中國(guó)

是世界上河流最多的國(guó)家之一

4.5萬余條江河

縱橫交錯(cuò)

遍布960萬平方千米的大地

（上述河流數(shù)量?jī)H包括流域面積50平方千米及以上的河流，下圖為中國(guó)主要河流分布，制圖@鄭藝/星球研究所）

▼

中國(guó)

還是世界上水旱災(zāi)害最多的國(guó)家之一

有文獻(xiàn)記載以來

1092次水災(zāi)、1056次旱災(zāi)

讓數(shù)千年的中華文明發(fā)展史

成為一部人與水旱災(zāi)害的抗?fàn)幨?/p>

（上述數(shù)據(jù)僅統(tǒng)計(jì)至1949年，下圖為洪流中的錢塘江，攝影師@肖奕叁）

▼

一邊江河奔流、哺育眾生

一邊災(zāi)害頻發(fā)、民不聊生

兩種截然相反的特征

也促使中國(guó)發(fā)展成為

全球大型水利設(shè)施最發(fā)達(dá)的國(guó)家

沒有之一

其中最為突出的

便是遍布中國(guó)大地

攔蓄近9000億立方米庫(kù)容的

近10萬座水壩

（國(guó)際大壩委員會(huì)規(guī)定，壩高超過15米，或者庫(kù)容超過300萬立方米、壩高在5米以上的壩為大壩，下圖為中國(guó)高度100m以上大壩分布，制圖@鄭藝/星球研究所）

▼

它們可以擋水

攔截滔滔洪流

（請(qǐng)橫屏觀看，2020年7月，新安江水庫(kù)九孔泄洪，攝影師@呂杰?。?/p>

▼

可以蓄水

保障供水、灌溉

（請(qǐng)橫屏觀看，新豐江水庫(kù)是香港、深圳等諸多城市的重要飲用水源之一，攝影師@劍膽琴心）

▼

也可以抬高水位

發(fā)展水電、改善航道

（燈火通明的白鶴灘水電站，建成之后將成為僅次于三峽水電站的世界第二大水電站，攝影師@柴峻峰）

▼

中國(guó)也因此成為了

世界上擁有水庫(kù)大壩最多的國(guó)家

（根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（2001）》，壩體按照高度可以分為：＜30m為低壩，30-70m為中壩，＞70m為高壩；下圖為世界主要國(guó)家壩高30m以上的大壩數(shù)量分布，制圖@鄭藝/星球研究所）

▼

我們究竟是如何建造出

數(shù)量如此眾多的大壩的？

 01 

水來土掩

人們就近取土、層層夯實(shí)

筑起上窄下寬的高墻

攔住上游來水

最古老的

土壩

便誕生了

（土壩的建造型式眾多，下圖為均質(zhì)土壩示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

經(jīng)過壓實(shí)的土料顆粒

依靠彼此間緊密咬合

大大增強(qiáng)了壩體的穩(wěn)定

顆粒間明顯減小的孔隙

又能阻礙水的流動(dòng)

令其具備較強(qiáng)的防滲功能

從而實(shí)現(xiàn)

“兵來將擋，水來土掩”

（土料壓實(shí)前后防滲對(duì)比，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

甚至在條件足夠理想時(shí)

無需機(jī)械夯實(shí)

憑借土料自身的重量

就能層層壓實(shí)、筑起大壩

（上述筑壩方式稱為水中填土法，黃土高原上的汾河水庫(kù)大壩，是全球首個(gè)使用水中填土施工的大壩，位于山西太原，攝影師@王蒙）

▼

當(dāng)然

除了土料

卵石、砂石以及人工開采的塊石等

均可用來堆筑大壩

人稱

堆石壩 

但與細(xì)密的土料不同

石料顆粒粗、硬度大

極易發(fā)生滲水

即便機(jī)械壓實(shí)

也收效甚微

（堆石壩滲水示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

于是工程師們

利用石料、土料“雙管齊下”

或在堆石壩中央

增設(shè)一道直立的土質(zhì)防滲墻

成為

心墻堆石壩

（心墻堆石壩結(jié)構(gòu)示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

 （碧口水庫(kù)大壩便是一座心墻堆石壩，位于甘肅文縣，畫面前方是經(jīng)電站流出的水體，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

