中國(guó)高壩大庫(kù)統(tǒng)計(jì)分析

劉六宴　溫麗萍

(1.水利部大壩安全管理中心， 江蘇 南京　210029；2.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會(huì)， 北京　100080 )

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中國(guó)高壩大庫(kù)統(tǒng)計(jì)分析

劉六宴1溫麗萍2

(1.水利部大壩安全管理中心， 江蘇 南京210029；2.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會(huì)， 北京100080 )

本文分類統(tǒng)計(jì)了中國(guó)現(xiàn)有已建和在建壩高100m以上水庫(kù)和庫(kù)容10億m3以上水庫(kù)，系統(tǒng)分析高壩大庫(kù)的建設(shè)年代、地域分布、主要任務(wù)、庫(kù)容與裝機(jī)、壩型等特征，從定量指標(biāo)上反映高壩大庫(kù)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重要地位，以及中國(guó)水庫(kù)建設(shè)從低壩小庫(kù)向高壩大庫(kù)、從單一筑壩材料向多種材料復(fù)合應(yīng)用的發(fā)展變化趨勢(shì)。

水庫(kù)； 高壩； 大庫(kù)； 統(tǒng)計(jì)； 分析

1　中國(guó)高壩大庫(kù)概況

新中國(guó)成立初，全國(guó)僅有22座水庫(kù)。經(jīng)過(guò)60多年的大規(guī)模水庫(kù)建設(shè)，現(xiàn)有已建和在建水庫(kù)98000多座,混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩、混凝土面板堆石壩、心(斜)墻土石壩、均質(zhì)土壩、砌石壩等壩型得到廣泛應(yīng)用。壩高超過(guò)100m的已建和在建水庫(kù)達(dá)191座，其中，壩高150m以上53座，壩高200m以上20座，壩高300m以上2座。庫(kù)容超過(guò)10億m3的已建和在建水庫(kù)達(dá)137座，其中，庫(kù)容30億m3以上51座，庫(kù)容50億m3以上29座，庫(kù)容100億m3以上16座。裝機(jī)超過(guò)100萬(wàn)kW的水庫(kù)62座，其中，裝機(jī)5000MW以上7座，裝機(jī)10000MW以上4座。同時(shí)，73座水庫(kù)不但壩高超過(guò)100m，而且?guī)烊莩^(guò)10億m3，屬于名副其實(shí)的高壩(壩高100m以上)大庫(kù)(庫(kù)容10億m3以上)。高壩不一定是大庫(kù)，大庫(kù)不一定是高壩，水庫(kù)潰壩對(duì)下游的沖擊能量取決于壩高和庫(kù)容大小。

世界已建和在建水庫(kù)壩高前100名，中國(guó)占27座；水庫(kù)庫(kù)容前100名，中國(guó)占10座。中國(guó)的筑壩水平已處于世界領(lǐng)先。其中，三峽水利樞紐裝機(jī)容量22500MW，是發(fā)電裝機(jī)容量最大的水庫(kù)；雙江口水電站壩高314m，為世界在建及已建第二高壩；龍灘碾壓混凝土重力壩高216.5m，是世界已建最高碾壓混凝土壩；水布埡電站面板堆石壩高233m，是世界已建最高混凝土面板壩；錦屏一級(jí)水電站混凝土雙曲拱壩高305m，是世界已建最高混凝土拱壩，也是世界第三高壩；小灣水電站混凝土雙曲拱壩高292m，是世界已建第二高混凝土拱壩。

2　中國(guó)高壩水庫(kù)特征分析

2.1建成年代分析

中國(guó)在建、已建壩高100m以上水庫(kù)191座，其中已建水庫(kù)172座，在建水庫(kù)19座；在建、已建庫(kù)容10億m3以上大庫(kù)137座，其中已建126座，在建11座。

從高壩建成年代看，20世紀(jì)30—80年代共興建31座，20世紀(jì)90年代興建24座，21世紀(jì)前16年興建136座，見(jiàn)表1。從大庫(kù)建成年代看，20世紀(jì)30—40年代興建3座，20世紀(jì)50年代興建46座，20世紀(jì)60—80年代興建23座，20世紀(jì)90年代興建14座，21世紀(jì)前16年興建51座，見(jiàn)表2。20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)是高壩建設(shè)的高峰，尤其是壩高200m以上水庫(kù)基本興建于21世紀(jì)，而大庫(kù)建設(shè)的高峰分別在20世紀(jì)50年代和21世紀(jì)，這與中國(guó)水庫(kù)建設(shè)的幾個(gè)高峰時(shí)期相吻合。

