我們應(yīng)理性解讀水庫利弊

趙清爽

我國(guó)迄今已建成水庫大壩8萬余座，風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)容不得簡(jiǎn)單推算。

即便不需要作最壞的揣度與打算，但我們?cè)鰪?qiáng)一些風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)、提升風(fēng)險(xiǎn)分析水平、強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)管理，卻不能不說是一項(xiàng)基礎(chǔ)性和前瞻性的工作。

圍繞水庫大壩的利弊分析以及如何防范，本刊專訪了我國(guó)知名的水利水電工程設(shè)計(jì)、水工結(jié)構(gòu)專家——中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程設(shè)計(jì)大師曹楚生。

水壩安全需要引入風(fēng)險(xiǎn)理念

據(jù)1982年第14屆世界大壩會(huì)議報(bào)告，水庫潰壩率在1900年曾一度大于10％，以后逐漸減少，至1980年國(guó)外已降至約0.2％。1980年統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)潰壩率為0.6％。曹楚生院士說，從以上國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)看，實(shí)際潰壩率已有大幅度降低，目前應(yīng)在1‰左右。

曹院士還介紹了基于可靠度設(shè)計(jì)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、鋼筋混凝土、重力壩等壩工設(shè)計(jì)規(guī)范和準(zhǔn)則等，工民建和電力系統(tǒng)等方面已按此方向進(jìn)行，亦即可靠概率為99.99％~99.997％，失效概率相應(yīng)為0.03‰~0.1‰。但是，應(yīng)該指出這在理論上考慮了結(jié)構(gòu)荷載(作用)和材料強(qiáng)度(抗力)變異性及某些不定因素。故上述失效概率尚小于實(shí)際潰壩率甚多（約10倍以上），這說明潰壩率還有進(jìn)一步降低的較大空間。

這就需要引入風(fēng)險(xiǎn)新理念，使其深入各種工程設(shè)計(jì)之中，讓工程設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)分析融為一體，改善優(yōu)化工程設(shè)計(jì)并提高工程的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

我國(guó)水利工程建設(shè)發(fā)展較快，迄今已建壩8萬余座。一般建壩后，下游工農(nóng)業(yè)發(fā)展，人口增加，供水發(fā)電效益顯著。由于種種原因，特別是中小壩的潰決時(shí)有發(fā)生。潰壩后果特別嚴(yán)重，主要反映在兩個(gè)方面：巨大的防洪、供水或發(fā)電效益毀于一旦；對(duì)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成極大損失。

水庫建設(shè)的正負(fù)效應(yīng)往往因觀點(diǎn)不同得出不同結(jié)論

水壩效益一般涵蓋防洪、供水、灌溉、發(fā)電和航運(yùn)等。新中國(guó)成立60多年來，特別是近30年水利水電迅猛發(fā)展，目前幾乎可開發(fā)站點(diǎn)都已在進(jìn)行。其中，已建、在建或擬建中的工程在工程規(guī)模、庫容、壩高、裝機(jī)容量方面較突出的主要有：三峽、龍羊峽、溪落渡、龍灘、錦屏一級(jí)、向家壩、拉西瓦、二灘、水布埡、瀑布溝、李家峽、小浪底、古賢、天生橋和隔河巖等。

它們具有較強(qiáng)的供水供電能力，并在生態(tài)環(huán)境及地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮顯著作用。但它們也會(huì)帶來諸多負(fù)面影響，如水庫淹沒、移民搬遷、庫岸穩(wěn)定和地質(zhì)災(zāi)害等。這種正面和負(fù)面影響不易從定性和定量來衡量，往往因不同觀點(diǎn)得出不同的結(jié)論。

比如，很久以來埃及Aswan（阿斯旺）大壩已建成運(yùn)行，通過灌溉發(fā)電使工農(nóng)業(yè)得到較大發(fā)展，但仍有人認(rèn)為其對(duì)環(huán)境負(fù)面影響是主要的。我國(guó)的三峽大壩經(jīng)過數(shù)十年的設(shè)計(jì)、論證，通過人大會(huì)議立項(xiàng)建設(shè)，今發(fā)電、航運(yùn)等效益已舉世矚目，但迄今仍有人將近年四川大地震、干旱等災(zāi)難以莫須有的罪名強(qiáng)加于三峽工程。

