从水来土掩、一夫当关到借力打力，中国10万座大坝的诞生

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澎湃新闻官方账号 2021.01.2310:08

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原标题：从水来土掩、一夫当关到借力打力，中国10万座大坝的诞生

本文转载自微信公众号“星球研究所”（ID: xingqiuyanjiusuo），原文首发于2021年1月13日，原标题为《10万座大坝的诞生！》，不代表瞭望智库观点。

中国

是世界上河流最多的国家之一

4.5万余条江河

纵横交错

遍布960万平方千米的大地

（上述河流数量仅包括流域面积50平方千米及以上的河流，下图为中国主要河流分布，制图@郑艺/星球研究所）▼

有文献记载以来

1092次水灾、1056次旱灾

让数千年的中华文明发展史

成为一部人与水旱灾害的抗争史

（上述数据仅统计至1949年，下图为洪流中的钱塘江，摄影师@肖奕叁）▼

两种截然相反的特征

也促使中国发展成为

全球大型水利设施最发达的国家

没有之一

其中最为突出的

便是遍布中国大地

拦蓄近9000亿立方米库容的

近10万座水坝

（国际大坝委员会规定，坝高超过15米，或者库容超过300万立方米、坝高在5米以上的坝为大坝，下图为中国高度100m以上大坝分布，制图@郑艺/星球研究所）▼

（根据《碾压式土石坝设计规范（2002）》，坝体按照高度可以分为：＜30m为低坝，30-70m为中坝，＞70m为高坝；下图为世界主要国家坝高30m以上的大坝数量分布，制图@郑艺/星球研究所）▼

大大增强了坝体的稳定

颗粒间明显减小的孔隙

又能阻碍水的流动

令其具备较强的防渗功能

从而实现

“兵来将挡，水来土掩”

（土料压实前后防渗对比，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

卵石、砂石以及人工开采的块石等

均可用来堆筑大坝

人称

堆石坝

但与细密的土料不同

石料颗粒粗、硬度大

极易发生渗水

即便机械压实

也收效甚微

（堆石坝渗水示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

或在堆石坝中央

增设一道直立的土质防渗墙

成为

心墙堆石坝

（心墙堆石坝结构示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

斜墙堆石坝

（斜墙堆石坝结构示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

达到126.5亿立方米

超过2个太湖

也正因如此

黄河下游的防洪标准

得以提升至1000年一遇

让近1亿人口免于水患

（太湖的蓄水量约为56亿立方米，下图为小浪底大坝泄洪场景，摄影师@张子玉）▼

混凝土甚至拥有

更小的孔隙、更强的防渗

只不过

相对于颗粒松散

且在水体挤压下

易发生轻微变形的堆石坝

混凝土还是太过“坚硬”

二者截然不同的变形程度

令它们无法“齐心协力”

共同抵抗奔腾的江河

直到20世纪80年代

我国开始引入一种新型设备

振动碾

它如同一台超强力“压路机”

经其碾压后的石料

颗粒密实、硬度增大

抗变形能力大幅加强

足以与混凝土旗鼓相当

（堆石坝的建造场景，图片来源@视觉中国）▼

只要在坝体的上游一侧

铺设一层混凝土面板

便能完成防渗

这便是

面板堆石坝

（面板堆石坝结构示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

却也并非无懈可击

它还必须战胜一个

“看不见的敌人”

人称扬压力

这种特殊的作用力

由两部分共同组成

其一是地基渗水和坝体渗水

所产生的渗透压力

其二则是淹没于水下的坝体

所承受的上浮力

在扬压力的作用下

坝体相当于被向上“托举”一般

极不利于坝体稳定

（重力坝扬压力示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

试图在保证坝体稳定的同时

尽可能减小坝体与地基间的接触面

从而避免产生过大的扬压力

比如

将坝体内部分段收缩

形成一节节空腔

成为

宽缝重力坝

（宽缝重力坝结构示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

空腹重力坝

（空腹重力坝结构示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

可惜

答案是否定的

因为宽缝也好，空腹也罢

重力坝的体型依然过于庞大

混凝土浇筑时的

温度条件、施工步骤

更是复杂

（三峡大坝施工的场景，图片来源@视觉中国）▼

而是转而改用

掺杂粉煤灰的特殊混凝土

结合与土石坝相同的碾压方式

建成取长补短、优势互补的

碾压混凝土重力坝

这种新型筑坝技术

既能减少混凝土用量

又能简化施工步骤

还能便于大型机械施工

从而缩短工期、降低造价

可谓一举多得

（1986年我国建成了第一座碾压混凝土大坝，坑口水库大坝，位于福建三明，图片来源@三明市大田县融媒体中心）▼

从101米高的

水口大坝

（闽江上的水口大坝，位于福建福州，图片来源@视觉中国）▼

更关键的

则是利用拱形结构

将绝大部分水体推力

传向两岸坚实的山体

以山体产生的反作用力

令坝体维持稳定

堪称名副其实的

“借力打力”

