第一節(jié) 中國大壩樞紐概述

一、水工建筑物的發(fā)展歷程及狀況

早期的蓄水工程，是興建堤壩提高低洼地帶蓄水能力以形成淹沒很大的平原水庫。這種堤壩，長(zhǎng)度很大，形狀不規(guī)則，寬度、特別是高度尺寸都很小，但這確實(shí)是擋水建筑物，即堰壩?，F(xiàn)保留最完整最典型的是安徽省壽縣的安豐塘，也稱芍坡，建于公元前598—前591年間，至今已有2600年歷史。這類水庫在宋代以前的歷史上，黃河、淮河、海河以及長(zhǎng)江中下游廣泛存在，相應(yīng)的堰壩很多，著名的如：漢代的鴻隙陂（今河南省信陽地區(qū)淮河與支流汝河之間）、六門陂（今河南省南陽地區(qū)）等，在古代地理名著《水經(jīng)注》中有大量的關(guān)于平原水庫的記載，有的成群存在。

平原水庫淹沒土地面大，管理和維護(hù)很不方便，特別是庫區(qū)，低水位時(shí)，灘涂易被圍墾和擠占，從宋代開始，隨人口增加，平原水庫的消失就是必然的了。利用山丘間的溝谷洼地蓄水，堰壩的工程量將大為減少，維護(hù)與使用十分方便，也相對(duì)節(jié)省工程量。漢代建造的馬仁陂（今河南省泌陽縣境內(nèi)）、陳公塘（今江蘇省儀征市境內(nèi)）和唐代擴(kuò)建的東錢湖（今浙江省鄞縣境內(nèi)）等，都是歷史上很有影響的工程。其中，東錢湖至今猶存，馬仁陂經(jīng)改造仍在發(fā)揮作用。

中國歷史建造最多的壩是引水工程中的壅水壩，它不形成水庫，在古文獻(xiàn)中稱堰、堨或遏等，都是這一類。最早的這類壩智伯渠壩（今山西省太原市境內(nèi)），建于公元前453年。接著，引漳十二渠（今河北省邯鄲地區(qū)）、靈渠（今廣西壯族自治區(qū)安縣境內(nèi)）、戾陵堰（今北京市西郊）等工程相繼出現(xiàn)。多年來，這類工程越來越多，廣泛運(yùn)用在農(nóng)田水利、城市供水和航運(yùn)水源等方面。其中有許多長(zhǎng)時(shí)間利用，保留至今的也有一些，靈渠是最為著名的。

中國古代堰壩數(shù)量眾多，規(guī)模不一，最大的工程是在南北朝時(shí)建造的浮山堰，明代開始形成的高家堰，今稱洪澤湖大堤。有大量的古代文獻(xiàn)包括歷史著作、地理著作、工程專著、個(gè)人文集、地方志，對(duì)古代堰壩的建設(shè)、使用和效益做了多方面的記述，是發(fā)掘和研究古代堰壩發(fā)生、發(fā)展和效益的珍貴資料依據(jù)。

二、20世紀(jì)上半葉壩工技術(shù)的發(fā)展

進(jìn)入20世紀(jì)以來，中國留學(xué)歐美學(xué)者陸續(xù)歸來，促進(jìn)了西方壩工技術(shù)的傳入，結(jié)合中國實(shí)際情況和傳統(tǒng)技術(shù)成就，開展科學(xué)研究與規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。但因資金匱缺，只有少量的工程得到建設(shè)，其中最著名的是李儀祉先生在陜西建成的現(xiàn)代水利灌溉體系，為關(guān)中農(nóng)業(yè)增產(chǎn)發(fā)揮了巨大效益，聞名于世。后來，在日本占領(lǐng)下的東北的松花江、鴨綠江上分別開始建設(shè)豐滿重力壩和水豐混凝土重力壩。

