10万座大坝的诞生！

本文经微信公众号“星球研究所”授权转载

↑一群国 家地理控，专注于探索极致世界  

中国

是世界上河流最多的国家之一

4.5万余条江河

纵横交错

遍布960万平方千米的大地

（上述河流数量仅包括流域面积50平方千米及以上的河流，下图为中国主要河流分布，制图@郑艺/星球研究所）

▼

中国

还是世界上水旱灾害最多的国家之一

有文献记载以来

1092次水灾、1056次旱灾

让数千年的中华文明发展史

成为一部人与水旱灾害的抗争史

（上述数据仅统计至1949年，下图为洪流中的钱塘江，摄影师@肖奕叁）

▼

一边江河奔流、哺育众生

一边灾害频发、民不聊生

两种截然相反的特征

也促使中国发展成为

全球大型水利设施最发达的国家

没有之一

其中最为突出的

便是遍布中国大地

拦蓄近9000亿立方米库容的

近10万座水坝

（国际大坝委员会规定，坝高超过15米，或者库容超过300万立方米、坝高在5米以上的坝为 大坝 ，下图为中国高度100m以上大坝分布，制图@郑艺/星球研究所）

▼

它们可以挡水

拦截滔滔洪流

（请横屏观看，2020年7月，新安江水库九孔泄洪，摄影师@吕杰琛）

▼

可以蓄水

保障供水、灌溉

（请横屏观看，新丰江水库是香港、深圳等诸多城市的重要饮用水源之一，摄影师@剑胆琴心）

▼

也可以抬高水位

发展水电、 改善航道

（灯火通明的白鹤滩水电站，建成之后将成为仅次于三峡水电站的世界第二大水电站，摄影师@柴峻峰）

▼

中国也因此成为了

世界上拥有水库大坝最多的国家

（根据《碾压式土石坝设计规范（2002）》，坝体按照高度可以分为：＜30m为低坝，30-70m为中坝，＞70m为高坝；下图为世界主要国家坝高30m以上的大坝数量分布，制图@郑艺/星球研究所）

▼

我们究竟是如何建造出

数量如此众多的大坝的？

  01  

水来土掩

人们就近取土、层层夯实

筑起上窄下宽的高墙

拦住上游来水

最古老的

土坝

便诞生了

（土坝的建造型式众多，下图为均质土坝示意，制图@罗梓涵 /星球研究所 ）

▼

经过压实的土料颗粒

依靠彼此间 紧密咬合

大大增强了坝体的稳定

颗粒间明显减小的孔隙

又能阻碍水的流动

令其具备较强的防渗功能

从而实现

“兵来将挡，水来土掩 ”

（土料压实前后防渗对比，制图@罗梓涵 /星球研究所 ）

▼

甚至在条件足够理想时

无需机械夯实

凭借土料 自身的重量

就能层层压实、筑起大坝

（上述筑坝方式称为水中填土法，黄土高原上的汾河水库大坝，是全球首个使用水中填土施工的大坝，位于山西太原，摄影师@王蒙）

▼

当然

除了土料

卵石、砂石以及人工开采的块石等

均可用来 堆筑 大坝

人称

堆石坝

 

但与细密的土料不同

石料颗粒粗、硬度大

极易发生渗水

即便机械压实

也收效甚微

（堆石坝渗水示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

于是工程师们

利用石料、土料“双管齐下”

