10萬座大壩的誕生
中國
是世界上河流最多的國家之一
4.5萬餘條江河
縱橫交錯
遍佈960萬平方千米的大地
（上述河流數量僅包括流域面積50平方千米及以上的河流，下圖為中國主要河流分佈，製圖@鄭藝/星球研究所）
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中國
還是世界上水旱災害最多的國家之一
有文獻記載以來
1092次水災、1056次旱災
讓數千年的中華文明發展史
成為一部人與水旱災害的抗爭史
（上述數據僅統計至1949年，下圖為洪流中的錢塘江，攝影師@肖奕叁）
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一邊江河奔流、哺育眾生
一邊災害頻發、民不聊生
兩種截然相反的特徵
也促使中國發展成為
全球大型水利設施最發達的國家
沒有之一
其中最為突出的
便是遍佈中國大地
攔蓄近9000億立方米庫容的
近10萬座水壩
（國際大壩委員會規定，壩高超過15米，或者庫容超過300萬立方米、壩高在5米以上的壩為大壩，下圖為中國高度100m以上大壩分佈，製圖@鄭藝/星球研究所）
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它們可以擋水
攔截滔滔洪流
（請橫屏觀看，2020年7月，新安江水庫九孔泄洪，攝影師@呂傑琛）
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可以蓄水
保障供水、灌溉
（請橫屏觀看，新豐江水庫是香港、深圳等諸多城市的重要飲用水源之一，攝影師@劍膽琴心）
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也可以抬高水位
發展水電、改善航道
（燈火通明的白鶴灘水電站，建成之後將成為僅次於三峽水電站的世界第二大水電站，攝影師@柴峻峯）
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中國也因此成為了
世界上擁有水庫大壩最多的國家
（根據《碾壓式土石壩設計規範（2002）》，壩體按照高度可以分為：＜30m為低壩，30-70m為中壩，＞70m為高壩；下圖為世界主要國家壩高30m以上的大壩數量分佈，製圖@鄭藝/星球研究所）
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我們究竟是如何建造出
數量如此眾多的大壩的？
01 水來土掩
人們就近取土、層層夯實
築起上窄下寬的高牆
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，下圖為均質土壩示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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經過壓實的土料顆粒
依靠彼此間緊密咬合
大大增強了壩體的穩定
顆粒間明顯減小的孔隙
又能阻礙水的流動
令其具備較強的防滲功能
從而實現
“兵來將擋，水來土掩”
（土料壓實前後防滲對比，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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甚至在條件足夠理想時
無需機械夯實
憑藉土料自身的重量
就能層層壓實、築起大壩
（上述築壩方式稱為水中填土法，黃土高原上的汾河水庫大壩，是全球首個使用水中填土施工的大壩，位於山西太原，攝影師@王蒙）
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當然
除了土料
卵石、砂石以及人工開採的塊石等
均可用來堆築大壩
人稱
堆石壩
但與細密的土料不同
石料顆粒粗、硬度大
極易發生滲水
即便機械壓實
也收效甚微
（堆石壩滲水示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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於是工程師們
利用石料、土料“雙管齊下”
或在堆石壩中央
增設一道直立的土質防滲牆
成為
心牆堆石壩
（心牆堆石壩結構示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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（碧口水庫大壩便是一座心牆堆石壩，位於甘肅文縣，畫面前方是經電站流出的水體，圖片來源@視覺中國）
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或是將防滲牆傾斜佈置
則為
斜牆堆石壩
（斜牆堆石壩結構示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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家喻户曉的小浪底大壩
高達160米
是中國最高的斜牆堆石壩
（請橫屏觀看，氣勢如虹的小浪底大壩，壩頂長1667米、寬15米，位於黃河中游，攝影師@林治坤）
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正是這樣一座大壩
讓小浪底水庫的蓄水量
達到126.5億立方米
超過2個太湖
也正因如此
黃河下游的防洪標準
得以提升至1000年一遇
讓近1億人口免於水患
（太湖的蓄水量約為56億立方米，下圖為小浪底大壩泄洪場景，攝影師@張子玉）
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然而
能夠防滲的並非只有土料
