美國的造壩運動

小戴維·P.比林頓

1807年，羅伯特·富爾頓（Robert Fulton）在紐約州的哈德遜河上試航成功后，蒸汽機(jī)船沿密西西比河而上，打通了美國中部的交通和貿(mào)易。

河水也為新英格蘭的紡織制造業(yè)提供了動力。

1865年之后，鐵路成為美國運輸?shù)闹辛黜浦?，但谷物和其他大宗貨物還繼續(xù)通過駁船和輪船運輸。

19世紀(jì)90年代，喬治.威斯汀豪斯（George Westinghouse）開創(chuàng)了利用水力發(fā)電的先河。當(dāng)時，他在尼亞加拉大瀑布附近安裝發(fā)電機(jī)，將電力輸送到了20英里外的紐約州布法羅。由此，水力發(fā)電得到了推廣。

經(jīng)濟(jì)大蕭條爆發(fā)后，聯(lián)邦政府雄心勃勃地開始了大量基建項目，一方面是為了緩解失業(yè)，另一方面是為了改善美國未來的公共基礎(chǔ)設(shè)施。

兩個聯(lián)邦機(jī)構(gòu)影響了全國的水利工程。

美國墾務(wù)局（Bureau of Reclamation）和美國陸軍工程兵團(tuán)（US Army Corps of Engineers）修建了大壩，以控制洪水泛濫、改善內(nèi)陸航行和提高發(fā)電供應(yīng)量。

西南部科羅拉多河上的胡佛大壩（Hoover Dam），是這些公共基建工程中最突出的工程，其高度是在此之前的最高的大壩的兩倍。

隨后，密西西比河以西的三個地區(qū)相繼修建了大壩：加利福尼亞中央谷地、太平洋西北部的哥倫比亞河以及北部平原的密蘇里河。

20世紀(jì)水壩建設(shè)的一次大飛躍始于美國西南部，這個干旱的區(qū)域的地形以沙漠和峽谷為主，只有一條大河從中穿過——科羅拉多河。

科羅拉多河穿過一系列深邃的峽谷，其中之一便是壯觀的亞利桑那州大峽谷。在沿河修建水壩之前，該河在河口的流量是每秒2.2萬立方英尺（1立方英尺約28.3升）。

這種流量也說明了該地區(qū)的干旱狀況，作為對比，密西西比河的流量是每秒近60萬立方英尺。

南加州不斷發(fā)展的城市需要水。

加州對水資源的需求讓科羅拉多流域的其他州感到震驚，其他州的城鎮(zhèn)和農(nóng)民不希望他們的鄰居把所有的河水引走。

1922年11月24日，在新墨西哥州的圣達(dá)菲，美國商務(wù)部部長赫伯特·胡佛（Herbert Hoover）使得科羅拉多河流域7個州達(dá)成妥協(xié)，簽訂了《科羅拉多河協(xié)定》（The Colorado Compact）。

各州同意分配河流的使用權(quán)，上游的懷俄明州、科羅拉多州、猶他州和新墨西哥州將獲得與下游的內(nèi)華達(dá)州、亞利桑那州和加州同樣多的供水量。

作為1922年協(xié)定的一部分，聯(lián)邦政府擁有科羅拉多河下游的土地，也承諾在科羅拉多河下游建造一座大壩。該大壩將控制洪水，供水用以灌溉和其他用途，南加州（作為主要受益者）將承擔(dān)該大壩的建造費用。

1928年，洛杉磯和周邊地區(qū)成立了一個新的公共機(jī)構(gòu)——大都會水務(wù)局（The Metropolitan Water District），獲得授權(quán)征稅修建一條通往科羅拉多河的運河。

大都會水務(wù)局說服國會通過了《博爾德峽谷工程法案》（Boulder Canyon Act），授權(quán)聯(lián)邦政府修建大壩，并在墨西哥邊境的美國一側(cè)修建一條運河，為帝王谷供水。