或是將防滲墻傾斜布置

則為

斜墻堆石壩

（斜墻堆石壩結(jié)構(gòu)示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

家喻戶曉的小浪底大壩

高達(dá)160米

是中國(guó)最高的斜墻堆石壩

 （請(qǐng)橫屏觀看，氣勢(shì)如虹的小浪底大壩，壩頂長(zhǎng)1667米、寬15米，位于黃河中游，攝影師@林治坤）

▼

正是這樣一座大壩

讓小浪底水庫(kù)的蓄水量

達(dá)到126.5億立方米

超過2個(gè)太湖

也正因如此

黃河下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)

得以提升至1000年一遇

讓近1億人口免于水患

（太湖的蓄水量約為56億立方米，下圖為小浪底大壩泄洪場(chǎng)景，攝影師@張子玉）

▼

然而

能夠防滲的并非只有土料

混凝土甚至擁有

更小的孔隙、更強(qiáng)的防滲

只不過

相對(duì)于顆粒松散

且在水體擠壓下

易發(fā)生輕微變形的堆石壩

混凝土還是太過“堅(jiān)硬”

二者截然不同的變形程度

令它們無法“齊心協(xié)力”

共同抵抗奔騰的江河

直到20世紀(jì)80年代

我國(guó)開始引入一種新型設(shè)備

振動(dòng)碾

它如同一臺(tái)超強(qiáng)力“壓路機(jī)”

經(jīng)其碾壓后的石料

顆粒密實(shí)、硬度增大

抗變形能力大幅加強(qiáng)

足以與混凝土旗鼓相當(dāng)

（堆石壩的建造場(chǎng)景，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

自此以后

堆石壩終于能獲得混凝土的加持

只要在壩體的上游一側(cè)

鋪設(shè)一層混凝土面板

便能完成防滲

這便是

面板堆石壩

（面板堆石壩結(jié)構(gòu)示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

由于這種壩型施工快、造價(jià)低

一經(jīng)問世便迅速風(fēng)靡全國(guó)

其中位于湖北恩施的

水布埡大壩

高度達(dá)到233米

一舉成為當(dāng)時(shí)世界最高的面板堆石壩

（清江上的水布埡大壩，壩體上可見Z字型馬道，用于排水、檢修、交通等，攝影師@李云飛）

▼

以上種種

由土料和石料堆筑的大壩

統(tǒng)稱為

土石壩

由于它的

材料易得、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、施工簡(jiǎn)便

因此應(yīng)用極為廣泛

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在我國(guó)近10萬座水壩中

各種土石壩的數(shù)量

占到95%以上

幾乎是大江南北、遍地開花

（東圳水庫(kù)大壩，一座設(shè)有心墻的土石壩，位于福建莆田，攝影師@DJY俊逸）

▼

可即便數(shù)量如此龐大

但是泥土、碎石等筑壩材料

本身屬于松散顆粒

這便注定了土石壩

并非十全十美

一方面

無論如何壓實(shí)

顆粒間的孔隙依然存在

經(jīng)年累月下

發(fā)生滲流在所難免

另一方面

松散的土石料表面

難以抵抗猛烈的水流沖刷

因此土石壩不允許洪水漫頂

必須在遠(yuǎn)離壩體的位置

增設(shè)專門的泄洪通道

（水布埡大壩和右邊的溢洪道，點(diǎn)擊圖片查看泄洪場(chǎng)景，攝影師分別為@李順武@譚江弘）

▼

那么

我們?nèi)绾尾拍芙ㄆ?/p>

更加堅(jiān)固的大壩呢？

 02 

一夫當(dāng)關(guān)

不妨想象

將一塊巨石置于水中

只要其重量足夠

就能與地基間產(chǎn)生

足夠強(qiáng)大的摩擦力

令其在洶涌的水流中巋然不動(dòng)

類似地

如果能夠人工打造一塊這樣的巨石

便能以其“一己之力”

抵擋奔騰而來的江河之水

堪稱

“一夫當(dāng)關(guān)，萬夫莫開”