1917—1924年為了解決供水，在大連市馬欄河上曾修過一座叫做王家店的砌石壩，壩高29.09m，庫容505萬m³，有溢流設(shè)施。1920—1926年在小溪修建了龍王塘砌石壩，壩高37.9m，長(zhǎng)326.6m，庫容157.8萬m³。1927—1939年在馬欄河上又完成了大西山砌石壩，長(zhǎng)583.3m，砌體總量12.54萬m³，庫容1680.3萬m³。這三座壩都屬自來水公司，迄今仍在使用。1927年在福建廈門為供水修建的上里砌石壩是中國第一座拱壩，壩高27.3m，長(zhǎng)113m，庫容105.4萬m³（圖1-1），也屬自來水公司，在繼續(xù)使用中。

圖1-1 廈門上里砌石拱壩平面、斷面

（1）1912年，為了發(fā)展水電，在云南昆明曾修建了石龍砌石閘壩，壩高僅2.0m、長(zhǎng)55m，經(jīng)長(zhǎng)1960m的引水渠發(fā)電。1922年在四川瀘州修建了濟(jì)和水電廠，洞窩攔河壩用條石砌成，高2.5m。

（2）1944—1947年甘肅金塔縣討賴河建成了鴛鴦池土壩，壩高30.3m，長(zhǎng)220m，庫容5345萬m³，目的是灌溉防洪。1958—1964年陸續(xù)加高7.4m，庫容加大到1.1億m³，又增加了電站。

（3）1950年根據(jù)國際大壩委員會(huì)統(tǒng)計(jì)世界大壩登記資料，在壩高15m以上大壩5196座壩中，中國只有22座，可見落后程度。

三、20世紀(jì)下半葉壩工技術(shù)進(jìn)展

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是進(jìn)入20世紀(jì)以后，在西方發(fā)達(dá)國家興起了水工建設(shè)的高潮，水工建筑物的型式和規(guī)模得以迅速發(fā)展。以壩工建設(shè)為例，無論在建壩的高度，還是在技術(shù)難度上都有了一個(gè)飛躍。如瑞士在1962年建成了世界上最高的混凝土重力壩——大狄克遜壩，高度達(dá)到285m；在混凝土拱壩方面，蘇聯(lián)在1980年建成了當(dāng)時(shí)世界上最高的拱壩——英古里雙曲拱壩，高272m；至于土石壩的建設(shè)更是發(fā)展迅速，蘇聯(lián)在1961年開工建設(shè)努列克水電站，1972年首臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，總裝機(jī)270萬kW，建成的世界第一高壩——努列克心墻土石壩，最大壩高300m。建壩高度的增長(zhǎng)，一方面反映了筑壩設(shè)計(jì)理論的逐步改善和提高；另一方面和施工技術(shù)水平的提高，尤其是施工機(jī)械能力的增強(qiáng)關(guān)系極為密切。自20世紀(jì)80年代以后，發(fā)達(dá)國家大型水利水電工程建設(shè)的高潮已基本停息，水電能源的開發(fā)已接近飽和，如法國和瑞士水力資源的開發(fā)程度已近100%，德國、瑞典、挪威、意大利、日本已分別達(dá)到80%～90%，中國和加拿大已接近70%～80%，而中國的開發(fā)率按電量算至今仍不夠20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家的平均水平，而且也落后于巴西、埃及、印度等發(fā)展中國家。

新中國成立以后，壩工技術(shù)的發(fā)展大體分為四個(gè)階段。

第一階段：1950—1957年為發(fā)展初期，從治淮開始，根治海河、開始治黃。比較著名的大壩有位于北方永定河的官廳土壩（高46m），淮河北支流有白沙（高47.82m）等土壩，淮河南支流有佛子嶺（高74.4m）、梅山連拱壩（高88m）、響洪甸重力拱壩（高87.5m）等。在海河流域各支流上也開始建設(shè)。1955年黃河流域開發(fā)規(guī)劃完成，首批開工的有三門峽重力壩（高106m）。

第二階段：1958—1966年進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，全國基本建設(shè)全面展開。特別是中小型壩建設(shè)，因各地積極投入，數(shù)量猛增，大型工程比較著名的有黃河劉家峽重力壩（高147m）、新豐江支墩壩（高105m）、新安江重力壩（高105m）、云峰重力壩（高114m）、流溪河拱壩（高78m）以及禮河一級(jí)水電站的毛家村土壩（高82m）等。

