张楚汉院士：如何应对高坝安全风险
2009/9/11 8:17:09 新闻来源：科学时报
［科学时报 陈欢欢报道］最近，俄罗斯发生的水电站爆炸事故再次引发了人们对水库安全性的关注。作为水坝大国，中国的水坝安全性问题一直以来颇受关注。在接受《科学时报》记者采访时，清华大学土木水利学院教授、中国科学院院士张楚汉表示，在世界建坝史上，类似这次俄罗斯水电站的爆炸事故还是首次听说。他同时表示，大坝安全威胁主要来自四个方面，只要把好勘测、设计、施工建设和管理四大关口就能基本保障大坝安全。
四大关口保障高坝安全
中国的水力资源居世界第一，技术可开发的水力资源达到5.4亿千瓦。目前，中国不仅水坝数量世界第一，水坝高度也堪称世界冠军。据悉，目前世界上主要的3种类型坝——碾压混凝土重力坝、面板堆石坝以及拱坝，其高度冠军都已经或即将诞生在中国，分别是216米的龙滩碾压混凝土重力坝、233米的水布垭面板堆石坝和即将建成的295米的小湾拱坝，未来，305米的锦屏水坝将成为世界最高拱坝。而在我国水力资源丰富的西南地区，250米～300米的高坝比比皆是。张楚汉表示：“这在世界上是史无前例的。”
本世纪上半叶，我国兴建的一批300米级高坝，每座的库容都将达到几十亿到上百亿立方米，其中多数处于强震区域，设计地震强度在8～9度之间，因此研究超巨型高坝的安全性问题已成为关系国计民生的重大课题。作为大坝安全性方面的专家，张楚汉总结分析了世界若干著名水坝破损与溃决案例的机理，他表示，根据已有的工程经验，威胁大坝安全的因素主要有四方面。
在各种因素造成的溃坝中，50%以上是由洪水漫顶冲垮坝体导致的。张楚汉表示，避免洪水漫顶，需要在设计时充分考虑洪水的通过量与泄洪安全，并在运行中加强管理，避免闸门无法打开等意外情况的出现。
地质灾害是威胁大坝安全的第二个因素，如水库滑坡后形成的大浪造成漫坝或地基渗漏形成通道与滑动导致溃坝。不过，漫顶和地质灾害导致的溃坝都主要发生在土坝。
溃坝的第三大威胁来自地震。如我国台湾省的石岗坝由于正好处于地震断层上，而在7.3级的“9·21”地震中溃决。不过，从2008年汶川地震来看，震区周围2100多座大中小型的水利工程虽有不同程度损害，但没有一座溃坝，这无疑证明了我国水坝工程具有较好的抗震能力。其中有4座大型水库处在8～9度的震中区，高度都在100米以上，震后只出现了局部的轻微到中度震害，修复之后很快又能蓄水发电。张楚汉特别指出，这4座水坝正好分别是目前主流的4种坝型，能经受如此强烈地震的考验，在世界范围内也很少见。“实践是检验真理的标准。”他说，“从汶川地震的经验来看，只要做好各环节工作，大坝就能具备较好的抗震能力。”
另外，中小型工程中的病险库，存在泄洪、渗漏、温度裂缝、地基沉降或者闸门设备等问题也会对水坝造成危险，这是威胁大坝安全的第四个因素。
“如果把好勘测、设计、建设和管理四大关口，把这四个问题防控好、解决好，大坝安全就能得到保障。”张楚汉说。
针对这些问题，现代化的监控是保障大坝安全的一大手段。据记者了解，在我国目前修建的高坝中都采用了自动化的安全监测系统和仪器，监测水位、流量、温度、形变、沉降、地震、滑坡等各种可能影响大坝安全的因素。可以说，事关大坝安全的一举一动都在监测中。
有序开发造就高效利用
相对于二三百米的高坝，小型水坝似乎安全影响更小，但其产生的经济和防洪效益也更小。张楚汉介绍道，控制性水库除了要求容量大，还要求水头高，这样才能一方面保证夏天汛期的水不会白白流入海中无法利用，一方面增大势能，提高发电量。“不是为高坝而高坝。”张楚汉说，我国大部分水坝是中小型，但一条河上必须有几座关键的龙头水坝，用于调节河川径流，达到防洪、发电、供水、灌溉的综合目标，也能使得其下游的各级水电站都能发挥最大效益。
“这其中存在平衡点和度的问题，既要充分发挥河流的效益又不能走极端。”张楚汉说，“比如岷江干支流上建了许多的水库电站，很多引水电站首尾相接形成脱水河段，影响了生态环境，这就是我们反对的无序开发。”
在我国过度依赖化石能源造成的生态和环境压力下，水电作为一种清洁的可再生能源，还可以调节太阳能和风能这些不稳定的可再生能源。目前，我国发展太阳能和风能的一大障碍在于其随季节、时间的变化差异较大，很难并网发电。而水库（包括抽水蓄能电站）就是最好的储能器，可以人工控制，按照上网电量要求调节发电量，同太阳能、风能互补形成稳定的电量入网，解决一些地区可再生能源并网难的问题。
“因此说，水利工程功劳很大并且大有可为。”张楚汉表示，我国目前有8.7万座水坝，其中大型水坝500座，总库容6300亿立方米，水电装机1.7亿千瓦，年发电量5000亿度，相当于减排二氧化碳5亿吨；有效灌溉面积8.6亿亩，防洪减淹耕地（自1988年累计）12亿亩；同时也支撑了改革开放后我国经济的迅速发展。
