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世界坝工史

2020-04-09 21:01

人类为解决防洪、灌溉、航运、供水等问题而修筑堤坝的历史。据考证,世界上最早的水坝建于5 000年前的约旦。古代的埃及、巴比伦和印度的水利事业也可上溯到四五千年前。美洲的玛雅文明和印加文明的水利遗迹距今也超过两三千年。(中国坝工史部分参见中国古代堰坝)

世界上早期知名的大坝考赛施(Kosheish)坝,高15m,长450m,位于埃及第一王朝的首都孟菲斯上游约20km,建于公元前2900年左右。埃及杰赖维干河(Wadi Garawi)上的异教徒坝(Sadd e1 Kafara Dam)大约建于公元前2650年,至今还残存着一段坝体遗址。叙利亚霍姆斯(Homs)城附近的阿西河(Asi)上有一座库提纳(Quatinah)堆石坝,高6m,长2 000m,约建于公元前1300年,至今仍在使用。公元前700年左右,美索不达米亚出现了向首都尼尼微(Nineveh)城供水而修建的水坝。此后波斯人、亚述人以及巴比伦人也修建了许多灌溉用的水坝。公元前后的2个世纪中,那巴庭人在约旦河谷修建了许多水坝,其中有2座至今还完好。罗马人于3世纪在伊朗的卡伦河上建造的沙得豪文(Shadhorvan)桥式堰曾在当时享有盛名。他们修建的最高水坝是西班牙境内的科那堡(Corna1bo)土坝,高24m,坝顶长200m。另一座普多瑟琵娜(Proserpina)大坝采用了条石护砌三合土心墙,背水面以平缓土戗支撑的结构形式。这2座大坝至今仍在应用。此外,梅里达(Merida)城附近的埃斯帕拉加莱杰(Esparraga1eja)大坝则是早期的支墩坝。6世纪中期,在今土耳其和叙利亚边界的德拉(Daraa)出现了世界上第1座拱形水坝。不久,土耳其和希腊等地都奉东罗马帝国查士丁尼(Justinian)一世的命令建造了拱坝。罗马人在利比亚等北非地区也建造了许多水坝。

中世纪的欧洲处于坝工建设的低潮阶段。而东方则出现了许多大坝。日本最古老的大坝蛙股池坝,位于奈良附近,高17m,长260m,大约建于162年。17世纪末日本15m高以上的大坝有30余座,截至19世纪中期日本共建成了500多座。斯里兰卡自5世纪即开始出现坝工,著名的帕德维耶(Padawiya)土坝长达18km,建于12世纪。印度、巴基斯坦在中世纪中曾出现过数万座水坝,至11世纪时发展到最高峰。至今仍在使用的莫蒂—塔勒夫(Moti-Ta1av)土坝大约建于10世纪,位于迈索尔附近。马德拉斯的姆达克·马撒(Mudduck Masur)土坝高达33m,建于15世纪末。中世纪末,波斯的坝工建设兴起。德黑兰西南170km处的科巴(Kebar)河上至今还保留着一座14世纪建成的砌石拱坝,坝高26m,长55m,厚度还不足5m。波斯坝工在阿巴斯二世统治时期(1642~1667年)又出现了一次高潮。

15世纪以后,欧洲的坝工又逐渐发展起来,其中意大利、奥地利均有水坝兴建,而坝工建设最活跃的国家当属西班牙。西班牙的坝工建设始于11世纪。16世纪末修建的蒂比(Tibi)拱坝高达46m,这一纪录保持了将近3个世纪;这座水坝的坝顶长度仅65m,而曲率半径达107m,顶宽20m,底宽34m,总工程量约为3.6万m3。拱坝这种坝型的使用一直持续了几个世纪,直至现在。在产业革命期间,土耳其、德国、法国和英国也建设了许多水坝。西班牙人还将欧洲的筑坝技术传播到美洲,其中在墨西哥建造的水坝最多。虽然秘鲁、墨西哥等地在哥伦布以前就有水坝工程,但西班牙的影响是无可争议的。

19世纪中叶以前,人们是凭着传统经验设计水坝的,因而垮坝的记录很多。例如西班牙洛尔卡(Lorca)附近的蓬特斯(Puentes)重力坝,曾于1648年和1802年2次被洪水冲垮,1884年第2次重建。又如马德里以西瓜达拉马(Guadarrama)河上的加斯科(Gasco)重力坝于1789年被洪水冲垮,重建后坝高被迫从93m降至57m。

1824年,英国人J.阿斯普丁发明了硅酸盐水泥,带动了混凝土结构的发展,使土木工程进入到新的发展阶段。19世纪下半叶出现了钢筋混凝土,进一步推动了重力坝和拱坝的发展。

19世纪50年代,格拉斯哥大学土木工程教授W.J.M.朗肯研究了疏松土质的稳定性问题,此后德萨斯里和德娄克等研究了重力坝设计中砌石和基础的应力问题。1861~1866年建造的古夫尔·登伐重力坝是世界上第1座用现代技术理论建造的大坝。它位于法国弗兰(Furan)河上,最大坝高60m,是当时世界上最高的水坝。土石坝和拱坝的设计理论和分析方法也大体从19世纪50年代开始,但正式应用于拱坝设计是在1922年,土坝的合理设计还要迟一些。

进入20世纪以来,随着现代文明对水电发展的要求和人类对于生存空间的迫切需求,坝工以前所未有的速度发展起来。以美国和西欧为例,20世纪初有190座高于15m的大坝,20年代末发展到930座,至50年代末则发展到2 850座。在此期间,坝的高度也在不断增长。30年代末,美国和西欧共有100m以上的大坝11座,至50年代末增加到88座,此后的增长速度更快。1962年在瑞士建成的大狄克逊坝,高285m。原苏联建成的努列克土坝高300m,而罗贡土坝的高度则达到335m。这两座大坝位于今塔吉克斯坦境内阿姆河的支流瓦赫什河上,相距70km,罗贡土坝位于上游。

随着坝工技术的发展,水坝的质量也在不断提高。据统计,1900年以后,美国和西欧15m以上大坝的垮坝比例,1900~1909年为4.7%,1910~1919年为4.3%,1920~1929年为1%,1930~1939年为0.2%,1940~1949年为0%,1950~1959年为0.4%。当然,坝工领域还有许多技术性问题需要不断地研究和发展。

据国际大坝委员会对登记在册的15m以上高度的大坝数字统计,截至20世纪末,全世界拥有各种类型的大坝3.5万座左右,其中土石坝约3万座,混凝土重力坝和拱坝约4 500座,其他坝(主要是支墩坝和连拱坝)约500座。碾压混凝土坝、面板堆石坝,以及橡胶坝等新型坝工技术正在迅速地发展。

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