表2　中國(guó)大庫(kù)建設(shè)年代分布

2.2區(qū)域分布分析

191座高壩分布于中國(guó)20個(gè)省份。其中，西南地區(qū)100座，占52.1%；西北地區(qū)32座，東北地區(qū)4座，東部沿海地區(qū)19座，兩湖地區(qū)23座。20座200m以上的高壩，有17座建在西南地區(qū)。137座大庫(kù)分布于中國(guó)的26個(gè)省份。其中，西南地區(qū)35座，西北地區(qū)12座，東北地區(qū)15座，東部沿海地區(qū)18座，兩湖地區(qū)20座。從高壩大庫(kù)的分布情況分析，中國(guó)高壩分布相對(duì)集中于西南等大山深丘地區(qū)，而大庫(kù)分布則相對(duì)分散，這也印證了西南地區(qū)高山峽谷多、河流坡降大、水能資源豐富的特點(diǎn)，適宜建設(shè)高壩大庫(kù)；而東南、東北、兩湖等淺丘或平原地區(qū)水資源豐富、地勢(shì)相對(duì)平緩、河流坡降較小，可以建設(shè)庫(kù)容大但壩高相對(duì)較低的大庫(kù)。

2.3庫(kù)容分析

中國(guó)壩高100m以上水庫(kù)不足全國(guó)水庫(kù)總數(shù)的0.2%，但庫(kù)容達(dá)5059億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的55%。其中，9座壩高250m以上水庫(kù)庫(kù)容1023億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的11%；20座壩高200m以上水庫(kù)庫(kù)容1564億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的17%；53座壩高150m以上水庫(kù)庫(kù)容3316億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的36%。中國(guó)壩高超過(guò)200m特高壩水庫(kù)見(jiàn)表3。

中國(guó)庫(kù)容10億m3以上水庫(kù)不足全國(guó)水庫(kù)總數(shù)的0.15%，但庫(kù)容達(dá)6177億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的67%。其中，16座庫(kù)容超過(guò)100億m3的特大水庫(kù)庫(kù)容3079億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的33%；29座庫(kù)容超過(guò)50億m3水庫(kù)庫(kù)容3960億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的43%；51座庫(kù)容超過(guò)30億m3水庫(kù)庫(kù)容4796億m3，約占全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的52%。中國(guó)庫(kù)容超過(guò)200億m3特大水庫(kù)見(jiàn)表4。

表3　中國(guó)已建在建250m以高壩水庫(kù)

表4　中國(guó)已建在建庫(kù)容200億m3水庫(kù)

從庫(kù)容分析可以看出，占中國(guó)水庫(kù)總數(shù)比例極低的高壩大庫(kù)庫(kù)容超過(guò)了全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的1/2，特別是137座10億m3以上的大庫(kù)庫(kù)容超過(guò)了全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的2/3，51座30億m3以上的大庫(kù)庫(kù)容超過(guò)了全國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的1/2，說(shuō)明中國(guó)水庫(kù)數(shù)量眾多，但水資源和水能資源主要集中在高壩大庫(kù)，這些高壩大庫(kù)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)的地位可想而知。

2.4主要任務(wù)分析

高壩大庫(kù)大多具有發(fā)電、防洪、灌溉、供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用功能，但大多數(shù)水庫(kù)以發(fā)電為主要任務(wù)，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。按第一任務(wù)進(jìn)行分析，191座高壩中，發(fā)電151座、防洪16座、灌溉17座、供水7座，發(fā)電占79.5%。其中，53座壩高150m以上水庫(kù)中，發(fā)電46座、防洪4座、灌溉3座，發(fā)電占86.8%；20座壩高200m以上水庫(kù)中，19座水庫(kù)以發(fā)電作為第一任務(wù)。137座大庫(kù)中，發(fā)電76座、防洪42座、灌溉17座、供水2座，發(fā)電占55.5%。其中，51座庫(kù)容超過(guò)30億m3水庫(kù)中，發(fā)電37座、防洪12座、灌溉2座，發(fā)電占72.5%；29座庫(kù)容超過(guò)50億m3水庫(kù)中，發(fā)電22座、防洪7座，發(fā)電占76%；16座庫(kù)容超過(guò)100億m3水庫(kù)中，發(fā)電11座、防洪5座，發(fā)電占69%。分析發(fā)現(xiàn)，僅20%的高壩、45%的大庫(kù)以防洪、灌溉或供水作為主要任務(wù)，而且?guī)烊菰酱?、大壩越高，防洪、灌溉、供水作為主要任?wù)的水庫(kù)比例越低，甚至200m以上特高壩幾乎都以發(fā)電作為主要任務(wù)，說(shuō)明水能資源開發(fā)是高壩大庫(kù)建設(shè)的主要目標(biāo)。