拥有全世界最多的高坝、大库，中国在修建和管理大坝过程中也积累了很多技术和经验。很多国外工程技术专家也认为，中国的高坝设计、施工建设以及关键技术的研究都处于世界先进水平。不过，我国毕竟只是新兴的水坝大国，张楚汉指出：“管理水平还有待提高，尤其是自动化管理、环境监测等方面，发达国家有很多先进技术。另外，国内外原创水平还有差距。”
四大关口保障高坝安全
中国的水力资源居世界第一，技术可开发的水力资源达到5.4亿千瓦。目前，中国不仅水坝数量世界第一，水坝高度也堪称世界冠军。据悉，目前世界上主要的3种类型坝——碾压混凝土重力坝、面板堆石坝以及拱坝，其高度冠军都已经或即将诞生在中国，分别是216米的龙滩碾压混凝土重力坝、233米的水布垭面板堆石坝和即将建成的295米的小湾拱坝，未来，305米的锦屏水坝将成为世界最高拱坝。而在我国水力资源丰富的西南地区，250米～300米的高坝比比皆是。张楚汉表示：“这在世界上是史无前例的。”
本世纪上半叶，我国兴建的一批300米级高坝，每座的库容都将达到几十亿到上百亿立方米，其中多数处于强震区域，设计地震强度在8～9度之间，因此研究超巨型高坝的安全性问题已成为关系国计民生的重大课题。作为大坝安全性方面的专家，张楚汉总结分析了世界若干著名水坝破损与溃决案例的机理，他表示，根据已有的工程经验，威胁大坝安全的因素主要有四方面。
在各种因素造成的溃坝中，50%以上是由洪水漫顶冲垮坝体导致的。张楚汉表示，避免洪水漫顶，需要在设计时充分考虑洪水的通过量与泄洪安全，并在运行中加强管理，避免闸门无法打开等意外情况的出现。
地质灾害是威胁大坝安全的第二个因素，如水库滑坡后形成的大浪造成漫坝或地基渗漏形成通道与滑动导致溃坝。不过，漫顶和地质灾害导致的溃坝都主要发生在土坝。
溃坝的第三大威胁来自地震。如我国台湾省的石岗坝由于正好处于地震断层上，而在7.3级的“9·21”地震中溃决。不过，从2008年汶川地震来看，震区周围2100多座大中小型的水利工程虽有不同程度损害，但没有一座溃坝，这无疑证明了我国水坝工程具有较好的抗震能力。其中有4座大型水库处在8～9度的震中区，高度都在100米以上，震后只出现了局部的轻微到中度震害，修复之后很快又能蓄水发电。张楚汉特别指出，这4座水坝正好分别是目前主流的4种坝型，能经受如此强烈地震的考验，在世界范围内也很少见。“实践是检验真理的标准。”他说，“从汶川地震的经验来看，只要做好各环节工作，大坝就能具备较好的抗震能力。”
另外，中小型工程中的病险库，存在泄洪、渗漏、温度裂缝、地基沉降或者闸门设备等问题也会对水坝造成危险，这是威胁大坝安全的第四个因素。
“如果把好勘测、设计、建设和管理四大关口，把这四个问题防控好、解决好，大坝安全就能得到保障。”张楚汉说。
针对这些问题，现代化的监控是保障大坝安全的一大手段。据记者了解，在我国目前修建的高坝中都采用了自动化的安全监测系统和仪器，监测水位、流量、温度、形变、沉降、地震、滑坡等各种可能影响大坝安全的因素。可以说，事关大坝安全的一举一动都在监测中。
有序开发造就高效利用
相对于二三百米的高坝，小型水坝似乎安全影响更小，但其产生的经济和防洪效益也更小。张楚汉介绍道，控制性水库除了要求容量大，还要求水头高，这样才能一方面保证夏天汛期的水不会白白流入海中无法利用，一方面增大势能，提高发电量。“不是为高坝而高坝。”张楚汉说，我国大部分水坝是中小型，但一条河上必须有几座关键的龙头水坝，用于调节河川径流，达到防洪、发电、供水、灌溉的综合目标，也能使得其下游的各级水电站都能发挥最大效益。
“这其中存在平衡点和度的问题，既要充分发挥河流的效益又不能走极端。”张楚汉说，“比如岷江干支流上建了许多的水库电站，很多引水电站首尾相接形成脱水河段，影响了生态环境，这就是我们反对的无序开发。”
在我国过度依赖化石能源造成的生态和环境压力下，水电作为一种清洁的可再生能源，还可以调节太阳能和风能这些不稳定的可再生能源。目前，我国发展太阳能和风能的一大障碍在于其随季节、时间的变化差异较大，很难并网发电。而水库（包括抽水蓄能电站）就是最好的储能器，可以人工控制，按照上网电量要求调节发电量，同太阳能、风能互补形成稳定的电量入网，解决一些地区可再生能源并网难的问题。
“因此说，水利工程功劳很大并且大有可为。”张楚汉表示，我国目前有8.7万座水坝，其中大型水坝500座，总库容6300亿立方米，水电装机1.7亿千瓦，年发电量5000亿度，相当于减排二氧化碳5亿吨；有效灌溉面积8.6亿亩，防洪减淹耕地（自1988年累计）12亿亩；同时也支撑了改革开放后我国经济的迅速发展。
拥有全世界最多的高坝、大库，中国在修建和管理大坝过程中也积累了很多技术和经验。很多国外工程技术专家也认为，中国的高坝设计、施工建设以及关键技术的研究都处于世界先进水平。不过，我国毕竟只是新兴的水坝大国，张楚汉指出：“管理水平还有待提高，尤其是自动化管理、环境监测等方面，发达国家有很多先进技术。另外，国内外原创水平还有差距。”