（拱坝示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

于一身的拱坝

对地形和地质条件的要求

却极为苛刻

其理想的坝址

要求两岸的基岩坚硬且完整

河谷还必须左右对称

且从上游向下游收缩

只有这样

坝体才能稳稳地

“卡”在河谷之中

好在随着工程、材料

以及计算机模拟技术的进步

拱坝的适应性

越来越强

人们不仅在

地质条件复杂的喀斯特地貌区

建成了乌江渡、构皮滩等

一众知名的大型拱坝

（乌江上的构皮滩拱坝，位于贵州遵义，摄影师@秦军，图片来源@水电八局）▼

其平面

可以是厦门岛

上李水库拱坝的规则圆弧状

也可以是乌江上

东风拱坝的双曲线型

而其剖面

可以保持竖直

是为单曲拱坝

（单曲拱坝结构示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

是为双曲拱坝

（双曲拱坝结构示意，制图@罗梓涵/星球研究所）▼

也仅是庞大水利工程系统的

冰山一角

正如宏伟的三峡工程

早在大坝开工之前

已历时40年

精心设计、反复论证

哪怕大坝封顶之后

仍历时6年

才建成世界装机容量最大的

水电站

历时9年

才建成世界上规模最大的

三峡升船机

（三峡升船机是三峡工程的最后一个“配件”，图片来源@视觉中国）▼

这项水利枢纽工程

才宣告全面完成

最终

它不仅是一堵拦洪的巨墙

也是一座庞大的蓄水池

一台强劲的发电机

一条航运物流的大通道

（请横屏观看，超级工程三峡水利枢纽，摄影师@黄正平）▼

每一座水利工程亦如是

而在这每一座工程背后

无不凝结着

无数建设者的心血和智慧

也正因如此

才诞生了中国大坝的奇迹

乃至中国水利工程的奇迹

（雅鲁藏布江上的加查水电站，静卧于莽莽群山之间，摄影师@行影不离）▼

撰文：艾蓝星

图片：散夏

设计：罗梓涵

地图：郑艺

审校：桢公子，黄超

【致谢】本文的图片内容得到了“中国水电八局”的鼎力支持，本文撰写得到了清华大学土木水利学院马吉明教授、中科院地质与地球物理研究所张磊博士（水利专业）的大力帮助，特此感谢。

【参考文献】

[1] 王瑞芳. 当代中国水利史[M]. 中国社会科学出版社, 2014.

[2] 郭秦渭. 水工建筑物[M]. 重庆大学出版社, 2006.

[3] 潘家铮. 千秋功罪话水坝[M]. 清华大学出版社, 2014.

[4] 贾金生. 中国大坝建设60年[M]. 中国水利水电出版社, 2013.

[5] 水利部建设与管理司. 中国高坝大库TOP100[M]. 中国水利水电出版社, 2012.

[6] 水利部. 2018年全国水利发展统计公报.

[7] 水利部. 2013年第一次全国水利普查公报.

原标题：《10万“勇士”，起！》

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从水来土掩、一夫当关到借力打力，中国10万座大坝的诞生

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还是世界上水旱灾害最多的国家之一

一边灾害频发、民不聊生

世界上拥有水库大坝最多的国家

依靠彼此间紧密咬合

除了土料

利用石料、土料“双管齐下”

（碧口水库大坝便是一座心墙堆石坝，位于甘肃文县，画面前方是经电站流出的水体，图片来源@视觉中国）▼

则为

让小浪底水库的蓄水量

能够防渗的并非只有土料

堆石坝终于能获得混凝土的加持

稳立于洪涛的重力坝

工程师们千方百计

形成一座“空腹”的

（中国第一座空腹重力坝是上犹江水库大坝，位于江西赣州。下图的牛路岭水电站大坝也是一座空腹重力坝，位于海南琼海，图片来源@视觉中国）▼

人们就能高枕无忧了吗？

并没有知难而退

众多愈发宏伟的大坝拔地而起

除了依靠坝体自重

集美观、经济、安全

也愈发多样

同样向上游弯曲

建造水坝