大壩的安全與合理開發之問

王煜

船通過三峽大壩前往湖北宜昌。

奔騰的江河中，守護人類、造福人類的水利工程，在保障人民群眾生命財產安全的同時，其自身的安全又該怎樣確保？水利工程該怎樣恢復當年的“黃金水道”、促進國民經濟發展？《新民周刊》記者就此訪問了相關專家。

人工智能保安全

許多樞紐工程的規模巨大、建設難度高，這是我國當前水利工程的一大顯著特點。三峽大學水利與環境學院教授孫開暢表示：這樣的特點一方面來源于我國擁有的自然資源條件，另一方面由中國水利工程不斷提升的技術水平造就。

公眾熟知的三峽工程是當前世界上規模最大的水電站，但它的大壩高度為185米，并沒有進入“世界最高大壩”的序列。金沙江是我國最大的水電基地，在其干流上已經建成和正在建設的一些水利工程，其壩高都達到了“300米級別”，是名副其實的“世界級巨型工程”。例如，烏東德水電站的最大壩高為265米;溪洛渡水電站的最大壩高更是達到了278米，是規模僅次于三峽的巨型水利工程。

“無論從防洪還是發電功能的設計上來說，我們都需要建設高壩大庫。”孫開暢告訴《新民周刊》記者，建設高壩是為了提升水利工程的庫容，而有了足夠大的庫容才能起到攔蓄洪水、削減洪峰的作用，發電量也更高。然而，大壩建得越高，對設計施工的要求也就越高。大壩垂直于水面，直接受到水流的巨大推力，如果在設計、用料和施工上存在疏忽，壩體就有被“推倒”的危險。

在孫開暢看來，目前我國的筑壩技術在多次巨型工程的實踐和考驗中越來越高，穩居世界領先水平。其中，水利工程在建設和運營過程中的預警系統、應急系統的開發利用，是保證工程安全的關鍵因素。

2015年，她曾經帶領學生到吉林省豐滿水電站重建工程的現場考察。在這座始建于20世紀30年代、中國最早的大型水電站里，他們看到工程里留下了許多用于人工檢查時通行的廊道。在那個年代，人工檢查幾乎是水利工程查險的唯一手段;而如今，融入物聯網、人工智能等先進技術的監測系統已經成為水利工程人的得力助手。

2016年9月，中國的溪洛渡水電站獲得有國際工程咨詢領域“諾貝爾獎”之稱的“菲迪克2016年工程項目杰出獎”，成為當年全球21個獲獎項目中唯一的水電項目。獲獎的關鍵是工程建設方中國三峽集團研發的iDam1.0拱壩智能建造系統。

該系統基于物聯網“全面感知、真實分析、實時控制”的智能管控原理，集成物聯網感知技術、移動通信技術、數據篩選分析技術、三維仿真技術、預警預判和決策支持技術等，可在大壩混凝土澆筑、溫控、監測、蓄水等建設運行全過程中，實時感知、分析信息數據，最終實現智能溫控、智能振搗、智能蓄水等智能控制，時刻知曉大壩“身體狀態”。iDam1.0助力溪洛渡水電站創造了建設中未出現溫度裂縫的世界紀錄。

與溪洛渡水電站相比，烏東德水電站受大風、干熱環境影響更為明顯，大壩混凝土溫控防裂難度更大。2017年3月，烏東德大壩主體首倉混凝土正式澆筑，iDam2.0拱壩智能建造系統同步上線，它在感知、分析、控制方面有諸多創新性提升，比如提升了對于大壩真實溫度應力和抗裂能力的感知度，智能溫控、智能振搗等智能控制功能也有所增強。