這便是

重力壩

（重力壩示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

為此

堅(jiān)硬、致密的混凝土

再次進(jìn)入人們的視線

以其澆筑的

混凝土重力壩

不僅能夠攔水截流

而且其本身足夠堅(jiān)固

因此可以在壩身上設(shè)置泄水孔

甚至建造可直接溢流的壩段

（正在泄水的丹江口大壩，位于湖北丹江口，攝影師@白？帆。另：在混凝土重力壩出現(xiàn)之前，早期的重力壩多由石灰漿黏結(jié)石塊而成）

▼

尤其在大江大河之上

每逢汛期水位暴漲

一座座混凝土重力壩

便如“定水神針”一般

成為防洪的中堅(jiān)力量

例如

坐鎮(zhèn)金沙江的

向家壩水庫(kù)大壩

（向家壩水庫(kù)大壩，位于云南水富，攝影師@柴峻峰）

駐守黃河的

三門峽大壩

（三門峽大壩，位于河南三門峽，攝影師@黃雪峰）

以及

橫亙于長(zhǎng)江的

三峽大壩

這座高181米

全長(zhǎng)2309米的龐然大物

以超過1600萬立方米的混凝土打造而成

能攔蓄221.5億立方米的洪水

與4個(gè)太湖的蓄水量相當(dāng)

（請(qǐng)橫屏觀看，攔截長(zhǎng)江的三峽大壩，位于湖北宜昌，攝影師@李心寬）

自大壩竣工以來

曾在2010年、2012年和2020年

三次長(zhǎng)江大洪水中

削減洪峰40%左右

極大地減輕了

長(zhǎng)江中下游地區(qū)的防洪壓力

（2020年夏季三峽大壩泄洪的場(chǎng)景，攝影師@李心寬）

▼

然而

穩(wěn)立于洪濤的重力壩

卻也并非無懈可擊

它還必須戰(zhàn)勝一個(gè)

“看不見的敵人”

人稱揚(yáng)壓力

這種特殊的作用力

由兩部分共同組成

其一是地基滲水和壩體滲水

所產(chǎn)生的滲透壓力

其二則是淹沒于水下的壩體

所承受的上浮力

在揚(yáng)壓力的作用下

壩體相當(dāng)于被向上“托舉”一般

極不利于壩體穩(wěn)定

（重力壩揚(yáng)壓力示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

為此

工程師們千方百計(jì)

試圖在保證壩體穩(wěn)定的同時(shí)

盡可能減小壩體與地基間的接觸面

從而避免產(chǎn)生過大的揚(yáng)壓力

比如

將壩體內(nèi)部分段收縮

形成一節(jié)節(jié)空腔

成為

寬縫重力壩

（寬縫重力壩結(jié)構(gòu)示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

（新安江大壩，中國(guó)第一座寬縫重力壩，攝影師@方建飛）

▼

甚至直接將壩體的下部掏空

形成一座“空腹”的

空腹重力壩

（空腹重力壩結(jié)構(gòu)示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

（中國(guó)第一座空腹重力壩是上猶江水庫(kù)大壩，位于江西贛州。下圖的牛路嶺水電站大壩也是一座空腹重力壩，位于海南瓊海，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

可是到這里

人們就能高枕無憂了嗎？

可惜

答案是否定的

因?yàn)閷捒p也好，空腹也罷

重力壩的體型依然過于龐大

混凝土澆筑時(shí)的

溫度條件、施工步驟

更是復(fù)雜

（三峽大壩施工的場(chǎng)景，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

但工程師們

并沒有知難而退

而是轉(zhuǎn)而改用

摻雜粉煤灰的特殊混凝土

結(jié)合與土石壩相同的碾壓方式

建成取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的

碾壓混凝土重力壩

這種新型筑壩技術(shù)

既能減少混凝土用量

又能簡(jiǎn)化施工步驟

還能便于大型機(jī)械施工

從而縮短工期、降低造價(jià)

可謂一舉多得

（1986年我國(guó)建成了第一座碾壓混凝土大壩，坑口水庫(kù)大壩，位于福建三明，圖片來源@三明市大田縣融媒體中心）

▼

也正因如此

眾多愈發(fā)宏偉的大壩拔地而起

從101米高的

水口大壩

（閩江上的水口大壩，位于福建福州，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

到200.5米高的

光照大壩

（光照大壩、滬昆高鐵、北盤江特大橋，三大超級(jí)工程同框，位于貴州黔西南，攝影師@王璐）

▼

再到目前世界上最高的

碾壓混凝土重力壩

龍灘大壩

它高216.5米

已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過

我國(guó)最高的常規(guī)混凝土重力壩

三峽大壩

（紅水河上的龍灘大壩，位于廣西河池，攝影師@姚王度）

▼

而若要進(jìn)一步

實(shí)現(xiàn)壩高的突破

同時(shí)還能進(jìn)一步

控制用料和成本

那么是否

存在更加精巧的結(jié)構(gòu)呢？

 03 

借力打力

在廣東省北部

一座體態(tài)輕盈、造型優(yōu)美的大壩

巍然屹立于峽谷之中

其壩體向上游方向拱起

厚度與高度之比僅有0.11

這就是坐落在廣東韶關(guān)的

泉水大壩

這是中國(guó)最薄的

拱壩

（南水河支流上的泉水拱壩，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

這種結(jié)構(gòu)精巧的壩型

除了依靠壩體自重

更關(guān)鍵的

則是利用拱形結(jié)構(gòu)

