如何保證大壩的安全

2008年5月22日，震后紫坪鋪大壩基本完好。攝影/王哈男/CFP

一直以來(lái)，水庫(kù)大壩的安全為廣大公眾十分關(guān)注。如果一座蓄滿水的大水庫(kù)發(fā)生潰壩，其后果不亞于一次大洪水，甚至比一般洪水更猛烈。歷史上，國(guó)內(nèi)外都曾發(fā)生過(guò)潰壩事故，造成了重大的生命財(cái)產(chǎn)損失。回顧世界大壩建設(shè)的歷史，早期修建的大壩以較低的土壩為主，很多大壩依據(jù)經(jīng)驗(yàn)修建，大壩本身的質(zhì)量和抵御洪水、地震等災(zāi)害的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)都很低，同時(shí)又缺乏必要的維護(hù)和加固，因此常常在遭遇較大洪水，或其他自然災(zāi)害時(shí)發(fā)生潰決。通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)積累，人們對(duì)水庫(kù)大壩的認(rèn)識(shí)逐漸提高。20世紀(jì)初，材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、水力學(xué)、土力學(xué)等開(kāi)始應(yīng)用于水庫(kù)大壩建設(shè)，現(xiàn)代壩工理論逐漸發(fā)展、成熟。大壩的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)更加科學(xué)，大壩的安全得到了保障。有人或許會(huì)問(wèn)，在日常運(yùn)行情況下，大壩是安全的；但是當(dāng)面臨特大洪水、地震等自然災(zāi)害時(shí)，大壩是否還能保證安全？要回答這個(gè)問(wèn)題，不可避免地要提到大壩抵御洪水、地震的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。下面，本文將以大壩的抗震安全為例，予以說(shuō)明。

大壩的抗震安全

我國(guó)大陸處在印度板塊、太平洋板塊和菲律賓板塊的聯(lián)合擠壓下，世界上最活躍的3個(gè)地震帶中有2個(gè)（環(huán)太平洋地震帶、歐亞地震帶）都延伸到我國(guó)境內(nèi)。因此，我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家。另一方面，我國(guó)也是一個(gè)水資源十分有限的國(guó)家，要優(yōu)化配置水資源、防洪減災(zāi)，就要在地震區(qū)、甚至在高地震烈度區(qū)修建水庫(kù)大壩，抗震安全問(wèn)題不可避免。

我國(guó)大壩當(dāng)前的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與瑞士、英國(guó)等國(guó)家相同，按照最大設(shè)計(jì)地震（MDE）進(jìn)行抗震設(shè)防。根據(jù)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)大壩遭遇最大設(shè)計(jì)地震時(shí)，允許結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，但是不能發(fā)生災(zāi)難性的失效；相應(yīng)的性能目標(biāo)是，如遇局部損壞，經(jīng)一般處理仍可正常運(yùn)行。

截至2008年，我國(guó)已建成庫(kù)容超過(guò)1億立方米的大中型水庫(kù)400多座。事實(shí)上，在近幾十年中，我國(guó)地震頻繁，僅在20世紀(jì)內(nèi)，震級(jí)大于等于7級(jí)的強(qiáng)震已發(fā)生9次之多。數(shù)千座水庫(kù)大壩、水閘、泵站，數(shù)千公里的堤防，數(shù)萬(wàn)口機(jī)井等水工建筑物遭到了不同程度的損壞，但是均未發(fā)生大中型水庫(kù)因地震垮壩引起的次生災(zāi)害。許多遭受地震損害的水庫(kù)大壩、河堤、水閘等工程，通過(guò)及時(shí)修復(fù)處理仍能保持正常運(yùn)行，繼續(xù)發(fā)揮效益。

經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于水庫(kù)大壩工程，只要在充分進(jìn)行地震風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，精心設(shè)計(jì)、精心施工、嚴(yán)格管理，同時(shí)在地震發(fā)生后迅速地進(jìn)行壩體結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，并及時(shí)采取除險(xiǎn)加固措施，就可以有效地減輕地震災(zāi)害的損失，防止?jié)我鸬拇紊鸀?zāi)害。

大壩具有較強(qiáng)的抗震能力

從歷史上看，每次強(qiáng)烈地震之后，都有大量房屋、橋梁等建筑物倒塌，但很少有大壩因地震而發(fā)生垮壩。一般情況下，地震區(qū)的大壩會(huì)發(fā)生不同程度的震損破壞，但結(jié)構(gòu)整體上處于安全狀態(tài)?？梢?jiàn)，在各種土木建筑物中，大壩的抗震能力是比較強(qiáng)的。

朱伯芳院士認(rèn)為，與房屋、橋梁等建筑物相比，大壩平時(shí)以承受水推力等水平荷載為主，并且設(shè)計(jì)采用的安全系數(shù)大，大壩安全余度高，這是大壩具有較強(qiáng)抗震能力的根本原因。

從汶川地震看大壩安全

每次大地震發(fā)生，水利專家們都非常關(guān)注震區(qū)的水庫(kù)。汶川地震發(fā)生之后，聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署（UNDP）、國(guó)際大壩委員會(huì)（ICOLD）等國(guó)際組織對(duì)震區(qū)的大壩安全狀況表示了極大的關(guān)注，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察，這些國(guó)際組織對(duì)中國(guó)大壩的抗震安全給予了很高的評(píng)價(jià)：

汶川地震之后的紫坪鋪大壩雖然遭受了一定程度的損壞，但還是經(jīng)受住了此次強(qiáng)烈地震的考驗(yàn)。紫坪鋪混凝土面板堆石壩良好的抗震性能歸功于大壩及其附屬建筑物的合理設(shè)計(jì)、高質(zhì)量的施工以及高效的運(yùn)行管理和對(duì)緊急情況的及時(shí)處理。作為一個(gè)遭受如此強(qiáng)烈地震的混凝土面板堆石壩，紫坪鋪大壩對(duì)混凝土面板堆石壩建設(shè)的發(fā)展具有里程碑的意義。該工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)將會(huì)為全世界地震區(qū)的大壩工程師提供很好的參考。