針對烏東德大壩混凝土澆筑開倉前的基礎信息，iDam2.0系統進行了完整的數據錄入和流程執行工作;開倉后，現場人員可通過手機、平板等設備，實時錄入和上傳現場盯倉數據，各級管理人員可通過移動終端進入系統，實時查詢數據;同時，智能通水溫控數據、拌合樓生產數據以及纜機運行數據也能通過數據集成接口，實時回傳至iDam 2.0系統，實現大體積混凝土施工全過程智能化管控。

2017年3月25日，在烏東德大壩第三倉混凝土澆筑完畢之時，iDam2.0系統中已有冷卻水管溫度計埋設數據20條、盯倉記錄387條、纜機數據682條、拌合樓數據1459條、溫控及通水數據100746條。

“智慧工程”的體現不僅如此。烏東德大壩地處干熱河谷地區，大風頻發，日照強烈，年平均相對濕度僅50%左右，這對大壩混凝土在運輸、澆筑、振搗等過程中的溫度控制十分不利。如何做好混凝土的保溫保濕和溫控防裂工作，避免大壩“發燒”？iDam2.0中的智能通水系統起到了關鍵作用。

金沙江上最大水電站——溪洛渡水電站。

6月5日，水庫水位蓄至945米高程后的烏東德水電站。

在以往的諸多水利工程項目中，混凝土降溫多采取人工冷卻方式，無論是工作效率還是溫控精度都有所欠缺。烏東德大壩在混凝土里預埋溫度計，可實時感知混凝土溫度，再經過智能通水系統的分析計算，可以自動調節通水流量，實現混凝土冷卻過程智能化。

建設完成后，這些工程各處依然密布各類儀器，組成實時監測系統，隨時向人們匯報工程的“健康狀況”。“如果把水利工程看作一個人，那么這些監測系統就像時時刻刻都在給這個人做全身掃描檢查，發現任何一點不健康的跡象都會及時提示，接下來醫生們就會根據檢查結果及時作出診斷和治療。”孫開暢說。

高庫大壩的安全得到保障后，堤防等水利工程又如何減少風險呢？在當前嚴峻的抗洪形勢下，這成為公眾非常關心的話題。

“實際上，在流域防洪中，沿岸堤防的作用遠遠大于高庫大壩。”孫開暢說。在河流上游的峽谷之中建設“高壩大庫”的水利工程是依據當地現實的自然環境做出的選擇。而到了河流中下游，地勢變得平坦，如果再修“高壩大庫”，截流的回水將淹沒太大的地區，并不現實。因此，中下游地區一般興建的都是低壩水利工程，這些工程的庫容較小，對洪水的攔蓄作用不明顯。防洪的重任更多落到堤防等水利工程上。

孫開暢說：與大壩是混凝土澆筑不同，我國許多江河的沿岸堤防是土堤，這里的“土”指的是“廣義土”，包括沙土、礫石和壤土。她說，堤防最怕的就是水位過高漫過堤頂，因為土堤的材質在被水浸泡后，它的強度會降低，潰壩決口的可能性隨之增大。她表示：通過科學調配，降低堤防處的水位，該疏導時一定要疏導，而不要讓堤防去和洪水硬扛，這是保證堤防安全的關鍵。

她提出，實際上我國在重要河流沿岸都規劃有蓄洪區，就是用于在洪水來臨時適時開閘讓洪水分流進入這些地區，以減輕其他地段的堤防壓力。“全靠水庫攔蓄、削減洪水或者靠堤防去擋住洪水，這是行不通的。在流域治理中，有擋有泄才是治水之道。”

助力航運強國

除了防洪、發電，水利工程對江河航運的提升、對沿岸經濟發展的促進同樣是其不可忽視的重要功能。

漢江是長江最大的支流，古時與中國其他幾條大河并稱“江、河、淮、漢”。全長1577公里的漢江，流經湖北871公里，是湖北省經濟發展的重要廊道，曾經是航運能力比肩長江的“黃金水道”。