2.5裝機(jī)規(guī)模分析

191座高壩水庫(kù)中，98座裝機(jī)超過(guò)300MW，占51.2%。191座水庫(kù)總裝機(jī)達(dá)205967MW，相當(dāng)于中國(guó)現(xiàn)有水電總裝機(jī)的64%。其中，壩高200m以上水庫(kù)裝機(jī)89840MW，相當(dāng)于全國(guó)現(xiàn)有水電總裝機(jī)的28%；壩高150m以上水庫(kù)裝機(jī)154832MW，相當(dāng)于全國(guó)現(xiàn)有水電總裝機(jī)的48.4%。137座大庫(kù)中，73座水庫(kù)裝機(jī)超過(guò)300MW，占53.3%。137座水庫(kù)總裝機(jī)達(dá)到181056MW，相當(dāng)于全國(guó)現(xiàn)有水電總裝機(jī)的57%。其中，庫(kù)容100億m3以上水庫(kù)裝機(jī)83819MW，相當(dāng)于全國(guó)現(xiàn)有水電總裝機(jī)的26.2%；庫(kù)容50億m3以上水庫(kù)裝機(jī)120184MW，相當(dāng)于全國(guó)現(xiàn)有水電總裝機(jī)的37.6%；庫(kù)容30億m3以上水庫(kù)裝機(jī)136541MW，相當(dāng)于全國(guó)現(xiàn)有水電總裝機(jī)的42.7%。分析表明，超過(guò)一半的大型水電站都集結(jié)在高壩大庫(kù)中，也反映出高壩大庫(kù)在中國(guó)水能資源開發(fā)利用中具有舉足輕重的地位。

2.6壩型分析

高壩大庫(kù)地基應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力比較復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)高，不但對(duì)壩址區(qū)地形、地貌和地質(zhì)條件有很高要求，而且對(duì)筑壩材料和壩體型式也有特殊要求，尤其隨著大壩高度的增加，壩型特點(diǎn)更加凸顯。

2.6.1高壩壩型分析

191座高壩水庫(kù)中，混凝土壩99座，堆石壩90座，砌石壩2座，無(wú)均質(zhì)土壩。其中，53座150m以上高壩中，混凝土壩28座，堆石壩25座；20座200m以上高壩中，混凝土壩12座，堆石壩8座；9座250m以上高壩中，混凝土壩6座，堆石壩3座。說(shuō)明混凝土和堆石料是高壩水庫(kù)主要筑壩材料，但隨著大壩的增高，混凝土壩型所占比例也相應(yīng)提高，甚至達(dá)到2/3，也說(shuō)明在特高壩水庫(kù)中，混凝土壩在安全可靠度方面具有一定優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)理論、施工工藝也比較成熟。

99座混凝土高壩中，重力壩57座、拱壩42座，但20世紀(jì)80年代以后建設(shè)的混凝土壩，拱壩明顯多于重力壩，尤其是250m以上的6座高混凝土壩全部為拱壩， 200m以上的12座高混凝土壩有8座拱壩。說(shuō)明早期建成的混凝土高壩多選用重力壩，拱壩作為新壩型在近30年廣泛采用，如43座混凝土拱壩有39座興建于20世紀(jì)80年代以后，表明拱壩在減小壩體體積、節(jié)約建筑材料、應(yīng)對(duì)復(fù)雜應(yīng)力條件方面具有明顯優(yōu)越性，是當(dāng)前流行的壩體型式。