或 在堆石坝中央

增设一道直立的土质防渗墙

成为

心墙堆石坝

（心墙堆石坝结构示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

  （碧口水库大坝便是一座心墙堆石坝，位于 甘肃文县，画面前方是经电站流出的水体， 图片来源@视觉中国）

▼

或是 将防渗墙倾斜 布置

则为

斜墙堆石坝

（斜墙堆石坝结构示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

家喻户晓的 小浪底大坝

高达160米

是中国最高的斜墙堆石坝

  （请横屏观看， 气势如虹的 小浪底大坝，坝顶长1667米、宽15米，位于黄河中游，摄影师@林治坤）

▼

正是这样一座大坝

让小浪底水库的蓄水量

达到126.5亿立方米

超过2个太湖

也正因如此

黄河下游的防洪标准

得以提升至1000年一遇

让近1亿人口免于水患

（太湖的蓄水量约为56亿立方米，下图为小浪底大坝泄洪场景，摄影师@张子玉）

▼

然而

能够防渗的并非只有土料

混凝土 甚至拥有

更小的孔隙、更强的防渗

只不过

相对于颗粒松散

且在水体挤压下

易发生轻微变形的堆石坝

混凝土还是太过“坚硬”

二者截然不同的变形程度

令它们无法“齐心协力”

共同抵抗奔腾的江河

直到20世纪80年代

我国开始引入 一种新型设备

振动碾

它如同一台超强力“压路机”

经其碾压后的石料

颗粒密实、硬度增大

抗变形能力大幅加强

足以与混凝土旗鼓相当

（堆石坝的建造场景，图片来源@视觉中国）

▼

 

自此以后

堆石坝终于能获得混凝土的加持

只要在坝体的上游一侧

铺设 一层混凝土面板

便能完成防渗

这便是

面板堆石坝

（面板堆石坝结构示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

由于这种坝型施工快、造价低

一经问世便迅速 风靡全国

其中位于湖北恩施的

水布垭大坝

高度达到233米

一举成为当时世界最高的面板堆石坝

（清江上的水布垭大坝，坝体上可见Z字型马道，用于排水、检修、交通等，摄影师@李云飞）

▼

以上种种

由土料和石料 堆筑的大坝

统称为

土石坝

由于它的

材料易得、结构简洁、施工简便

因此应用 极为广泛

据相关数据统计

在我国近10万座水坝中

各种土石坝的数量

占到95%以上

几乎是大江南北、遍地开花

（ 东圳水库大坝 ，一座设有心墙的土石坝，位于福建莆田，摄影师@DJY俊逸）

▼

可即便数量如此庞大

但是泥土、碎石等筑坝材料

本身 属于松散颗粒

这便注定了土石坝

并非十全十美

一方面

无论如何压实

颗粒间的孔隙依然存在

经年累月下

发生渗流在所难免

另一方面

松散的土石料表面

难以抵抗猛烈的水流冲刷

因此土石坝不允许洪水漫顶

必须在远离坝体的位置

增设专门的泄洪通道

（水布垭大坝和右边的溢洪道， 点击图片 查看泄洪场景，摄影师分别为@李顺武@谭江弘）

▼

那么

我们如何才能建起

更加坚固的大坝呢？

  02  

一夫当关

不妨想象

将一块巨石置于水中

只要其重量足够

就能与地基间产生

足够强大的摩擦力

令其在汹涌的水流中岿然不动

类似地

如果能够人工打造一块这样的巨石

便能以其“一己之力 ”

抵挡奔腾而来的江河之水

堪称

“ 一夫当关，万夫莫开 ”