1928年12月，時任美國總統(tǒng)約翰·卡爾文·柯立芝（John Calvin Coolidge Jr.）簽署了該法案，使其成為法律。

大壩確實選了一個好位置，叫黑峽谷。1930年，內(nèi)政部長將這一未來的工程命名為胡佛大壩。

墾務(wù)局接到了建造胡佛大壩的任務(wù)，并在20世紀(jì)20年代初開始了設(shè)計工作。該局決定用混凝土來建造大壩，在設(shè)計上出現(xiàn)了兩種截然不同的方案。

一種是工程師們稱為重力壩的方案，依靠質(zhì)量或重量來阻擋水的流勢。重力壩需要大量的混凝土。

另一種是拱形水壩方案，以其形狀或形態(tài)來減緩水勢。拱形墻可以通過將水流的水平力傳給兩邊的巖壁來阻擋水流，就像拱橋?qū)⑵浯怪敝亓亢徒煌ㄖ亓總鹘o橋墩一樣。

與重力壩相比，拱形壩所需的材料要少很多，卻能起到同樣阻擋水流的作用。

胡佛大壩的拱形設(shè)計對于當(dāng)時的墾務(wù)局來說，是一個非常激進(jìn)的想法。

該局設(shè)計過一些較小的重力壩，并以一定的曲率來增加強(qiáng)度。1924年，該局的總工程師弗蘭克·韋茅斯（Frank Weymouth）。完成了胡佛大壩具有一定拱形曲率的重力設(shè)計。曲率不是必需的，因為巨大的重量就能保證大壩的安全。

大壩設(shè)計的激進(jìn)之處在于它前所未有的規(guī)模和建造速度。一個年輕的工程師約翰·L.薩維奇（John L. Savage）接替了韋茅斯的工作，并在接下來的5年里對設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)。

到20世紀(jì)20年代，土木工程師們已掌握了如何設(shè)計重力壩——其中上游側(cè)幾乎是垂直的，而下游側(cè)的坡度較平。這種形狀可以理解為上游壩壁和壩基形成的是一個直角三角形。

工程師們還了解大壩需要抵抗的主要力量，主要是水壓在大壩上所產(chǎn)生的傾覆力，還有一個較小的向上的壓力，稱為上浮力，這可能是大壩下的滲水引起的。利用一些公式，工程師可以確定重力壩需要多少混凝土來抵擋壩后面的水并保證安全。

1928年3月28日晚上，一個剛剛完工的小曲率重力壩——圣弗朗西斯大壩（St. Francis Dam，位于洛杉磯西北40英里）倒塌了。

這成為20世紀(jì)美國工程史上最大的事故。

面水墻呼嘯著沖下一個50英里長的山谷，最終沖進(jìn)了太平洋，導(dǎo)致超過400人死亡。人們對胡佛大壩的設(shè)計產(chǎn)生了懷疑。

對圣弗朗西斯大壩事故的調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，事故是設(shè)計中有問題的地基和其他缺陷導(dǎo)致的，而不是拱形這一設(shè)計導(dǎo)致的。

一批工程師檢查了胡佛大壩的最終設(shè)計，并要求增加一些混凝土以使大壩的地基更寬。

墾務(wù)局工程師杰克·薩維奇本可以拒絕再增加混凝土，因為最初的設(shè)計已經(jīng)使用了4倍于安全所需的混凝土的量。

胡佛大壩的建造計劃要求在峽谷壁內(nèi)挖掘四條隧道，科羅拉多河兩岸各兩條，每條隧道長約3/4英里（1英里約1609米），直徑50英尺（1英尺約0.3米）。

挖掘這些隧道是為了使河流改道，以便在干涸的河底架設(shè)結(jié)構(gòu)。

大壩將高出基巖726英尺，是以往普通大壩的兩倍，基座從后到前是660英尺，壩基在頂部逐漸縮小，從后到前是45英尺，寬度足以鋪設(shè)一條道路。大壩的壩頂長度，即從峽谷一壁到另一壁的弧形壩頂長度，將達(dá)到1282英尺。

河流改道后，工人們將用混凝土筑起大壩，建成后，將攔蓄形成一個長115英里、深585英尺的湖泊。

勘察現(xiàn)場并制定詳細(xì)的建設(shè)方案后，墾務(wù)局于1931年3月向私人承包商招標(biāo)，中標(biāo)價為4880萬美元（相當(dāng)于2010年的7億美元），中標(biāo)公司是一個被稱為“六家公司”的西方企業(yè)聯(lián)盟。