第三階段：1967—1986年屬停滯期，建壩速度降低，但重視工程質(zhì)量，特別是后期實(shí)行了開放政策，技術(shù)上有明顯提高。這一階段興建的大壩有：龍羊峽（高178m）、烏江渡拱形重力壩（高165m）、白山重力壩（高149m）、湖南鎮(zhèn)支墩壩（高129m）、龔嘴重力壩（高86m）、鳳灘重力壩（高113m）、石頭河土石壩（高105m）、碧口土石壩（高102m）等，最大的長(zhǎng)江葛洲壩水電站（高48m）也在此時(shí)完成，裝機(jī)271.5萬kW，此外，還完成了群英砌石重力壩（高101m）。

第四階段：1987—1999年為鞏固和技術(shù)大發(fā)展時(shí)期。在改革開放經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，大壩建設(shè)速度顯著回升，新型壩出現(xiàn)而且迅速發(fā)展。一些達(dá)到世界先進(jìn)水平的工程陸續(xù)開工，完成了一大批高壩和大型水電站，包括安康重力壩（高120m）、緊水灘拱壩（高102m）、東江拱壩（高155m）、東風(fēng)拱壩（高168m）、隔河巖拱壩（高151m）、漫灣重力壩（高132m）、魯布革土石壩（高101m）等水電站。舉世矚目的三峽巨型水電站（高181m，裝機(jī)1820萬kW），最高的二灘拱壩（高240m，裝機(jī)330萬kW）和小浪底水利樞紐土石壩（高155m，裝機(jī)180萬kW）等陸續(xù)開工。這些工程都將于20世紀(jì)末或21世紀(jì)初投產(chǎn)。除這些大型工程外，還有一大批中小型水電和大型抽水蓄能電站竣工，不僅改善了電網(wǎng)的構(gòu)成，也使一些河流的防洪、灌溉、供水、航運(yùn)有了明顯的進(jìn)展。更為21世紀(jì)的更大發(fā)展打下了可靠的基礎(chǔ)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，世界各國總平均施工期限為三年半左右，而我國則約為兩年半。當(dāng)然對(duì)大型工程則時(shí)間要長(zhǎng)得多，若資金到位及時(shí)，施工期需要5～6年，特大工程10年以上。

從中國地區(qū)來看，1999年正建的壩以福建（80座）、云南（58座）最多，浙江（23座）、廣東（20座）、湖北（19座）、貴州（20座）次之。在北方，包括東北、華北各省區(qū)正建的壩數(shù)僅幾座，這是由于水資源較少，也是因?yàn)檫^去建壩較早的緣故。我國主要河流已建和待建的控制性大水庫樞紐及其主要特性見表1-1。

四、21世紀(jì)中國大壩建設(shè)概況

進(jìn)入21世紀(jì)至2010年，是中國水電站和大壩樞紐繼續(xù)發(fā)展的10年，如果按水電裝機(jī)容量比2000年大致再增加1.6～1.7倍估計(jì)，全國水電總?cè)萘繉⑦_(dá)110000～120000MW。目前建成世界上最大的三峽水利樞紐；完成長(zhǎng)江上游最高的二灘拱壩樞紐；完成黃河中、下游最大的小浪底水庫和最高的土石壩樞紐；在紅水河上游完建最高的天生橋一級(jí)面板堆石壩樞紐，并將建成一批大型和特大型水電站及其高壩。其中1000MW以上的水電站共20座，250～1000MW的水電站共18座。

隨著改革開放的不斷深入，國家綜合實(shí)力迅速增強(qiáng)，近年來我國壩工建設(shè)水平有了極大的提高，很多水工建筑物的規(guī)模已躍居世界第一位，一些被世界壩工權(quán)威、專家定為“難以克服”的技術(shù)難題也已被相繼征服。毫無疑問，中國已經(jīng)成為水利工程建設(shè)最具權(quán)威技術(shù)的國家之一。