如何保证大坝的安全

2008年5月22日，震后紫坪铺大坝基本完好。摄影/王哈男/CFP

一直以来，水库大坝的安全为广大公众十分关注。如果一座蓄满水的大水库发生溃坝，其后果不亚于一次大洪水，甚至比一般洪水更猛烈。历史上，国内外都曾发生过溃坝事故，造成了重大的生命财产损失。回顾世界大坝建设的历史，早期修建的大坝以较低的土坝为主，很多大坝依据经验修建，大坝本身的质量和抵御洪水、地震等灾害的设防标准都很低，同时又缺乏必要的维护和加固，因此常常在遭遇较大洪水，或其他自然灾害时发生溃决。通过长期实践和经验总结积累，人们对水库大坝的认识逐渐提高。20世纪初，材料力学、结构力学、水力学、土力学等开始应用于水库大坝建设，现代坝工理论逐渐发展、成熟。大坝的设计、施工和运行维护更加科学，大坝的安全得到了保障。有人或许会问，在日常运行情况下，大坝是安全的；但是当面临特大洪水、地震等自然灾害时，大坝是否还能保证安全？要回答这个问题，不可避免地要提到大坝抵御洪水、地震的设防标准。下面，本文将以大坝的抗震安全为例，予以说明。

大坝的抗震安全

我国大陆处在印度板块、太平洋板块和菲律宾板块的联合挤压下，世界上最活跃的3个地震带中有2个（环太平洋地震带、欧亚地震带）都延伸到我国境内。因此，我国是一个多地震的国家。另一方面，我国也是一个水资源十分有限的国家，要优化配置水资源、防洪减灾，就要在地震区、甚至在高地震烈度区修建水库大坝，抗震安全问题不可避免。

我国大坝当前的抗震设防标准与瑞士、英国等国家相同，按照最大设计地震（MDE）进行抗震设防。根据抗震设防标准要求，当大坝遭遇最大设计地震时，允许结构发生损坏，但是不能发生灾难性的失效；相应的性能目标是，如遇局部损坏，经一般处理仍可正常运行。

截至2008年，我国已建成库容超过1亿立方米的大中型水库400多座。事实上，在近几十年中，我国地震频繁，仅在20世纪内，震级大于等于7级的强震已发生9次之多。数千座水库大坝、水闸、泵站，数千公里的堤防，数万口机井等水工建筑物遭到了不同程度的损坏，但是均未发生大中型水库因地震垮坝引起的次生灾害。许多遭受地震损害的水库大坝、河堤、水闸等工程，通过及时修复处理仍能保持正常运行，继续发挥效益。

经验表明，对于水库大坝工程，只要在充分进行地震风险分析的基础上，精心设计、精心施工、严格管理，同时在地震发生后迅速地进行坝体结构安全评估，并及时采取除险加固措施，就可以有效地减轻地震灾害的损失，防止溃坝引起的次生灾害。

大坝具有较强的抗震能力

从历史上看，每次强烈地震之后，都有大量房屋、桥梁等建筑物倒塌，但很少有大坝因地震而发生垮坝。一般情况下，地震区的大坝会发生不同程度的震损破坏，但结构整体上处于安全状态。可见，在各种土木建筑物中，大坝的抗震能力是比较强的。

朱伯芳院士认为，与房屋、桥梁等建筑物相比，大坝平时以承受水推力等水平荷载为主，并且设计采用的安全系数大，大坝安全余度高，这是大坝具有较强抗震能力的根本原因。

从汶川地震看大坝安全

每次大地震发生，水利专家们都非常关注震区的水库。汶川地震发生之后，联合国开发计划署（UNDP）、国际大坝委员会（ICOLD）等国际组织对震区的大坝安全状况表示了极大的关注，通过现场考察，这些国际组织对中国大坝的抗震安全给予了很高的评价：

汶川地震之后的紫坪铺大坝虽然遭受了一定程度的损坏，但还是经受住了此次强烈地震的考验。紫坪铺混凝土面板堆石坝良好的抗震性能归功于大坝及其附属建筑物的合理设计、高质量的施工以及高效的运行管理和对紧急情况的及时处理。作为一个遭受如此强烈地震的混凝土面板堆石坝，紫坪铺大坝对混凝土面板堆石坝建设的发展具有里程碑的意义。该工程的经验和教训将会为全世界地震区的大坝工程师提供很好的参考。