水壩

澳大利亞塔斯馬尼亞州的戈登壩

水壩是建築在溪流、河流河口的屏障,用來防止洪水泛濫,生產水力發電,或是儲水作飲食或灌溉之用。在河流中上流建造的短距離人工高聳河堤作用主要功能並非防止水患,而是為了集結河水,把水匯集在,將河谷淹沒後形成水庫,現代的大壩主要有兩大類:土石壩和混凝土壩。

簡言之,堤壩之興建與水庫作用與原因相似,都是為了集結水源,而用意一般如下:

  1. 灌溉、供水:為附近的地區提供自來水灌溉用水。
  2. 發電:利用水壩上的水力發電機來產生電力
  3. 防洪:運河系統的一部份。

堤壩一般都建於狹窄的谷地,因為兩岸的山坡可以作為水庫的天然圍牆,而大壩的長度也可大大縮短。興建之前,將被水淹地帶的民居和古蹟需要被移到其他地方。

最早水壩

世界已知最早的大壩是在公元前三千年興建,位在約旦Jawa大壩英語Jawa Dam,在首都安曼東北方約100公里。此重力壩原高9公尺,由50公尺寬的土城牆支持。[1][2]

中國歷史上有文字記載最早的大壩是建於公元前598~前591年間的安徽省壽縣的安豐塘壩,壩高6.5米,庫容約9070萬立方米,至今運行了2,600多年,和都江堰、漳河渠、鄭國渠合稱為中國古代四大水利工程。[3]

壩的分類

按受力情況

按壩的受力情況分為:重力壩拱壩英語Arch dam、支墩壩。

  1. 重力壩:利用壩體自身重量來抵抗上游水壓力並保持自身穩定。
  2. 拱壩,在平面上呈凸向上游的拱形擋水建築物,藉助拱的作用將水壓力的全部或部分傳到河谷兩岸的基岩上。
  3. 支墩壩,壩體傳導壓力至支墩、基座乃至地面,藉以抵抗水壓。

按築壩材料

按築壩材料分為:土石壩(土壩、堆石壩、砌石壩)、混凝土壩、鋼筋混凝土壩、橡膠壩、鋼閘門壩等。

土石壩

土石壩英語embankment dam是用土或石頭建造的寬壩,斷面一般為梯形。因為底部承受的水壓比頂部的大的多,所以底部較頂部寬。土石壩多是橫越大河建成的,用的都是既普通又便宜但具有較好不透水性的材料。由於物料較鬆散,能承受地基的動搖。但水會慢慢滲入堤壩,降低堤壩的堅固程度。因此,工程師會在堤壩表面加上一層防水的黏土;或在壩體內修築透水性更小的防滲層(防滲層有心牆和斜牆兩種類型);或設計一些通道,讓一部分的水流走。

混凝土壩

混凝土壩多用混凝土建成,通常建築在深而窄的山谷,因為只有混凝土才能承受堤壩底部的高水壓,是最廣泛應用的壩型,如建在岩基上,高度可達200米以上。混凝土壩可以細分為混凝土重力壩,混凝土拱壩,混凝土支墩壩等。混凝土壩的主要特點是利用自身的重量來支撐水體壓力。混凝土重力壩為減少壩內應力及便於壩體散熱,壩內一般會建結構縫,結構縫很寬的壩被稱為寬縫重力壩。壩體築成空腔的稱為空腹壩,腔內一般做水電廠房。