1931年夏天，大壩開始施工建設(shè)。為獲得中標(biāo)書，“六家公司”聯(lián)盟曾求助于一位著名的建筑工程師法蘭克·高爾（Frank Crowe），在之后聘請他為建設(shè)胡佛大壩的工程師。他以按時完工和低于計劃的成本享有聲譽(yù)。

另一位緬因大學(xué)的畢業(yè)生高爾在墾務(wù)局的同事沃克·楊（Walker Young）在1924年后留在墾務(wù)局，并在胡佛大壩上擔(dān)任監(jiān)理工程師，以確保大壩建設(shè)符合要求。

高爾需要招募新的工人來補(bǔ)充施工隊伍，在為工人建成工地住房之前，大壩建造工程就于1931年春天開始了。

工地上的生活條件非常簡陋，工人們住在帳篷或棚屋里，白天溫度達(dá)到48℃，水和食物都很缺乏。

在一群工人罷工抗議后，高爾不得不在經(jīng)濟(jì)大蕭條不斷加劇的情況下，重新雇用其他愿意接受這份工作的工人。1931年秋天，大壩工人們終于住進(jìn)了有空調(diào)的房間，得到了淡水、充足的膳食和醫(yī)療服務(wù)。

第一年，主要工作是開挖4條引水隧道。

高爾讓工人們分三班，每班8小時日夜不停地在隧道里工作。開鑿隧道需要用炸藥爆破巖石，清理碎石后再爆破，每次只能前進(jìn)幾英尺。

“高爾如果不在辦公室，就在大壩下面。哪怕凌晨兩點看到他在下面四處觀察，我也不會感到驚訝?！币晃还と嘶貞浾f。

隨著隧道向深處挖掘，機(jī)動車發(fā)動機(jī)排出的廢氣，損害了里面的一些工人的健康，但工程繼續(xù)向前推進(jìn)。

到1933年初，隧道已經(jīng)全部挖通，并鋪上了混凝土。當(dāng)工人們把隧道挖到巖石深處時，另一些被稱為“定高標(biāo)尺工”的工人則在進(jìn)行著更危險的工作：

他們鉆孔鑿除石塊來修整峽谷壁，使其表面更加堅硬和光滑，以便與未來的大壩相連接。

隨著大壩修建工作的進(jìn)行，美國經(jīng)濟(jì)陷入低谷。從1929年股市崩盤到1933年初美國的銀行系統(tǒng)崩潰，工業(yè)生產(chǎn)減少了一半，全國失業(yè)人口達(dá)到1/4。

富蘭克林·羅斯福（Franklin Roosevelt）在1932年贏得了美國總統(tǒng)大選，他承諾為美國人民實施新政，由聯(lián)邦政府出資建設(shè)新的公用工程來促進(jìn)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。

1933年3月就職后，羅斯?？隙撕鸫髩螌业闹匾?。為了不將功勞歸于胡佛總統(tǒng)，羅斯福政府的內(nèi)政部長將大壩改名為博爾德大壩。

1933年春天，高爾在河的上游筑起了一道臨時屏障，即“圍堰”，將科羅拉多河分流到引水隧道，而下游一側(cè)的圍堰則將科羅拉多河的水流攔阻在下游，防止回流。這道屏障可以讓施工人員將河底挖掘到基巖。

6月，施工人員開始為大壩主體鋪設(shè)混凝土，將沙子、礫石和水泥混合在一起，在硬化之前將其倒入巨大的木箱（模具）中。混凝土在凝固時會釋放出熱量，管道將冷水引入每個木箱，加速冷卻以防形成裂縫。

混凝土凝固后，施工人員拆除的模具木板縫隙都用稱為“灌漿”的水泥攪拌物密封，管道也被灌上灌漿料密封。

由于大壩修建的高度超過了起重機(jī)所能達(dá)到的高度，高爾利用他早期在建造大壩時的一項創(chuàng)新——一條空中索道，可以運載6噸的巨量混凝土，澆灌到下方的木板模具里。