99座混凝土壩中，常態(tài)混凝土壩52座、碾壓混凝土壩47座，說(shuō)明常態(tài)混凝土壩作為一種成熟的筑壩型式，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，仍然被廣為接受；不過(guò)，碾壓混凝土作為一種新型筑壩材料，在節(jié)約建設(shè)成本、提高施工效率、改善混凝土澆筑溫度等方面有明顯優(yōu)越性，在近20多年得到廣泛應(yīng)用，47座碾壓混凝土壩全部是近30年興建，其中40座興建于21世紀(jì)。但是，碾壓混凝土壩內(nèi)溫度控制和層間結(jié)合等問(wèn)題一直是科研攻克的難題，相比常態(tài)混凝土壩來(lái)說(shuō)存在明顯軟肋。例如，28座150m以上高混凝土壩中，碾壓混凝土壩僅7座；12座200m以上高混凝土壩僅3座采用碾壓混凝土，9座 250m以上高壩尚未采用碾壓混凝土，應(yīng)當(dāng)是基于溫控與層間結(jié)合難度大的原因。

90座土石壩中，混凝土面板堆石壩68座，心(斜)墻堆石壩22座，混凝土面板堆石壩占75.6%。而且，68座混凝土面板堆石壩中，12座興建于20世紀(jì)90年代，其余56座興建于21世紀(jì)，說(shuō)明高混凝土面板堆石壩興起于20世紀(jì)90年代，大規(guī)模發(fā)展于21世紀(jì)，并成為當(dāng)前堆石壩的主流壩型，反映出面板堆石壩具有充分利用當(dāng)?shù)夭牧?、施工速度快、混凝土抗?jié)B能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但是，高混凝土面板的溫度裂縫、不均勻沉降變形裂縫等問(wèn)題控制難度大，250m以上堆石壩尚未實(shí)踐面板堆石壩壩型，心(斜)墻堆石壩作為一種成熟的筑壩方式，被優(yōu)先采用，如雙江口(壩高314m)、兩河口(壩高295m)、糯扎渡(261.5m)均為心墻堆石壩。中國(guó)高壩水庫(kù)主要壩型情況見(jiàn)表5。

表5　中國(guó)高壩水庫(kù)主要壩型情況

2.6.2大庫(kù)壩型分析

137座大庫(kù)中，混凝土壩74座，占54%;堆石壩45座，占32.8%；均質(zhì)土壩18座，占13.2%，但無(wú)砌石壩，見(jiàn)表6。51座庫(kù)容30億m3以上水庫(kù)中，混凝土壩33座，堆石壩15座，均質(zhì)土壩3座；29座50億m3以上水庫(kù)中，混凝土壩22座，堆石壩7座，均質(zhì)土壩1座；16座100億m3以上水庫(kù)中，混凝土壩12座，堆石壩4座。分析表明，大庫(kù)中的混凝土壩型仍然多于其他壩型，而且隨著庫(kù)容增大，混凝土壩型比例也相應(yīng)提高，尤其100億m3以上特大水庫(kù)中的混凝土壩型比例達(dá)75%。

74座混凝土壩水庫(kù)中，重力壩54座、拱壩20座，常態(tài)混凝土壩57座、碾壓混凝土壩17座。從建設(shè)年代可以看出，50%的大庫(kù)興建于20世紀(jì)80年代以前，而碾壓混凝土筑壩技術(shù)僅于20世紀(jì)80年代中后期才引進(jìn)中國(guó)，所以常態(tài)混凝土重力壩這種傳統(tǒng)筑壩型式相應(yīng)比較多。

45座堆石壩中，混凝土面板堆石壩19座，心(斜)墻堆石壩26座。心(斜)墻堆石壩作為一種傳統(tǒng)壩型，在早期興建的水庫(kù)或特高壩水庫(kù)得到優(yōu)先采用。但是庫(kù)容30億～50億m3的11座土石壩中，混凝土面板堆石壩就有7座，而且19座混凝土堆石壩作為一種新興壩型，全部興建于20世紀(jì)90年代以后。

137座大庫(kù)中，18座水庫(kù)為均質(zhì)土壩，這些水庫(kù)除1座為21世紀(jì)興建外，其余全都是20世紀(jì)70年代以前興建，主要興建于20世紀(jì)50年代，而且這些大壩壩高相對(duì)較低，除松濤水庫(kù)壩高80.1m、柘林水庫(kù)壩高79.2m外，其他水庫(kù)壩高均低于50m，表明均質(zhì)土壩是20世紀(jì)50年代中國(guó)筑壩的主要型式，大量中低壩水庫(kù)采用這種壩型，這是當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件所決定的。但均質(zhì)土壩沉降變形大、遇水變形滑塌問(wèn)題突出，安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大，高壩一般不宜采用此壩型。