將絕大部分水體推力

傳向兩岸堅(jiān)實(shí)的山體

以山體產(chǎn)生的反作用力

令壩體維持穩(wěn)定

堪稱名副其實(shí)的

“借力打力”

（拱壩示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

有了山體的分擔(dān)

拱壩的體積

一般僅為同等高度重力壩的30-60%

可謂是既美觀又經(jīng)濟(jì)

（耒[lěi]水河上的東江大壩，壩體輕薄，壩頂最窄處僅有7米寬，位于湖南資興，攝影師@姚王度）

▼

更為精妙的是

正常狀態(tài)的拱壩

在自身重力、水體推力

基巖支撐、溫度變化等

諸多條件綜合作用下維持平衡

如果遭遇突發(fā)情況

某個(gè)條件發(fā)生改變

其余條件仍能保證壩體穩(wěn)定

這便是超靜定結(jié)構(gòu)

因此

拱壩具備

出類拔萃的安全性

其超載能力甚至可以達(dá)到

設(shè)計(jì)性能的10倍以上

以汶川的沙牌拱壩為例

它距離5 · 12汶川大地震震中

僅有36千米

即便當(dāng)時(shí)的水庫(kù)滿載運(yùn)行

在經(jīng)歷地動(dòng)山搖之后

壩體也未受到明顯損害

（岷江支流上的沙牌拱壩，位于四川汶川，攝影師@余振威&劉文君）

▼

但是

集美觀、經(jīng)濟(jì)、安全

于一身的拱壩

對(duì)地形和地質(zhì)條件的要求

卻極為苛刻

其理想的壩址

要求兩岸的基巖堅(jiān)硬且完整

河谷還必須左右對(duì)稱

且從上游向下游收縮

只有這樣

壩體才能穩(wěn)穩(wěn)地

“卡”在河谷之中

（金沙江上正在建設(shè)的烏東德大壩，位于云南昆明與四川涼山交界，攝影師@盧思璇）

好在隨著工程、材料

以及計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的進(jìn)步

拱壩的適應(yīng)性

越來越強(qiáng)

人們不僅在

地質(zhì)條件復(fù)雜的喀斯特地貌區(qū)

建成了烏江渡、構(gòu)皮灘等

一眾知名的大型拱壩

（烏江上的構(gòu)皮灘拱壩，位于貴州遵義，攝影師@秦軍，圖片來源@水電八局）

▼ 

拱壩的形態(tài)

也愈發(fā)多樣

其平面

可以是廈門島

上李水庫(kù)拱壩的規(guī)則圓弧狀

（廈門島上的上李水庫(kù)大壩，位于福建廈門，圖片來源@視覺中國(guó)）

也可以是烏江上

東風(fēng)拱壩的雙曲線型

（烏江上的東風(fēng)拱壩，位于貴州清鎮(zhèn)，攝影師@李貴云）

而其剖面

可以保持豎直

是為單曲拱壩

（單曲拱壩結(jié)構(gòu)示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

亦可以

同樣向上游彎曲

是為雙曲拱壩

（雙曲拱壩結(jié)構(gòu)示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

更令人震撼的是

拱壩的高度不斷刷新記錄

2000年

240米高的二灘拱壩建成

這是中國(guó)首座突破200米級(jí)的大壩

（金沙江與雅礱江交匯處的二灘拱壩，位于四川攀枝花，攝影師@石磊）

▼  

2010年

拉西瓦拱壩封頂

最大壩高突破250米

（黃河干流上的拉西瓦水庫(kù)拱壩，位于青海海南，攝影師@李俊博）

2014年

溪洛渡大壩竣工

其壩高達(dá)到285.5米

（金沙江上的溪洛渡拱壩，位于四川涼山與云南昭通交界，攝影師@柴峻峰）

▼

放眼世界

在全球76座200米以上的高壩中

僅拱壩就有38座之多

毫無疑問地成為了

200米級(jí)高壩的最佳選手

但是

200米級(jí)

仍不是拱壩的極限

瀾滄江上的小灣拱壩

高度達(dá)到294.5米

直逼300米級(jí)

