最近,俄羅斯發生的水電站爆炸事故再次引發了人們對水庫安全性的關注。作為水壩大國,中國的水壩安全性問題一直以來頗受關注。在接受《科學時報》記者采訪時,清華大學土木水利學院教授、中國科學院院士張楚漢表示,在世界建壩史上,類似這次俄羅斯水電站的爆炸事故還是首次聽說。他同時表示,大壩安全威脅主要來自四個方面,只要把好勘測、設計、施工建設和管理四大關口就能基本保障大壩安全。
四大關口保障高壩安全
中國的水力資源居世界第一,技術可開發的水力資源達到5.4億千瓦。目前,中國不僅水壩數量世界第一,水壩高度也堪稱世界冠軍。據悉,目前世界上主要的3種類型壩――碾壓混凝土重力壩、面板堆石壩以及拱壩,其高度冠軍都已經或即將誕生在中國,分別是216米的龍灘碾壓混凝土重力壩、233米的水布埡面板堆石壩和即將建成的295米的小灣拱壩,未來,305米的錦屏水壩將成為世界最高拱壩。而在我國水力資源豐富的西南地區,250米~300米的高壩比比皆是。張楚漢表示:“這在世界上是史無前例的。”
本世紀上半葉,我國興建的一批300米級高壩,每座的庫容都將達到幾十億到上百億立方米,其中多數處于強震區域,設計地震強度在8~9度之間,因此研究超巨型高壩的安全性問題已成為關系國計民生的重大課題。作為大壩安全性方面的專家,張楚漢總結分析了世界若干著名水壩破損與潰決案例的機理,他表示,根據已有的工程經驗,威脅大壩安全的因素主要有四方面。
在各種因素造成的潰壩中,50%以上是由洪水漫頂沖垮壩體導致的。張楚漢表示,避免洪水漫頂,需要在設計時充分考慮洪水的通過量與泄洪安全,并在運行中加強管理,避免閘門無法打開等意外情況的出現。
地質災害是威脅大壩安全的第二個因素,如水庫滑坡后形成的大浪造成漫壩或地基滲漏形成通道與滑動導致潰壩。不過,漫頂和地質災害導致的潰壩都主要發生在土壩。
潰壩的第三大威脅來自地震。如我國臺灣省的石崗壩由于正好處于地震斷層上,而在7.3級的“9?21”地震中潰決。不過,從2008年汶川地震來看,震區周圍2100多座大中小型的水利工程雖有不同程度損害,但沒有一座潰壩,這無疑證明了我國水壩工程具有較好的抗震能力。其中有4座大型水庫處在8~9度的震中區,高度都在100米以上,震后只出現了局部的輕微到中度震害,修復之后很快又能蓄水發電。張楚漢特別指出,這4座水壩正好分別是目前主流的4種壩型,能經受如此強烈地震的考驗,在世界范圍內也很少見。“實踐是檢驗真理的標準。”他說,“從汶川地震的經驗來看,只要做好各環節工作,大壩就能具備較好的抗震能力。”
另外,中小型工程中的病險庫,存在泄洪、滲漏、溫度裂縫、地基沉降或者閘門設備等問題也會對水壩造成危險,這是威脅大壩安全的第四個因素。
“如果把好勘測、設計、建設和管理四大關口,把這四個問題防控好、解決好,大壩安全就能得到保障。”張楚漢說。
針對這些問題,現代化的監控是保障大壩安全的一大手段。據記者了解,在我國目前修建的高壩中都采用了自動化的安全監測系統和儀器,監測水位、流量、溫度、形變、沉降、地震、滑坡等各種可能影響大壩安全的因素。可以說,事關大壩安全的一舉一動都在監測中。
有序開發造就高效利用
相對于二三百米的高壩,小型水壩似乎安全影響更小,但其產生的經濟和防洪效益也更小。張楚漢介紹道,控制性水庫除了要求容量大,還要求水頭高,這樣才能一方面保證夏天汛期的水不會白白流入海中無法利用,一方面增大勢能,提高發電量。“不是為高壩而高壩。”張楚漢說,我國大部分水壩是中小型,但一條河上必須有幾座關鍵的龍頭水壩,用于調節河川徑流,達到防洪、發電、供水、灌溉的綜合目標,也能使得其下游的各級水電站都能發揮最大效益。
“這其中存在平衡點和度的問題,既要充分發揮河流的效益又不能走極端。”張楚漢說,“比如岷江干支流上建了許多的水庫電站,很多引水電站首尾相接形成脫水河段,影響了生態環境,這就是我們反對的無序開發。”
在我國過度依賴化石能源造成的生態和環境壓力下,水電作為一種清潔的可再生能源,還可以調節太陽能和風能這些不穩定的可再生能源。目前,我國發展太陽能和風能的一大障礙在于其隨季節、時間的變化差異較大,很難并網發電。而水庫(包括抽水蓄能電站)就是最好的儲能器,可以人工控制,按照上網電量要求調節發電量,同太陽能、風能互補形成穩定的電量入網,解決一些地區可再生能源并網難的問題。
“因此說,水利工程功勞很大并且大有可為。”張楚漢表示,我國目前有8.7萬座水壩,其中大型水壩500座,總庫容6300億立方米,水電裝機1.7億千瓦,年發電量5000億度,相當于減排二氧化碳5億噸;有效灌溉面積8.6億畝,防洪減淹耕地(自1988年累計)12億畝;同時也支撐了改革開放后我國經濟的迅速發展。
擁有全世界最多的高壩、大庫,中國在修建和管理大壩過程中也積累了很多技術和經驗。很多國外工程技術專家也認為,中國的高壩設計、施工建設以及關鍵技術的研究都處于