这便是

重力坝

（重力坝示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

为此

坚硬、致密的混凝土

再次进入人们的视线

以其浇筑的

混凝土重力坝

不仅能够拦水截流

而且其本身足够坚固

因此可以在坝身上设置泄水孔

甚至建造可直接溢流的坝段

（正在泄水的丹江口大坝，位于湖北丹江口，摄影师@白?帆。 另 ：在混凝土重力坝出现之前， 早期的重力坝多由石灰浆黏结石块而成 ）

▼

尤其在大江大河之上

每逢汛期水位暴涨

一座座混凝土重力坝

便如“定水神针”一般

成为防洪的中坚力量

例如

坐镇金沙江的

向家坝水库大坝

（向家坝水库大坝，位于云南水富， 点击 图 片 查看各部分结构， 摄影师@柴峻峰）

▼

驻守黄河的

三门峡大坝

（三门峡大坝，位于河南三门峡， 点击图片 查看各部分结构， 摄影师@黄雪峰）

▼

以及

横亘于长江的

三峡大坝

这座高181米

全长2309米的庞然大物

以超过1600万立方米的混凝土打造而成

能拦蓄221.5亿立方米的洪水

与4个太湖的蓄水量相当

（请横屏观看，拦截长江的三峡大坝，位于湖北宜昌， 点击图片 查看各部分结构， 摄影师@李心宽）

▼

自大坝竣工以来

曾在2010年、2012年和2020年

三次长江大洪水中

削减洪峰40%左右

极大地减轻了

长江中下游地区的防洪压力

（2020年夏季三峡大坝泄洪的场景，摄影师@李心宽）

▼

然而

稳立于洪涛的重力坝

却也并非无懈可击

它还必须战胜一个

“看不见的敌人”

人称 扬压力

这种特殊的作用力

由两部分共同组成

其一是地基渗水和坝体渗水

所产生的渗透压力

其二则是淹没于水下的坝体

所承受的上浮力

在扬压力的作用下

坝体相当于被向上“托举”一般

极不利于坝体稳定

（重力坝扬压力示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

为此

工程师们千方百计

试图在保证坝体稳 定的同时

尽可能 减小坝体与地基间的接触面

从而避免产生过大的扬压力

比如

将坝体内部分段收缩

形成一节节空腔

成为

宽缝重力坝

（宽缝重力坝结构示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

（新安江大坝，中国第一座宽缝重力坝，摄影师@方建飞）

▼

甚至直接将坝体的下部掏空

形成一座“空腹”的

空腹重力坝

（空腹重力坝结构示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

（中国第一座空腹重力坝是上犹江水库大坝，位于江西赣州。下图的牛路岭水电站大坝也是一座空腹重力坝，位于海南琼海，图片来源@视觉中国）

▼

可是到这里

人们就能高枕无忧了吗？

可惜

答案是否定的

因为宽缝也好，空腹也罢

重力坝的体型依然过于庞大

混凝土浇筑时的

温度条件、施工步骤

更是复杂

（三峡大坝施工的场景，图片来源@视觉中国）

▼

但工程师们

并没有知难而退

而是转而改用

掺杂粉煤灰的 特殊混凝土

结合与土石坝相同的 碾压 方式

建成取长补短、优势互补的

碾压混凝土重力坝

这种 新型筑坝技术

既能减少混凝土用量

又能简化施工步骤

还能便于 大型机械施工

从而缩短工期、降低造价

可谓一举多得

（1986年我国建成了第一座碾压混凝土大坝，坑口水库大坝，位于福建三明，图片来源@三明市大田县融媒体中心）

▼

也正因如此

众多愈发宏伟的大坝拔地而起

从101米高的

水口大坝

（闽江上的水口大坝，位于福建福州，图片来源@视觉中国）

▼

到200.5米高的

光照大坝

（ 光照大坝、沪昆高铁、北盘江特大桥，三大超级工程 同框，位于贵州黔西南，摄影师@王璐）

▼

再到 目前世界上最高的

碾压混凝土重力坝

龙滩大坝

它高 216.5米

已经 远远超过

我国最高的常规混凝土重力坝

三峡大坝

（红水河上的龙滩大坝，位于广西河池，摄影师@姚王度）

▼

而若要进一步

实现坝高的突破

同时还能进一步

控制用料和成本

那么是否

存在更加精巧的结构呢？

  03  

借力打力

在广东省北部

一座体态轻盈、造型优美的大坝

巍然屹立于峡谷之中

其坝体向上游方向拱起

厚度与高度之比仅有0.11

这就是坐落在广东韶关的

泉水大坝

这是中国最薄的

拱坝

（南水河支流上的泉水拱坝，图片来源@视觉中国）

▼

这种结构精巧的坝型

除了依靠坝体自重

更关键的

则是利用 拱形结构

将绝大部分水体推力

传向两岸坚实的山体

以山体产生的反作用力

令坝体维持稳定

堪称名副其实的

“ 借力打力 ”