（小灣拱壩，壩頂最窄處僅有12米寬，位于云南大理與臨滄交界，攝影師@陳暢）

而雅礱江上的

錦屏一級(jí)拱壩

高度達(dá)到305米

成功晉級(jí)世界最高壩

就這樣

在西部的高山峽谷中

越來越多的高拱壩

憑借有利地形

以四兩撥千斤之勢(shì)

攔洪蓄水、抬高水位

讓奔騰的江河帶來源源不斷的電能

輸送到祖國(guó)各地

點(diǎn)亮萬家燈火

（龍羊峽水電站，位于青海海南，攝影師@李俊博）

▼

 04 

十萬“勇士”

從“水來土掩”的土石壩

到“一夫當(dāng)關(guān)”的重力壩

再到“借力打力”的拱壩

它們可謂是

中國(guó)大壩家族的絕對(duì)主角

但10萬座大壩的精彩

卻不止于此

我們還有

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔到

只需用一組支墩和擋水蓋板

便能組成的支墩壩

（佛子嶺水庫(kù)大壩，位于安徽六安，是中國(guó)僅有的兩座連拱支墩壩之一，圖片來源@視覺中國(guó)）

也有以橡膠等合成材料

做成封閉布囊錨固于河道

“隨充隨用”的橡膠壩

（沂河上的小埠東橡膠壩，全長(zhǎng)1135米，是目前世界最長(zhǎng)橡膠壩，位于山東臨沂城內(nèi)，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

甚至隨著科技的突飛猛進(jìn)

古老的土石壩

也能繼續(xù)沖擊新的高度

2014年

糯扎渡大壩建成

高度達(dá)到261.5米

（瀾滄江上的糯扎渡大壩以及右邊的溢洪道，位于云南普洱，攝影師@潘泉）

▼

一年后

雙江口大壩開工

其最大壩高314米

未來將重新定義世界最高壩

（請(qǐng)橫屏觀看，大渡河上正在施工的雙江口大壩，位于四川阿壩，攝影師@楊虎）

▼

就這樣

在960萬平方千米的廣袤大地上

中國(guó)人建造了

大大小小近10萬座水壩

它們?nèi)缤f個(gè)“勇士”

巍然挺立在

群山之間、江河之上

守護(hù)著農(nóng)田、鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)

以及一片又一片家園

（懷柔水庫(kù)大壩與北京懷柔城區(qū)同框，攝影師@陳劍峰）

▼

但是

建造水壩

也僅是龐大水利工程系統(tǒng)的

冰山一角

正如宏偉的三峽工程

早在大壩開工之前

已歷時(shí)40年

精心設(shè)計(jì)、反復(fù)論證

哪怕大壩封頂之后

仍歷時(shí)6年

才建成世界裝機(jī)容量最大的

水電站

歷時(shí)9年

才建成世界上規(guī)模最大的

三峽升船機(jī)

（三峽升船機(jī)是三峽工程的最后一個(gè)“配件”，圖片來源@視覺中國(guó)）

▼

而直到2020年

這項(xiàng)水利樞紐工程

才宣告全面完成

最終

它不僅是一堵攔洪的巨墻

也是一座龐大的蓄水池

一臺(tái)強(qiáng)勁的發(fā)電機(jī)

一條航運(yùn)物流的大通道

（請(qǐng)橫屏觀看，超級(jí)工程三峽水利樞紐，攝影師@黃正平）

▼

三峽工程如是

每一座水利工程亦如是

而在這每一座工程背后

無不凝結(jié)著

無數(shù)建設(shè)者的心血和智慧

也正因如此

才誕生了中國(guó)大壩的奇跡

乃至中國(guó)水利工程的奇跡

（雅魯藏布江上的加查水電站，靜臥于莽莽群山之間，攝影師@行影不離）

▼

本文創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)

撰文：艾藍(lán)星

圖片：散夏

設(shè)計(jì)：羅梓涵

地圖：鄭藝

審校：楨公子，黃超

【致謝】本文的圖片內(nèi)容得到了“中國(guó)水電八局”的鼎力支持，本文撰寫得到了清華大學(xué)土木水利學(xué)院馬吉明教授、中科院地質(zhì)與地球物理研究所張磊博士（水利專業(yè)）的大力幫助，特此感謝。

【參考文獻(xiàn)】

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[6] 水利部. 2018年全國(guó)水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào).

[7] 水利部. 2013年第一次全國(guó)水利普查公報(bào).