混凝土甚至擁有
更小的孔隙、更強的防滲
只不過
相對於顆粒鬆散
且在水體擠壓下
易發生輕微變形的堆石壩
混凝土還是太過“堅硬”
二者截然不同的變形程度
令它們無法“齊心協力”
共同抵抗奔騰的江河
直到20世紀80年代
我國開始引入一種新型設備
振動碾
它如同一台超強力“壓路機”
經其碾壓後的石料
顆粒密實、硬度增大
抗變形能力大幅加強
足以與混凝土旗鼓相當
（堆石壩的建造場景，圖片來源@視覺中國）
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自此以後
堆石壩終於能獲得混凝土的加持
只要在壩體的上游一側
鋪設一層混凝土面板
便能完成防滲
這便是
面板堆石壩
（面板堆石壩結構示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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由於這種壩型施工快、造價低
一經問世便迅速風靡全國
其中位於湖北恩施的
水布埡大壩
高度達到233米
一舉成為當時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，用於排水、檢修、交通等，攝影師@李雲飛）
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以上種種
由土料和石料堆築的大壩
統稱為
土石壩
由於它的
材料易得、結構簡潔、施工簡便
因此應用極為廣泛
據相關數據統計
在我國近10萬座水壩中
各種土石壩的數量
佔到95%以上
幾乎是大江南北、遍地開花
（東圳水庫大壩，一座設有心牆的土石壩，位於福建莆田，攝影師@DJY俊逸）
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可即便數量如此龐大
但是泥土、碎石等築壩材料
本身屬於鬆散顆粒
這便註定了土石壩
並非十全十美
一方面
無論如何壓實
顆粒間的孔隙依然存在
經年累月下
發生滲流在所難免
另一方面
鬆散的土石料表面
難以抵抗猛烈的水流沖刷
因此土石壩不允許洪水漫頂
必須在遠離壩體的位置
增設專門的泄洪通道
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那麼
我們如何才能建起
更加堅固的大壩呢？
02 一夫當關
不妨想象
將一塊巨石置於水中
只要其重量足夠
就能與地基間產生
足夠強大的摩擦力
令其在洶湧的水流中巋然不動
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
“一夫當關，萬夫莫開”
這便是
重力壩
（重力壩示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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為此
堅硬、緻密的混凝土
再次進入人們的視線
以其澆築的
混凝土重力壩
不僅能夠攔水截流
而且其本身足夠堅固
因此可以在壩身上設置泄水孔
甚至建造可直接溢流的壩段
（正在泄水的丹江口大壩，位於湖北丹江口，攝影師@白䒕帆。另：在混凝土重力壩出現之前，早期的重力壩多由石灰漿黏結石塊而成）
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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
成為防洪的中堅力量
例如
坐鎮金沙江的
向家壩水庫大壩
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駐守黃河的
三門峽大壩
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以及
橫亙於長江的
三峽大壩
這座高181米
全長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個太湖的蓄水量相當
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自大壩竣工以來
曾在2010年、2012年和2020年
三次長江大洪水中
削減洪峯40%左右
極大地減輕了
長江中下游地區的防洪壓力
（2020年夏季三峽大壩泄洪的場景，攝影師@李心寬）
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然而
穩立於洪濤的重力壩
卻也並非無懈可擊
它還必須戰勝一個
“看不見的敵人”
人稱揚壓力
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
所產生的滲透壓力
其二則是淹沒於水下的壩體
所承受的上浮力
在揚壓力的作用下
壩體相當於被向上“託舉”一般
極不利於壩體穩定
（重力壩揚壓力示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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為此
工程師們千方百計
試圖在保證壩體穩定的同時
儘可能減小壩體與地基間的接觸面
從而避免產生過大的揚壓力
比如
將壩體內部分段收縮
形成一節節空腔
成為
寬縫重力壩
（寬縫重力壩結構示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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（新安江大壩，中國第一座寬縫重力壩，攝影師@方建飛）
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甚至直接將壩體的下部掏空
形成一座“空腹”的
空腹重力壩