按過水方式

按過水方式溢流壩、非溢流壩。

按大小

壩高超過15米,或者庫容超過300萬立方米、壩高在5米以上的壩為大壩(large dam),不足者為小壩。壩高超過150米為主力壩(major dam)。

按施工方式

按施工方式不同,分為沖填壩、拋石壩、常規澆注的混凝土壩、碾壓混凝土壩。

按用途

  • 副壩(saddle dam或auxiliary dam),在水庫主壩以外的周邊山地的鞍部,如果高程低於水庫蓄水位或保證水位,需要建副壩在此擋水。
  • 滾大壩或溢流堰(weir),用於控制水流走向或流量分配。
  • 節制壩英語Check dam(check dam),用於控制水流速度不能過高、抑制土壤流失,或者增加水流迂曲以沉澱水沙等目的而修建的小壩。
  • 丁字壩英語Wing dam(wing dam),與節制壩相反,丁字壩走向是深入河道,用來使水流集中在河道中心以增加流速、刷深河床、抑制泥沙沉積、也有利於增加航道水深;同時靠近河岸的流速迂緩,避免水流沖刷河岸。美國密西西比河建有數千座丁字壩以保持通航所需水深。丁字壩在中國也是十分普遍的河工建築。
  • 乾壩英語dry dam(dry dam)橫跨水流,但是沒有閘門。平時水流穿過壩體的泄水洞流向下游,不產生積水,因此稱之為「乾」壩。在洪水時,由於能通過壩體下泄的流量有限,起到了限制洪水通過的作用
  • 導流壩英語Diversion dam(diversion dam),把水流引向人工水道,用於灌溉或引水發電等目的。
  • 尾礦壩(tailing dam),用於保存選礦後的礦渣的尾礦庫的壩體。[4]
  • 圍堰英語cofferdam(cofferdam)用於工程施工時修築水下基礎時,用擋水材料圍住施工區,抽空其中的水。

壩潰

 
特頓壩英語Teton Dam的壩潰
 
說明工程及設備有危險性力量的國際專用標誌

若水壩的結構破壞或是顯著受損,壩潰一般會演變成災難。對於排水道及較大水庫的常規性變形監測及滲漏監測有助於提早發現問題,在結構失效前進行補救措施。大部份水壩管理機制會讓此時水壩的水位降低,甚至會將水排出。另一種作法則是在較脆弱的石上用矽酸鹽水泥進行壓力灌漿英語Pressure grouting

在戰爭時,若水壩受破壞後,會對人口及環境造成大幅衝擊,因此水壩視為「具有危險力量的設施」。因此在國際人道法中規定,若攻擊水壩會造成大量平民傷亡時,禁止將水壩當作攻擊目標。為了便於識別,會依照國際人道法的規定,在水壩上放上有三個橘色圓圈的保護標誌英語protective sign

壩潰的主要原因有泄洪能力的不足、溢洪道設計錯誤(南佛克壩英語South Fork Dam)、因為考查不足及水位變化造成的地質不穩定(昂特大壩英語Vajont Dam馬爾巴塞壩英語MalpassetTestalinden湖英語Testalinden Creek壩)、維護不當,特別是出水口(Lawn湖壩英語Lawn Lake DamVal di Stava壩崩塌事故英語Val di Stava Dam collapse)、大量的降雨(Shakidor壩英語Shakidor Dam)、地震造成、人為、電腦或設計的失誤(布法羅克里克洪水英語Buffalo Creek FloodDale Dyke水庫英語Dale Dike ReservoirTaum Sauk抽水蓄能電站英語Taum Sauk pumped storage plant

國際人道法實施之前,第二次世界大戰時曾有軍隊攻擊水壩的行為,英國皇家空軍的第617中隊曾攻擊德國的水壩,任務代號Operation Chastise,當時選定了德國的三個水壩攻擊,目的是在破壞德國在魯爾河埃德河沿岸的基礎建設、製造業以及電力供應。這次攻擊也成為許多電影的主題。

世界十大已建、在建高壩

世界十大已建高壩

名稱 高度 類型 建成時間 國家 河流
錦屏一級大壩 [5] 305公尺(1,001英尺) 混凝土拱壩 2013   中國 雅礱江
努列克壩 304公尺(997英尺) 土石壩 1980   塔吉克 瓦赫什河
小灣大壩 [6] 294.5公尺(966英尺) 混凝土拱壩 2010   中國 瀾滄江
溪洛渡大壩 [7] 285.5公尺(937英尺) [8] 混凝土拱壩 2013   中國 金沙江
大迪克桑斯壩 285公尺(935英尺) 混凝土重力壩 1964   瑞士 迪克桑斯河
英古里壩英語Inguri Dam 271.5公尺(891英尺) 混凝土拱壩 1987   喬治亞 英古里河
瓦依昂壩英語Vajont Dam 261.6公尺(858英尺) 混凝土拱壩 1959   義大利 瓦依昂河英語Vajont River
糯扎渡大壩 [9] 261.5公尺(858英尺) 心牆堆石壩 2012 [10]   中國 瀾滄江
奇科森壩英語Chicoasén Dam 261公尺(856英尺) 土石壩 1980   墨西哥 格里哈爾瓦河
特里壩英語Tehri Dam 260公尺(853英尺) 土石壩 2006   印度 帕吉勒提河