曹院士多年前曾去美國(guó)胡佛大壩現(xiàn)場(chǎng)，途經(jīng)著名的博弈休閑城市Las Vegas（拉斯維加斯），看到其建筑設(shè)施等十分壯觀，了解到該處原屬沙漠地區(qū)，十分干旱炎熱，因有該水庫供水，才得以發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)工程師稱此工程已安全運(yùn)行70年，效益顯著，頗得各方好評(píng)。同時(shí)，還獲悉有利用胡佛壩址下游水庫作下池，建2000萬千瓦抽水蓄能機(jī)組之說。

以上說明，一座好的水利水電工程經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，終會(huì)逐漸被社會(huì)認(rèn)可。

曹楚生院士說，大壩安危為各方關(guān)注，考慮垮壩將釀成生命財(cái)產(chǎn)等難以想象的巨大災(zāi)難，對(duì)水壩風(fēng)險(xiǎn)（特別指潰壩）有三種不同看法：一是只要水壩按國(guó)家有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，就不存在潰壩風(fēng)險(xiǎn)；二是還會(huì)有潰壩風(fēng)險(xiǎn)，要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析并提出抑制回避的對(duì)策；三是還應(yīng)將對(duì)策逐項(xiàng)一一落實(shí)，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)管理，提出預(yù)警、預(yù)案。

結(jié)合我國(guó)水庫大壩實(shí)際，曹楚生院士認(rèn)為，水利水電及其跨流域引水和跨地區(qū)送電是一種對(duì)水資源極端缺乏地區(qū)的很好的開發(fā)模式。它們的建成是對(duì)環(huán)境的一個(gè)重要的和有益的補(bǔ)充，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的作用是十分巨大的。但要抓緊環(huán)境保護(hù)工作，“發(fā)揮”水庫改善水質(zhì)、保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡的作用，這要靠水庫管理單位以及水庫周邊的工廠企業(yè)、地震、環(huán)保和各級(jí)地方政府等部門通力合作才能奏效。

水庫風(fēng)險(xiǎn)影響及其防范對(duì)策

曹院士認(rèn)為，水利水電一般均改變并改善了環(huán)境；而如何限制、減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響和如何做好環(huán)境保護(hù)是關(guān)鍵。其中，尤為各方關(guān)注的是如何確保大壩安全。他建議從以下五個(gè)方面予以限制。

一是認(rèn)真做好移民遷建規(guī)劃和妥善安置。但事與愿違，我國(guó)一些已成水庫，移民往往都留有后患。近20~30年來，一些重大工程曾提出并實(shí)施開發(fā)性移民、變過去簡(jiǎn)單的補(bǔ)償為積極支持創(chuàng)業(yè)，使移民擁有生產(chǎn)手段和資料，既發(fā)展了生產(chǎn)又解決了移民的生計(jì)來源。近年來，政府還推出一些抓好移民后期扶持發(fā)展工作的政策。還應(yīng)指出，在一些工程實(shí)施的不同內(nèi)容的投資型移民政策引起各方關(guān)注，其核心是移民以其享有的土地使用權(quán)入股水利水電樞紐。這樣，移民有權(quán)定期獲取其應(yīng)得的收益。以上各種移民形式各有所長(zhǎng)，都在繼續(xù)發(fā)展完善中，似后者開發(fā)性移民更為可行。據(jù)報(bào)道，我國(guó)水庫移民自愿外遷，經(jīng)統(tǒng)一安排遷至東南沿海或其他地區(qū)，成功地融入當(dāng)?shù)厣鐣?huì)，擴(kuò)大了移民的空間。

二是攔河建壩，阻斷了洄游魚類洄游的途徑。但建壩對(duì)發(fā)展非洄游魚類是很有利的。在三峽、葛洲壩等，對(duì)魚類洄游設(shè)置魚道和洄游魚類中華鱘人工繁殖進(jìn)行了數(shù)十年研究，成功孵育大量魚苗投回長(zhǎng)江，保護(hù)并維持了它們的生存。此外，在水庫養(yǎng)魚和網(wǎng)箱養(yǎng)魚等方面也取得了較好成績(jī)。

三是建庫后一般改善了庫區(qū)和下游河道的航運(yùn)。但在枯水期因流量減小，局部河道會(huì)有礙航現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)注意監(jiān)測(cè)維護(hù)。壩下游河道由于下泄流量長(zhǎng)期沖刷，河床會(huì)逐年降低，導(dǎo)致下游水面高程降低，影響航運(yùn)。這些都應(yīng)在水庫調(diào)度運(yùn)行中注意改進(jìn)。