表6　中國(guó)大庫(kù)主要壩型情況

3　結(jié)　論

a.中國(guó)現(xiàn)有壩高超過(guò)100m的水庫(kù)191座，庫(kù)容大于10億m3的水庫(kù)137座，這是中國(guó)筑壩技術(shù)和建壩水平居世界領(lǐng)先地位的重要標(biāo)志。

b.中國(guó)高壩主要興建于改革開放后，特別是200m級(jí)高壩主要興建于21世紀(jì)；大庫(kù)則主要興建于20世紀(jì)50年代和21世紀(jì)。

c.中國(guó)高壩分布在20個(gè)省份，但主要分布在西南地區(qū)；而大庫(kù)分布在26個(gè)省份，雖然西南地區(qū)相對(duì)較多，但全國(guó)分布并不十分集中。

d.高壩大庫(kù)的庫(kù)容占據(jù)中國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容較大比例。191座高壩庫(kù)容約占中國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的55%，137座大庫(kù)庫(kù)容則占中國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容的67%。

e.無(wú)論是高壩還是大庫(kù)，大多具有發(fā)電、防洪、灌溉、航運(yùn)等綜合利用功能，但主要任務(wù)集中在發(fā)電、防洪和灌溉。其中，以發(fā)電作為主要任務(wù)的高壩約占80%，以發(fā)電作為主要任務(wù)的大庫(kù)約占55.5%。

f.大型水電站主要出自于高壩大庫(kù)，高壩水庫(kù)裝機(jī)容量相當(dāng)于中國(guó)現(xiàn)有水電裝機(jī)的64%，大庫(kù)裝機(jī)容量則相當(dāng)于中國(guó)現(xiàn)有水電裝機(jī)的57%。

g.高壩水庫(kù)壩型以混凝土和堆石壩型為主，無(wú)均質(zhì)土壩；大庫(kù)壩型雖以混凝土和堆石壩型為主，但也有不少均質(zhì)土壩。早期建設(shè)的高壩大庫(kù)主要以傳統(tǒng)的常態(tài)混凝土重力壩和心(斜)墻堆石壩為主，近30年建設(shè)的高壩大庫(kù)以混凝土拱壩、混凝土面板堆石壩、碾壓混凝土壩居多。但是，對(duì)于200m以上的特高壩和庫(kù)容100億m3的特大庫(kù)，傳統(tǒng)的筑壩材料和成熟的壩型仍然是優(yōu)先選擇。

[1]水利部建設(shè)與管理司，水利部大壩安全管理中心.中國(guó)高壩大庫(kù)(TOP100)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

[2]水利部建設(shè)與管理司，水利部大壩安全管理中心.世界高壩大庫(kù)(TOP100)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

[3]楊澤艷,周建平.我國(guó)特高面板堆石壩的建設(shè)與技術(shù)展望[J].水力發(fā)電,2007(1).

[4]周建平,楊澤艷,陳觀福.我國(guó)高壩建設(shè)的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)[J].水利學(xué)報(bào),2006(12).

[5]龐瓊,王士軍,倪小榮,等.世界已建高壩大庫(kù)統(tǒng)計(jì)分析[J].水利水電科技進(jìn)展,2012(12).

Analysis on high dam large reservoir statistics in China

LIU Liuyan1, WEN Liping2

(1.DamSafetyManagementCenteroftheMinistryofWaterResources,Nanjing210029,China;2.PatentReexaminationBoardofSIPO,Beijing100080,China)

In the paper, reservoirs which have been constructed and under construction with the dam height of more than 100 meters in China and reservoirs with the capacity of more than 1 billion cubic meters are classified and counted. Construction year, regional distribution, main tasks, reservoir capacity and installed capacity, dam type and other characteristics are systematically analyzed. The important position of high dam large reservoirs in economic and social development is reflected from quantitative indicator. The development and change trend of Chinese reservoir construction from low dam small reservoir to high dam large reservoir as well as from single dam construction materials to multi-materials complex application is discussed.

reservoir; high dam; large reservoir; statistics; analysis

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.09.004

TV632

A

1005-4774(2016)09- 0012- 05