发电量的效果研究、水轮机各部件不同材质耐海水腐蚀性试验、小型竖井贯流式水轮机结构研究、竖井机组降噪研究和潮汐电站机组变速运行特性研究[8]等众多专题，为大规模推广潮汐能积累经验。

3.3 保护展示建议

依据上述原则，并参考海山潮汐电站的功能特质、结构布局以及保护现状，建议对其利用保护展示可以分为三部分。

1) 对潮汐电站核心发电设备闸口设备进行更新迭代，发电厂房根据发电厂的工艺生产特点，新的机器设备对空间环境要求，对老的发电厂房进行改造扩建。改造的发电厂房应延续老厂房的建筑风貌。

2) 20世纪90 年代建设的两幢建筑(主要为住宿以及办公功能)属于附属设施，与潮汐电站的科学价值历史价值关联度薄弱，因此建议对这两组建筑进行改造改建，改造为海山潮汐电站展览馆。展览馆主要功能为文化遗产展示和潮汐研学活动使用，让公众认识了解潮汐电站这一类水文化遗产的有关知识[9]。展览馆的展示内容可分为四大块内容，分别为老机组展示、海山历史展示、潮汐科普教育空间展示、潮汐能未来科技展示，缩短人与水文化遗产之间的距离，营造公民广泛关注并积极参与水文化遗产保护的社会氛围。

3) 在尊重潮汐电站发电利用的基础上，因地制宜，深挖历史文化内涵，发挥特色优势，打造独具海岛地方色彩的文化遗产品牌和重要名片，发展特色旅游，做好点、线、面结合的文章，扩大资源开发利用市场，大力发展精品文化线路旅游，统筹好经济发展、科技创新和遗产保护的关系，造福玉环子孙后代。