工程师们在南非赞比西河上420英尺高的卡里巴大坝发现了裂缝。

工程师们在南非赞比西河上420英尺高的卡里巴大坝发现了裂缝。他在Kandinskiy /伤风

水资源警告:世界上老化的大坝迫在眉睫的威胁

联合国的一项新研究发现,全球数以万计的大型水坝即将达到预期寿命,导致大坝的失效和倒塌数量急剧上升。这些不断恶化的建筑对生活在下游的数亿人构成了严重威胁。

谁会想住在有125年历史的Mullaperiyar大坝的下游?该大坝坐落在印度西高止山脉的地震带。这座176英尺高的英国帝国工程遗迹在1979年和2011年的小地震中破裂。根据2009年印度理工学院地震工程师的一项研究,它可能无法承受里氏6.5级以上的强烈地震。

三百万人居住在大坝的下游。但他们的要求被印度最高法院的一桩旷日持久的法律案件所搁置,该案涉及面临威胁的喀拉拉邦(Kerala)和上游的泰米尔纳德邦(Tamil Nadu)。泰米尔纳德邦运营着这座大坝,获得灌溉用水和水力发电。

62年前,英国人在南非赞比西河上修建了卡里巴大坝(Kariba Dam)。当时,它被视为非洲的胡佛水坝。但在2015年,工程师们发现通过水闸释放的水已经挖一个洞超过260英尺深的河床导致裂缝,并有可能推翻420英尺高的混凝土大坝,它挡住了世界上最大的人工湖。

下游有大约350万人口,还有另一座巨大的大坝,莫桑比克的卡霍拉巴萨大坝。工程师们担心,如果卡里巴大坝的溃坝引发洪水,大坝可能会决堤。尽管如此紧急,耗资3亿美元的修复工作最早也要到2023年才能完成。

世界银行估计,目前已有19000座50年以上的大型水坝。

这两座大坝都体现了建筑结构老化、风险上升和官僚主义惰性的潜在危险开拓新的研究今年1月,联合国的学术和研究机构联合国大学(UNU)发表了关于世界上日益老化的大坝所带来的风险的报告。报告警告说,超过设计寿命的大坝越来越多,导致溃坝、漏水和紧急泄水事件急剧增加,威胁着下游数亿人。与此同时,安全检查员无法跟上工作量。


20世纪是水坝建设者的繁荣时期。高峰时期(尤其是在亚洲)是在20世纪50年代中期到80年代中期,当时流行修建大坝来发电、储存水来灌溉作物、保持自来水畅通,以及疏通河流以防止洪水和改善航运。

但是繁荣已经结束了。“几十年前,每年修建1000座大型水坝;该报告的合著者、位于加拿大汉密尔顿的联合国大学水、环境和健康研究所的Vladimir Smakhtin告诉记者360年耶鲁大学环境。水坝工程师们寻找的大多数地点,比如狭窄的山谷,都已被堵塞。现在,世界上大多数河流都建起了水坝,能够储存相当于占全年总流量的六分之一。与此同时,对洪水土地和破坏河流生态系统的环境和社会问题已经增长,Smakhtin说,有许多用于产生低碳能量的替代方案。

2019年,一架直升机向英国有188年历史的Toddbrook大坝投掷沙袋,此前一处溢洪道垮塌迫使附近一个城镇疏散。

2019年,一架直升机向英国有188年历史的Toddbrook大坝投掷沙袋,此前一处溢洪道垮塌迫使附近一个城镇疏散。利昂尼尔/盖蒂图片社

因此,世界上超过15米(49英尺)的大型水坝正在迅速老化。世界银行估计去年目前已经有19000座超过50年历史的大坝,联合国大学的研究得出的结论是,这是大坝需要大修或拆除之前的典型寿命。

英国和日本拥有最古老的大坝,平均寿命分别为106年和111年。美国的大坝平均寿命为65年。但中国和印度作为20世纪中期大坝建设热潮的中心,也没有落后太多,它们的28000座大坝的平均使用年限分别为46年和42年。联合国大学的报告称,“到2050年,大多数人类将生活在20世纪建造的大型水坝的下游”,这些水坝“面临越来越大的失败风险”。