（拱坝示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

有了山体的分担

拱坝的体积

一般仅为同等高度重力坝的30-60%

可谓是既 美观 又 经济

（耒[lěi]水河上的东江大坝，坝体轻薄，坝顶最窄处仅有7米宽，位于湖南资兴，摄影师@姚王度）

▼

更为精妙的是

正常状态的拱坝

在自身重力、水体推力

基岩支撑、温度变化等

诸多条件综合作用下维持平衡

如果遭遇突发情况

某个条件发生改变

其余条件仍能保证坝体稳定

这便是 超静定结构

因此

拱坝具备

出类拔萃的 安全性

其超载能力甚至可以达到

设计性能的10倍以上

以汶川的 沙牌拱坝 为例

它距离 5 · 12汶川大地震震中

仅有36千米

即便当时的水库满载运行

在经历地动山摇之后

坝体也未受到明显损害

（岷江支流上的沙牌拱坝，位于四川汶川，摄影师@余振威&刘文君）

▼

但是

集美观、经济、安全

于一身的拱坝

对地形和地质条件的要求

却极为苛刻

其理想的坝址

要求两岸的基岩坚硬且完整

河谷还必须左右对称

且从上游向下游收缩

只有这样

坝体才能稳稳地

“卡”在河谷之中

（金沙江上正在建设的乌东德大坝，位于云南昆明与四川凉山交界， 点击图片 查看各部分结构，摄影师@卢思璇）

▼

好在随着工程、材料

以及计算机模拟技术的进步

拱坝的适应性

越来越强

人们不仅在

地质条件复杂的 喀斯特地貌区

建成了乌江渡、构皮滩等

一众 知名的大型拱坝

（乌江上的构皮滩拱坝，位于贵州遵义，摄影师@秦军，图片来源@水电八局）

▼

拱坝的形态

也愈发多样

其平面

可以是厦门岛

上李水库拱坝的 规则圆弧状

（厦门岛上的上李水库大坝，位于福建厦门， 点击图片 查看拱坝平面形状，图片来源@视觉中国）

▼

也可以是乌江上

东风拱坝的双曲线型

（乌江上的东风拱坝，位于贵州清镇， 点击图片 查看拱坝的平面形状，摄影师@李贵云）

▼

而其 剖面

可以保持竖直

是为 单曲拱坝

（单曲拱坝结构示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

亦可以

同样向上游弯曲

是为 双曲拱坝

（双曲拱坝结构示意，制图@ 罗梓涵/星球研究所 ）

▼

更令人震撼的是

拱坝的 高度 不断刷新记录

2000年

240米高的 二滩拱坝 建成

这是中国首座突破200米级的大坝

（金沙江与雅砻江交汇处的二滩拱坝，位于四川攀枝花，摄影师@石磊）

▼  

2010年

拉西瓦拱坝 封顶

最大坝高突破 250米

（黄河干流上的拉西瓦水库拱坝，位于青海海南，摄影师@李俊博）

▼

2014年

溪洛渡大坝 竣工

其坝高达到 285.5米

（金沙江上的溪洛渡拱坝，位于四川凉山与云南昭通交界，摄影师@柴峻峰）

▼

放眼世界

在全球76座 200米以上的高坝中

仅 拱坝 就有38座之多

毫无疑问地 成为了

200米级高坝的最佳选手

但是

200米级

仍不是拱坝的极限

澜沧江上的 小湾拱坝

高度达到 294.5米

直逼300米级

（小湾拱坝，坝顶最窄处仅有12米宽，位于云南大理与临沧交界， 点击图片 查看各部分结构， 摄影师@陈畅）

▼

而雅砻江上的

锦屏一级拱坝

高度达到 305米

成功晋级世界最高坝

就这样

在西部的高山峡谷中

越来越多的高拱坝

凭借有利地形

以四两拨千斤之势

拦洪蓄水、抬高水位

让奔腾的江河带来源源不断的电能

输送到祖国各地

点亮万家灯火

（龙羊峡水电站，位于青海海南，摄影师@李俊博）

▼

  04  

十万“勇士”