（空腹重力壩結構示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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（中國第一座空腹重力壩是上猶江水庫大壩，位於江西贛州。下圖的牛路嶺水電站大壩也是一座空腹重力壩，位於海南瓊海，圖片來源@視覺中國）
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可是到這裏
人們就能高枕無憂了嗎？
可惜
答案是否定的
因為寬縫也好，空腹也罷
重力壩的體型依然過於龐大
混凝土澆築時的
温度條件、施工步驟
更是複雜
（三峽大壩施工的場景，圖片來源@視覺中國）
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但工程師們
並沒有知難而退
而是轉而改用
摻雜粉煤灰的特殊混凝土
結合與土石壩相同的碾壓方式
建成取長補短、優勢互補的
碾壓混凝土重力壩
這種新型築壩技術
既能減少混凝土用量
又能簡化施工步驟
還能便於大型機械施工
從而縮短工期、降低造價
可謂一舉多得
（1986年我國建成了第一座碾壓混凝土大壩，坑口水庫大壩，位於福建三明，圖片來源@三明市大田縣融媒體中心）
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也正因如此
眾多愈發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，位於福建福州，圖片來源@視覺中國）
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到200.5米高的
光照大壩
（光照大壩、滬昆高鐵、北盤江特大橋，三大超級工程同框，位於貴州黔西南，攝影師@王璐）
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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
已經遠遠超過
我國最高的常規混凝土重力壩
三峽大壩
（紅水河上的龍灘大壩，位於廣西河池，攝影師@姚王度）
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而若要進一步
實現壩高的突破
同時還能進一步
控制用料和成本
那麼是否
存在更加精巧的結構呢？
03 借力打力
在廣東省北部
一座體態輕盈、造型優美的大壩
巍然屹立於峽谷之中
其壩體向上遊方向拱起
厚度與高度之比僅有0.11
這就是坐落在廣東韶關的
泉水大壩
這是中國最薄的
拱壩
（南水河支流上的泉水拱壩，圖片來源@視覺中國）
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這種結構精巧的壩型
除了依靠壩體自重
更關鍵的
則是利用拱形結構
將絕大部分水體推力
傳向兩岸堅實的山體
以山體產生的反作用力
令壩體維持穩定
堪稱名副其實的
“借力打力”
（拱壩示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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有了山體的分擔
拱壩的體積
一般僅為同等高度重力壩的30-60%
可謂是既美觀又經濟
（耒[lěi]水河上的東江大壩，壩體輕薄，壩頂最窄處僅有7米寬，位於湖南資興，攝影師@姚王度）
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更為精妙的是
正常狀態的拱壩
在自身重力、水體推力
基岩支撐、温度變化等
諸多條件綜合作用下維持平衡
如果遭遇突發情況
某個條件發生改變
其餘條件仍能保證壩體穩定
這便是超靜定結構
因此
拱壩具備
出類拔萃的安全性
其超載能力甚至可以達到
設計性能的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
即便當時的水庫滿載運行
在經歷地動山搖之後
壩體也未受到明顯損害
（岷江支流上的沙牌拱壩，位於四川汶川，攝影師@餘振威&劉文君）
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但是
集美觀、經濟、安全
於一身的拱壩
對地形和地質條件的要求
卻極為苛刻
其理想的壩址
要求兩岸的基岩堅硬且完整
河谷還必須左右對稱
且從上游向下遊收縮
只有這樣
壩體才能穩穩地
“卡”在河谷之中
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好在隨着工程、材料
以及計算機模擬技術的進步
拱壩的適應性
越來越強
人們不僅在
地質條件複雜的喀斯特地貌區
建成了烏江渡、構皮灘等
一眾知名的大型拱壩
（烏江上的構皮灘拱壩，位於貴州遵義，攝影師@秦軍，圖片來源@水電八局）
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拱壩的形態
也愈發多樣
其平面
可以是廈門島
上李水庫拱壩的規則圓弧狀
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也可以是烏江上
東風拱壩的雙曲線型
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而其剖面
可以保持豎直
是為單曲拱壩
（單曲拱壩結構示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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亦可以
同樣向上遊彎曲
是為雙曲拱壩
（雙曲拱壩結構示意，製圖@羅梓涵/星球研究所）