随着大坝的结构变得越来越脆弱,这些日益老化的大坝遗产带来了越来越大的安全风险气候变化会增加压力Smakhtin说,通过增加极端的河流流量。报告发现,自2005年以来,大坝溃坝率急剧上升。同样来自联合国大学的共同作者Duminda Perera说,目前还没有全球数据库。但他发现,2015年至2019年期间,有超过170起故障报告,而2005年之前,平均每年故障低于4起。

就在上个月,建于20世纪50年代的赞比亚坎德沙大坝,在大雨中倒塌,成千上万人流离失所。去年6月,中国广西地区有55年历史的灌溉大坝这座492英尺高的城墙在大雨中被淹没。一个月前,在密歇根州有两座老水坝在大雨中倒塌- Tittabawassee河上96年历史的Edenville大坝引发洪水,摧毁了下游94年历史的Sanford大坝。

大坝工程师说,未来几十年最大的威胁可能来自中国和印度。

2019年8月,英国最古老的大坝之一差点失败。在有188年历史的Toddbrook大坝的泄洪道在暴雨中坍塌后,威利桥镇大约1500名居民被命令离开家园,该大坝是为一条运河供水而建的侵蚀大坝本身,人们担心这座建筑会倒塌,吞没整个城镇。

2017年,加利福尼亚州内华达山脉山麓有50年历史的奥罗维尔大坝泄洪道坍塌。此次地震导致约18万人撤离。这座770英尺高的大坝是美国最高的大坝,在修复了泄洪道之后,它仍然是该州供水的关键。


大坝工程师说,未来几十年最大的威胁可能来自中国和印度。两国过去都曾遭受过导致数万人死亡的大坝溃坝事故。在1979年,马丘丘大坝解体在印度古吉拉特邦的一场洪水中,多达25000人丧生。

四年前,中国河南的板桥大坝发生溃坝事故,导致7英里宽、20英尺高的大浪以每小时30英里的速度向下游冲去。据估计,这次地震直接造成2.6万人死亡,包括道文城镇的全部人口。在随后的饥荒和流行病中,多达17万人丧生。这场灾难被称为历史上最致命的结构故障。这是国家秘密多年。

2019年,中国河南省三门峡大坝开始放水,以防止大坝溢流。

2019年,中国河南省三门峡大坝开始放水,以防止大坝溢流。太阳孟/VCG通过Getty Images

这两场灾难分别涉及20年和23年的年轻大坝。不过,它们的死亡表明,那个时代可能还有更多的定时炸弹。

中国大约有24000座大型水坝。许多日期从文化大革命的日子,当毛泽东思想战胜了工程能力在经济发展的冲刺中。中国三分之一的大坝“由于结构陈旧和/或缺乏适当的维护,被认为是高度危险的”2011年的分析目前就职于华中科技大学的杨教授发现。

在印度,中央水利委员会(Central Water Commission)主任杰德·哈沙(Jade Harsha)在2019年警告说,到2050年,印度将有4000多座50岁以上的大坝。其中有600多座已经有半个世纪的历史了。1954年,印度首任总理贾瓦哈拉尔·尼赫鲁(Jawaharlal Nehru)曾称这些大坝为“印度的庙宇,我崇拜的地方”,但如今这些大坝已是老旧的建筑,而且安全Harsha现在看到被称为“印度水资源政策的盲点”。

世界银行同意。去年12月,它宣布向印度提供2.5亿美元贷款,用于一个正在进行的“加强大坝安全”项目,以更好地检查和管理该国的大型大坝,这些大坝控制了2.4亿英亩英尺的水——从该国120座老化的大坝开始。