从“ 水来土掩”的 土石坝

到“ 一夫当关”的 重力坝

再到“借力打力 ”的 拱坝

它们可谓是

中国大坝家族的绝对主角

但10万座大坝的精彩

却不止于此

我们还有

结构简洁到

只需用一组支墩和挡水盖板

便能组成的 支 墩坝

（佛子岭水库大坝，位于 安徽六安，是中国仅有的两座连拱支墩坝之一， 点击图片 查看各部分结构， 图片来源@视觉中国）

▼

也有以橡胶等合成材料

做成封闭布囊锚固于河道

“随充随用”的 橡胶坝

（淮河支流沂水上的小埠东橡胶坝，全长1135米，是目前世界最长橡胶坝，位于山东临沂城内，图片来源@视觉中国）

▼

甚至随着科技的突飞猛进

古老的土石坝

也能继续冲击新的高度

2014年

糯扎渡大坝 建成

高度达到 261.5米

（澜沧江上的糯扎渡大坝以及右边的溢洪道，位于云南普洱，摄影师@潘泉）

▼

一年后

双江口大坝 开工

其最大坝高 314米

未来将重新定义世界最高坝

（请横屏观看，大渡河上正在施工的双江口大坝， 位于四川阿坝，摄影师@杨虎）

▼

就这样

在 960万平方千米的广袤大地上

中国人建造了

大大小小近10万座水坝

它们如同十万个“勇士”

巍然挺立在

群山之间、江河之上

守护着农田、乡村、城镇

以及一片又一片家园

（怀柔水库大坝与北京怀柔城区同框，摄影师@陈剑峰）

▼

但是

建造水坝

也仅是庞大水利工程系统的

冰山一角

正如宏伟的三峡工程

早在大坝开工之前

已历时40年

精心设计、反复论证

哪怕大坝封顶之后

仍历时 6年

才建成世界装机容量最大的

水电站

历时9年

才建成世界上规模最大的

三峡升船机

（三峡升船机是三峡工程的最后一个“配件”，图片来源@视觉中国）

▼

而直到2020年

这项水利枢纽 工程

才宣告全面完成

最终

它不仅是一堵拦洪的 巨墙

也是一座庞大的 蓄水池

一台强劲的 发电机

一条 航运物流的大通道

（请横屏观看，超级工程三峡水利枢纽，摄影师@黄正平）

▼

三峡工程如是

每一座水利工程亦如是

而在这每一座工程背后

无不凝结着

无数建设者的心血和智慧

也正因如此

才诞生了中国大坝的奇迹

乃至中国水利工程的奇迹

（雅鲁藏布江上的加查水电站，静卧于莽莽群山之间，摄影师@行影不离）

▼

本文创作团队

撰文：艾蓝星

图片：散夏

设计：罗梓涵

地图：郑艺

审校：桢公子，黄超

【致谢】 本文的图片内容得到了“ 中国水电八局 ”的鼎力支持，本文撰写得到了清华大学土木水利学院 马吉明 教授、中科院地质与地球物理研究所 张磊 博士（水利专业）的大力帮助，特此感谢。

【参考文献】

[1] 王瑞芳 . 当代中国水利史[M]. 中国社会科学出版社, 2014.

[2]  郭秦渭 . 水工建筑物[M]. 重庆大学出版社, 2006.

[3]  潘家铮. 千秋功罪话水坝[M]. 清华大学出版社, 2014.

[4] 贾金生. 中国大坝建设60年 [M]. 中国水利水电出版社, 2013.

[5] 水利部建设与管理司 . 中国高坝大库TOP100[M]. 中国水利水电出版社, 2012.

[6] 水利部. 2018年全国水利发展统计公报 .

[7] 水利部. 2013年第一次全国水利普查公报 .

...  The End  ...