然而，上世紀70年代漢江上游的丹江口水利樞紐建成后，水庫蓄水以及南水北調的影響，使得漢江中下游的水量明顯減少，航運功能受到較大的制約。漢江在2015年的年貨運量僅3000萬噸，不到贛江的七分之一、湘江的五分之一，通航條件已不能適應現代航運發展的需要。

“為了解決這個問題，湖北從上世紀90年代開始規劃從丹江口往下的6級水利樞紐建設，希望能提升恢復漢江‘黃金水道的作用。”湖北省交通運輸廳港航管理局局長王陽紅告訴《新民周刊》記者。

這些水利樞紐的首要設計功能都是航運。工程完成后，區域內的航道等級得到提升。目前，王甫洲、崔家營、興隆3級樞紐已建成;雅口、碾盤山樞紐正在建設中;新集樞紐已完成前期工作，預計今年可正式開工。

已經建成的樞紐使得漢江鐘祥以下至武漢的區域已達到千噸級通航標準，但目前襄陽到鐘祥這一段只能保證五百噸級的通航，要實現千噸級通航，還要等待下游雅口和碾盤山兩大樞紐的建設完成。

“千噸級航道”對于襄陽的意義十分重大。“千帆秋水下襄陽”，這里自古以來就是交通要道、重要的水陸運輸交換節點。特別是近年來，襄陽在汽車、機電等領域發展迅速，工業原材料和產品的進出對水運的依賴度很強，迫切需要一條高等級的航道來支撐經濟的發展。

1958年丹江口大壩建設開工典禮。

“水運在大宗貨物的運輸上有著明顯的成本優勢。”王陽紅介紹說，每噸公里水運成本為0.05元;相比之下，鐵路的這個數據為0.14元，公路為0.5-1元。漢江流域有諺語稱：“貨到武漢活”。如果2023年，襄陽到武漢的千噸級航道全部打通，這段路程走水運的物流成本至少比目前走公路或公水聯運降低35%以上。漢江千噸級航道的打通，預計將把運輸成本在襄陽GDP中的比重從目前的19%降低到12%。

除了襄陽的工業產品，鐘祥的磷礦石與江漢平原盛產的糧食、油料等大宗商品也將首選水運，通過武漢中轉后通江達海。這將明顯降低湖北省內企業的運輸成本、推動當地經濟社會發展。王陽紅的希望是，漢江的貨運量能夠在千噸航道打通后達到每年億噸的水平。

除了興修水利樞紐，湖北還在荊州市和潛江市之間，興建了中國現代最大的人工運河——引江濟漢工程，以長江之水補給漢江下游。2014年通水后，長江水由此匯入漢江，每年可補充漢江下游十多億立方米水量。

“引江濟漢”的進水設計流量為350立方米每秒，最大引水500立方米每秒。

工程可基本解決南水北調中線一期工程調水95億立方米對漢江下游“水華”的影響，解決東荊河的灌溉水源問題，并緩解中下游水量減少的矛盾。

引江濟漢工程建成后，對工程沿線及漢江中下游地區的抗旱、防洪、航運、生態修復等方面發揮了積極作用。2017年7月，湖北省持續晴熱，面對特大旱情，從7月1日至8月31日，引江濟漢工程累計引水14.6億立方米，相當于12個東湖水量，500萬畝農田、百萬群眾從中受益。

2016年7月，面對汛期內長湖水位居高不下的狀況，引江濟漢工程在成功應對拾橋河、西荊河、殷家河等中小河流汛情的同時，兩次為長湖撇洪1.1億立方米，相當于降低長湖最高洪水位0.4米。今年7月14日，引江濟漢工程再次為長湖撇洪。

在航運上，往返荊州和武漢的船舶，通過引江濟漢工程河道直取漢江，航程可縮短200多公里;而往返襄陽與荊州的航程則縮短600多公里。

王陽紅透露：水利專家正在論證再建一項“引江補漢”工程，從三峽庫區引水補充到丹江口，以進一步增強漢江的航運等功能。