位于巴黎的国际大坝委员会(International Commission on Large Dams)的大坝设计抗震方面委员会主席马丁·维兰德(Martin Wieland)告诉记者。国际大坝委员会是大坝专业人士的领导机构耶鲁e360“如果设计、建造、维护和监测良好,许多大坝可以持续50年或100年以上。”瑞士的迈格劳格大坝是欧洲最古老的混凝土大坝,于1872年完工,预计有200年的历史。”但是,他说,“大坝的安全性可能会迅速恶化。”他表示,不断增长的风险很大一部分“不是老龄化,而是下游人口数量的增加。”


水坝大多由土、石或混凝土筑成。它们可能会因为混凝土腐烂、开裂、渗漏、围岩中隐藏的裂缝或自身重量下的屈曲而失效。它们可能会遭受衬里损坏、地震、破坏,或者当洪水冲垮它们的峰顶时被冲走。维兰德说,定期检查至关重要。

气候变化带来了更多的极端洪水,而老化的大坝可能成为一个致命的组合。

但世界各地越来越担心的是,缺乏有能力评估大坝老化风险的检查人员,导致了检查工作的积压和被忽视的危险。在美国的奥罗维尔大坝失败后的调查发现,过去的检查已经无法发现结构缺陷。正如Wieland所说:“并不是所有的东西都是可见或可测量的。”

许多老水坝现在都被废弃了,因为它们的水库充满了它们阻挡的河流落下的沉积物。一个2014年国际学习情况该研究由加州大学伯克利分校的G. Mathias Kondolf领导,他估计全球河流中超过四分之一的沉积物都被水坝困住了。

在中国的黄河上,世界上含沙量最大的河流,三门峡大坝只用了两年就填满了。据官员们说,由于沉积物的堆积,印度的水库每年损失近160万英亩英尺的储水能力。

沉积物的积累使坝体不太有用,但有时也使它们更加危险。这是因为水库空间较少,大坝在大雨期间不堪重负的风险更大。为了挽救他们的结构,运营商更有可能在洪水高度下突然释放下来溢出行。

1998年飓风米奇席卷中美洲后,一股“水墙”冲进洪都拉斯首都特古西加尔巴贫穷的河边社区,导致数百人死在病床上。来自美国地质调查局的调查人员得出的结论这座“墙”是在该市两座主要水坝的操作员在洪水达到最高水位时进行紧急泄水时出现的。这两座大坝建于20世纪70年代,但已经建成失去了很多能力淤积。

2017年,加利福尼亚有50年历史的奥罗维尔大坝泄洪道坍塌,工人们在评估损失。

2017年,加利福尼亚有50年历史的奥罗维尔大坝泄洪道坍塌,工人们在评估损失。Florence Low / California Department of Water Resources

与此同时,气候变化给许多地方带来了更多的极端洪水,以及老化的大坝可能成为一个致命的组合。Smakhtin说:“旧的大坝是根据气候变化前的水文记录设计和建造的。”“现在情况不同了,这令人担忧。”


应该做什么?专家说,一些老化水坝仍然是安全的,但所有人都需要更严格的检查,因为他们经常跟随昂贵的维修。许多人需要重新入住以应对与第一次建造时所设想的河流流量不同的极端河流。

但是,联合国大学的报告指出,越来越多的大坝不再发挥任何作用——要么因为淤积,要么因为有其他电力来源——而被保留下来,主要是因为拆除它们成本高昂,技术上也很困难。对于河流生态系统来说,这既是一种安全威胁,也是一场悲剧。

美国是世界上拆除大坝最多的国家,在过去30年里拆除了1000多座大坝。但即便如此,迄今为止被拆除的大坝大多很小,通常不到16英尺高。华盛顿奥林匹克公园有87年历史的格莱恩斯峡谷大坝是个例外,删除2014年。在210英尺高的地方,这是有史以来拆除的最大的大坝。这项任务花了20年的时间来规划和执行。但是,Smakhtin说,为了防止大坝灾难的激增,可能还需要进行数千次这样的迁移。

他说:“有些大坝太大了,很难想象如何解决这个问题。”“看看卡里巴大坝。它绝对是巨大的,到本世纪中叶,它将有100年的历史。希望到时候会有技术让它退役。但现在我们不知道该怎么做。”