高爾雇用的施工人員工作非常謹(jǐn)慎，每月的混凝土澆筑量從1933年6月的2.8萬立方碼（1立方碼約0.765立方米），提高到了1934年3月的26.2 萬立方碼。

1935年2月竣工時，工程比計劃提前了18個月完工，大壩的混凝土量為3 25.1 萬立方碼。

1935年9月30日，羅斯?？偨y(tǒng)為大壩舉行了落成典禮。

1938年，南加州大都會水務(wù)區(qū)在這里完成了一項較小的水利工程——帕克大壩，并修建了連接大壩和洛杉磯地區(qū)的242英里長的輸水管道;在更遠(yuǎn)的南方，亞利桑那州尤馬的一座低壩，墾務(wù)局的工程師在墨西哥邊境修建了一條新運河供水。

新運河將科羅拉多河與帝王谷以及附近的科切拉谷連接起來。這些大壩建成后，南加州沙漠地區(qū)就可以順利地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)了。

1938年，胡佛大壩的發(fā)電站開始通過新建的輸電線路向洛杉磯輸送電力，1941年通向洛杉磯的科羅拉多水渠開始供水。1947年，共和黨占多數(shù)的國會將博爾德大壩改回今天的名稱——胡佛大壩。

胡佛大壩在整體設(shè)計上不具有顛覆式的創(chuàng)新性，但它在建設(shè)上取得了突破性的成就，同時胡佛大壩的高度也是前所未有的。

在加州中央河谷、太平洋西北地區(qū)和密蘇里河流域的其他工程上，土木工程師遇到了不同的挑戰(zhàn)。

中央河谷長450英里，從其中流出了兩條河流至加州內(nèi)陸。

薩克拉門托河發(fā)源于毗鄰俄勒岡州邊界的山區(qū)，流向州府薩克拉門托南部的三角洲，在那里與從內(nèi)華達(dá)山脈向北流到弗雷斯諾附近的圣華金河匯合。這兩條河流隨后流入舊金山灣。

中央河谷2/3的降水量都集中在河谷北部，經(jīng)常造成薩克拉門托河泛濫，而圣華金河和南部河谷的雨水卻很少。

1923年，加州水務(wù)工程師發(fā)布了一份報告，敦促在北部修建水庫和渠道，以防控洪水泛濫，并將多余的河水引入南部。

到了20世紀(jì)30年代初，這些想法已經(jīng)形成更加全面的方案：在每條河流的源頭附近修建大壩，灌溉北部和南部山谷并發(fā)電。1937年，羅斯福政府指定墾務(wù)局建造和運營這兩座水壩，作為中央河谷工程的一部分。

北部的大壩被稱為沙斯塔大壩（Shasta Dam），因為附近有沙斯塔山，會攔截薩克拉門托河。法克蘭·高爾同意為太平洋承包商工程公司建造沙斯塔大壩，該公司贏得了合同。

在圣華金河的源頭，南部大壩——弗里恩特大壩（Friant Dam）的工程也于1938年7月開始動工，于1942年完工。運河從大壩向北、向西、向南延伸，向圣華金河谷輸送灌溉用水。

大壩、運河和泵站使中央河谷的農(nóng)業(yè)得到快速發(fā)展，還包括南部由科羅拉多河水供應(yīng)的山谷，加州現(xiàn)在可以為全國供應(yīng)50%的水果和蔬菜。

20世紀(jì)30年代和40年代，聯(lián)邦政府又開始在太平洋西北地區(qū)的哥倫比亞河沿岸修建水壩。

為了利用這里的水力，工程兵團(tuán)在哥倫比亞河上俄勒岡州波特蘭以東40英里處的邦納維爾修建了一座大壩;墾務(wù)局則在該河上游的華盛頓州東部的大古力峽谷（Grand Conlee）上，也修建了一座大壩。