四是聯(lián)合國(guó)教科文組織曾規(guī)定壩高100米以上或庫容大于10億立方米以上水庫應(yīng)監(jiān)視其觸(誘)發(fā)地震。據(jù)悉，不少水庫建成蓄水后都發(fā)生了程度不同的誘發(fā)地震現(xiàn)象，如新豐江、烏江渡、佛子嶺等都發(fā)生過誘發(fā)地震。而龍羊峽等水庫在若干年前遭遇較強(qiáng)地震，但據(jù)地震部門從震中位置等判定為非誘發(fā)地震。以上說明我國(guó)尚未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重水庫觸發(fā)地震個(gè)例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型水庫觸發(fā)地震的幾率不高，僅約為20%。但各方對(duì)此都應(yīng)十分關(guān)注，要認(rèn)真監(jiān)測(cè)、及時(shí)維護(hù)。

五是水壩連同地基和泄洪泄水風(fēng)險(xiǎn)情況和防范。地基風(fēng)險(xiǎn)要充分利用已經(jīng)成熟的可視化數(shù)模仿真分析技術(shù)，做好安全監(jiān)測(cè)，及時(shí)并定期（汛前、汛后和年終）分析對(duì)比。如發(fā)現(xiàn)某些指標(biāo)變幅異常，應(yīng)及時(shí)維護(hù)和處理，否則風(fēng)險(xiǎn)將至。而水壩泄洪泄水多股水流或直沖河床、或在空中撞擊、或回流呈漩渦狀沖刷淘刷，對(duì)壩區(qū)和下游構(gòu)成威脅，在下游可能形成不同深度的沖坑或淘刷坑。為此，各方也必須十分重視。在工程實(shí)踐中，須采用堅(jiān)實(shí)的河床墊層或其他有效的消能設(shè)施。

關(guān)鍵在于風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)管理

因風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)涉及范圍擴(kuò)大，特別是下游洪水泛濫出現(xiàn)后影響面往往會(huì)擴(kuò)大很多，需要地形圖的范圍和計(jì)算分析遠(yuǎn)比一般工程設(shè)計(jì)要大和復(fù)雜。視我國(guó)目前情況，我們可到該地段的有關(guān)地方部門索取所需的最新航測(cè)地形圖，通過可視化仿真計(jì)算，在虛擬的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上與設(shè)計(jì)提供的圖紙整合并模擬洪水演進(jìn)，最終從仿真計(jì)算成果中截取關(guān)鍵瞬間（自施工期以及未來運(yùn)行期中若干重要瞬間）繪制風(fēng)險(xiǎn)圖中所需的相關(guān)平面圖和剖面圖等，以供規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用。通過針對(duì)某一工程含風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)在內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)分析研究，對(duì)該工程各種風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)有更清晰和更深入的認(rèn)識(shí)。

曹楚生院士最后指出，我國(guó)水壩世界矚目，無論在規(guī)模、庫容、壩高及防洪、發(fā)電、供水、灌溉和航運(yùn)規(guī)模上均位于世界前列。我國(guó)某些重大水壩工程在完善壩體的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量外，還曾重點(diǎn)對(duì)各方關(guān)注的潰壩問題進(jìn)行了大量論證研究、風(fēng)險(xiǎn)防范工作，故工程安全是有保證的。今重點(diǎn)注意到不同量級(jí)泄洪泄水流量會(huì)使下游地區(qū)有不同受阻受淹的風(fēng)險(xiǎn)，建議合理規(guī)劃今后的發(fā)展，劃分不同級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，降低可能損失，避免下游風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)大量開發(fā)，減少潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

最后他還建議：1.因地制宜設(shè)置非常形式的及備用的多種設(shè)施以應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)選用；2.保留并拓展必要的蓄、滯洪區(qū)及河道，提高行洪抗洪能力，按照擬開挖疏浚后的地形再重新核算水位和淹沒范圍；3.人工干預(yù)險(xiǎn)情處理在技術(shù)上和時(shí)間上要綜合考慮并留有富余；4.下游水患風(fēng)險(xiǎn)影響較大時(shí)，應(yīng)視情況做好預(yù)警、預(yù)案。