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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
這是中國首座突破200米級的大壩
（金沙江與雅礱江交匯處的二灘拱壩，位於四川攀枝花，攝影師@石磊）
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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拱壩，位於青海海南，攝影師@李俊博）
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2014年
溪洛渡大壩竣工
其壩高達到285.5米
（金沙江上的溪洛渡拱壩，位於四川涼山與雲南昭通交界，攝影師@柴峻峯）
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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米級高壩的最佳選手
但是
200米級
仍不是拱壩的極限
瀾滄江上的小灣拱壩
高度達到294.5米
直逼300米級
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而雅礱江上的
錦屏一級拱壩
高度達到305米
成功晉級世界最高壩
就這樣
在西部的高山峽谷中
越來越多的高拱壩
憑藉有利地形
以四兩撥千斤之勢
攔洪蓄水、抬高水位
讓奔騰的江河帶來源源不斷的電能
輸送到祖國各地
點亮萬家燈火
（龍羊峽水電站，位於青海海南，攝影師@李俊博）
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04 十萬“勇士”
從“水來土掩”的土石壩
到“一夫當關”的重力壩
再到“借力打力”的拱壩
它們可謂是
中國大壩家族的絕對主角
但10萬座大壩的精彩
卻不止於此
我們還有
結構簡潔到
只需用一組支墩和擋水蓋板
便能組成的支墩壩
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也有以橡膠等合成材料
做成封閉布囊錨固於河道
“隨充隨用”的橡膠壩
（淮河支流沂水上的小埠東橡膠壩，全長1135米，是目前世界最長橡膠壩，位於山東臨沂城內，圖片來源@視覺中國）
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甚至隨着科技的突飛猛進
古老的土石壩
也能繼續衝擊新的高度
2014年
糯扎渡大壩建成
高度達到261.5米
（瀾滄江上的糯扎渡大壩以及右邊的溢洪道，位於雲南普洱，攝影師@潘泉）
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一年後
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
（請橫屏觀看，大渡河上正在施工的雙江口大壩，位於四川阿壩，攝影師@楊虎）
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就這樣
在960萬平方千米的廣袤大地上
中國人建造了
大大小小近10萬座水壩
它們如同十萬個“勇士”
巍然挺立在
羣山之間、江河之上
守護着農田、鄉村、城鎮
以及一片又一片家園
（懷柔水庫大壩與北京懷柔城區同框，攝影師@陳劍峯）
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但是
建造水壩
也僅是龐大水利工程系統的
冰山一角
正如宏偉的三峽工程
早在大壩開工之前
已歷時40年
精心設計、反覆論證
哪怕大壩封頂之後
仍歷時6年
才建成世界裝機容量最大的
水電站
歷時9年
才建成世界上規模最大的
三峽升船機
（三峽升船機是三峽工程的最後一個“配件”，圖片來源@視覺中國）
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而直到2020年
這項水利樞紐工程
才宣告全面完成
最終
它不僅是一堵攔洪的巨牆
也是一座龐大的蓄水池
一台強勁的發電機
一條航運物流的大通道
（請橫屏觀看，超級工程三峽水利樞紐，攝影師@黃正平）
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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後
無不凝結着
無數建設者的心血和智慧
也正因如此
才誕生了中國大壩的奇蹟
乃至中國水利工程的奇蹟
（雅魯藏布江上的加查水電站，靜卧於莽莽羣山之間，攝影師@行影不離）
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本文創作團隊
撰文：艾藍星
圖片：散夏
設計：羅梓涵
地圖：鄭藝
審校：楨公子，黃超
【致謝】本文的圖片內容得到了“中國水電八局”的鼎力支持，本文撰寫得到了清華大學土木水利學院馬吉明教授、中科院地質與地球物理研究所張磊博士（水利專業）的大力幫助，特此感謝。
【參考文獻】
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[2]郭秦渭. 水工建築物[M]. 重慶大學出版社, 2006.
[3]潘家錚. 千秋功罪話水壩[M]. 清華大學出版社,2014.
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[6] 水利部. 2018年全國水利發展統計公報.
[7] 水利部.2013年第一次全國水利普查公報.
... TheEnd ...
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