為解決20世紀(jì)30年代美國的失業(yè)問題，每個州的參議員都同意，如果本州能建設(shè)一座水壩，也會支持另一個州建設(shè)一座水壩。

邦納維爾大壩和大古力峽谷大壩及時完工，為美國“二戰(zhàn)”期間的生產(chǎn)力作出了超乎想象的貢獻(xiàn)。

這些工程，也共同重塑了美國密西西比河以西的風(fēng)貌。

大壩建設(shè)始于20世紀(jì)30年代，其規(guī)劃始于20世紀(jì)20年代。

胡佛大壩的規(guī)劃始于1922年的《科羅拉多河協(xié)定》，而中央河谷項目則源于1923年的一項州倡議。

哥倫比亞河和密蘇里河上的大壩源于1925年的《河流和港口法案》（Rivers and Harbors Act），當(dāng)時國會命令工程兵團(tuán)對美國的主要河流進(jìn)行調(diào)查，以評估其水力發(fā)電的潛力。這些被稱為“308報告”的調(diào)查，為哥倫比亞河和密蘇里大壩提供了初步的資料。

20世紀(jì)20年代，聯(lián)邦政府并沒有計劃建造大壩和發(fā)電設(shè)施;國會和聯(lián)邦政府認(rèn)為，如果這些投資值得，私營公共事業(yè)企業(yè)就會進(jìn)行這些投資。隨后經(jīng)濟(jì)大蕭條，私人不可能進(jìn)行如此大規(guī)模的投資。

1933年，聯(lián)邦政府雄心勃勃地開始了胡佛大壩等一系列項目。

大壩建設(shè)所雇用的人員，只占因經(jīng)濟(jì)大蕭條而失業(yè)的人員的一小部分，但這些工程在經(jīng)濟(jì)低迷時期給國家?guī)砹讼Ｍ?/p>

太平洋西北地區(qū)修建水壩所帶來的效益，也以犧牲河流生態(tài)為代價的。

到1940年，水電供應(yīng)已占美國電力的1/3，并在1941年為“二戰(zhàn)”時提供了急需的電力。

“二戰(zhàn)”后，電力需求的增長超過了現(xiàn)有水壩的供應(yīng)能力，但美國建造的大型水壩的數(shù)量達(dá)到了極限。20世紀(jì)后期，水電所占的份額下降到約占美國發(fā)電量的9%。

美國西南部的大壩依靠充足的降雨滿足了水庫的需求。到20世紀(jì)末，干旱使得胡佛大壩和其他大壩的水位下降。加州的奧羅維爾大壩（Oroville Dam）一度幾乎坍塌，當(dāng)時降雨異常，水量超出了警戒線，緊急泄洪通道面臨了巨大考驗。

胡佛大壩后面的水庫——米德湖，泥沙淤積的速度也超過預(yù)期。

為了減少淤泥堆積，給科羅拉多河流域上游各州儲備更多的水以備干旱時期使用，1956年，墾務(wù)局決定在猶他州的科羅拉多河支流綠河上建造兩座新的大壩。

因為建造這些大壩會使恐龍國家紀(jì)念公園被淹沒，所以遭到了以塞拉俱樂部為首的環(huán)境保護(hù)主義者的反對。

墾務(wù)局為達(dá)成妥協(xié)，同意取消大壩建設(shè)，后決定在科羅拉多河上亞利桑那州偏遠(yuǎn)的格倫峽谷（Glen Canyon）建設(shè)一個新的大壩，于1966年完工。

20世紀(jì)30年代，第三個聯(lián)邦機(jī)構(gòu)——田納西河流域管理局利用水壩和其他措施，在東部一個水資源豐富的地區(qū)營造了更加現(xiàn)代化和繁榮的生活。通過龐大的水利和電力工程，聯(lián)邦政府促進(jìn)了戰(zhàn)后密西西比河以西地區(qū)的發(fā)展。

田納西河流域管理局的領(lǐng)導(dǎo)人，以一種更直接的方式，利用公共工程以重構(gòu)社會。

本文選編自《思維決定創(chuàng)新：20 世紀(jì)改變美國的工程思想》，小戴維·P. 比林頓著，計宏亮，安達(dá) ，王傳聲，王玉婷 ，魏敬和翻譯，中譯出版社授權(quán)刊載，2022 年6 月出版。