世界十大在建及規劃中高壩

名稱 高度 類型 國家 河流
羅貢壩 335公尺(1,099英尺)[注 1] 土石壩   塔吉克 瓦赫什河
巴赫蒂亞里壩英語Bakhtiary Dam [11] 315公尺(1,033英尺) 混凝土拱壩   伊朗 巴赫蒂亞里河英語Bakhtiari River
雙江口大壩英語Shuangjiangkou Dam [12] 314公尺(1,030英尺) 心牆堆石壩   中國 大渡河
松塔大壩 [13] 313公尺(1,027英尺) 混凝土雙曲拱壩   中國 怒江
兩河口大壩 [14] 295公尺(968英尺) 心牆堆石壩   中國 雅礱江
布拉西河汊煤漿蓄水壩英語Brushy Fork Tailings Dam [15] 290.7公尺(954英尺) 壓實煤矸石壩   美國 煤河英語Coal River (West Virginia)
白鶴灘大壩 [16] 284公尺(932英尺) 混凝土雙曲拱壩   中國 金沙江
龍盤大壩 [17] 276公尺(906英尺) 混凝土雙曲拱壩   中國 金沙江
坎巴拉塔一號壩英語Kambarata-1 Dam 275公尺(902英尺)[注 2] 土石壩   吉爾吉斯 納倫河
迪阿莫-巴沙水壩英語Diamer-Bhasha Dam 272公尺(892英尺) 碾壓混凝土重力壩   巴基斯坦 印度河

參看

備註

  1. ^ 共有兩個設計方案正在考慮:一個方案高度為335公尺(1,099英尺),另一個方案高度為280-300公尺(984英尺)。
  2. ^ 前蘇聯時代的未完成項目。

參考

  1. ^ Günther Garbrecht: "Wasserspeicher (Talsperren) in der Antike", Antike Welt, 2nd special edition: Antiker Wasserbau (1986), pp.51–64 (52)
  2. ^ S.W. Helms: "Jawa Excavations 1975. Third Preliminary Report", Levant 1977
  3. ^ 特別策劃大壩之問. [失效連結]
  4. ^ http://www.epa.gov/wastes/nonhaz/industrial/special/mining/techdocs/tailings.pdf
  5. ^ 劉川 王成棟. 錦屏一級大壩澆築到頂. 四川日報. 2013-12-24 [2014-08-23]. 
  6. ^ 趙大春. 小灣電站大壩全線澆築封頂完成. 新華社. 2010-03-10. 
  7. ^ 李湘平. 水電八局承建的溪洛渡大壩混凝土澆築首倉封頂. 中國水利水電建設股份有限公司. 2013-05-16. 
  8. ^ 落雨. 溪洛渡水電站拱壩最大壩高由278米調整為285.5米. 新華網. 2009-06-16. 
  9. ^ 糯扎渡水電站簡介. 雲南省財政廳. 2008-12-23. 
  10. ^ 王洪新. 「滇池」再現糯扎渡. 人民網. 2012-12-25. 
  11. ^ 中國將助伊朗建世界最高大壩. 長江日報. 2011-03-17. 
  12. ^ 趙永丹 倪躍. 走進雙江口. 中國葛洲壩集團第一工程有限公司. 2009-05-06. 
  13. ^ 怒江5座水電站列入規劃 中國水電建設再加速. 觀察者網. 2013-02-01. 
  14. ^ 楊光. 50餘名專家聚首 共商兩河口水電站建設. 四川新聞網. 2009-02-17. 
  15. ^ Virtual Flyover of Brushy Fork Coal Slurry Impoundment. OVEC. 2003-10-19 (英語). 
  16. ^ 白鶴灘水電站工程概況. 四川在線. 2012-06-28. 
  17. ^ 安申義. 長江幹流龍頭龍盤水電站的綜合效益. 中國水力發電工程學會. 2014-11-13. 

外部連結