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，水庫大壩的安全為廣大公眾十分關注。如果一座蓄滿水的大水庫發(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，國內(nèi)外都曾發(fā)生過潰壩事故，造成了重大的生命財產(chǎn)損失。回顧世界大壩建設的歷史，早期修建的大壩以較低的土壩為主，很多大壩依據(jù)經(jīng)驗修建，大壩本身的質(zhì)量和抵御洪水、地震等災害的設防標準都很低，同時又缺乏必要的維護和加固，因此常常在遭遇較大洪水，或其他自然災害時發(fā)生潰決。通過長期實踐和經(jīng)驗總結(jié)積累，人們對水庫大壩的認識逐漸提高。20世紀初，材料力學、結(jié)構力學、水力學、土力學等開始應用于水庫大壩建設，現(xiàn)代壩工理論逐漸發(fā)展、成熟。大壩的設計、施工和運行維護更加科學，大壩的安全得到了保障。有人或許會問，在日常運行情況下，大壩是安全的；但是當面臨特大洪水、地震等自然災害時，大壩是否還能保證安全？要回答這個問題，不可避免地要提到大壩抵御洪水、地震的設防標準。下面，本文將以大壩的抗震安全為例，予以說明。

大壩的抗震安全

我國大陸處在印度板塊、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個地震帶中有2個（環(huán)太平洋地震帶、歐亞地震帶）都延伸到我國境內(nèi)。因此，我國是一個多地震的國家。另一方面，我國也是一個水資源十分有限的國家，要優(yōu)化配置水資源、防洪減災，就要在地震區(qū)、甚至在高地震烈度區(qū)修建水庫大壩，抗震安全問題不可避免。

我國大壩當前的抗震設防標準與瑞士、英國等國家相同，按照最大設計地震（MDE）進行抗震設防。根據(jù)抗震設防標準要求，當大壩遭遇最大設計地震時，允許結(jié)構發(fā)生損壞，但是不能發(fā)生災難性的失效；相應的性能目標是，如遇局部損壞，經(jīng)一般處理仍可正常運行。

截至2008年，我國已建成庫容超過1億立方米的大中型水庫400多座。事實上，在近幾十年中，我國地震頻繁，僅在20世紀內(nèi)，震級大于等于7級的強震已發(fā)生9次之多。數(shù)千座水庫大壩、水閘、泵站，數(shù)千公里的堤防，數(shù)萬口機井等水工建筑物遭到了不同程度的損壞，但是均未發(fā)生大中型水庫因地震垮壩引起的次生災害。許多遭受地震損害的水庫大壩、河堤、水閘等工程，通過及時修復處理仍能保持正常運行，繼續(xù)發(fā)揮效益。

經(jīng)驗表明，對于水庫大壩工程，只要在充分進行地震風險分析的基礎上，精心設計、精心施工、嚴格管理，同時在地震發(fā)生后迅速地進行壩體結(jié)構安全評估，并及時采取除險加固措施，就可以有效地減輕地震災害的損失，防止?jié)我鸬拇紊鸀暮Α?/p>

大壩具有較強的抗震能力

從歷史上看，每次強烈地震之后，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)的大壩會發(fā)生不同程度的震損破壞，但結(jié)構整體上處于安全狀態(tài)。可見，在各種土木建筑物中，大壩的抗震能力是比較強的。

朱伯芳院士認為，與房屋、橋梁等建筑物相比，大壩平時以承受水推力等水平荷載為主，并且設計采用的安全系數(shù)大，大壩安全余度高，這是大壩具有較強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注震區(qū)的水庫。汶川地震發(fā)生之后，聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）、國際大壩委員會（ICOLD）等國際組織對震區(qū)的大壩安全狀況表示了極大的關注，通過現(xiàn)場考察，這些國際組織對中國大壩的抗震安全給予了很高的評價：

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)受住了此次強烈地震的考驗。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計、高質(zhì)量的施工以及高效的運行管理和對緊急情況的及時處理。作為一個遭受如此強烈地震的混凝土面板堆石壩，紫坪鋪大壩對混凝土面板堆石壩建設的發(fā)展具有里程碑的意義。該工程的經(jīng)驗和教訓將會為全世界地震區(qū)的大壩工程師提供很好的參考。