老化大坝为数百万人生活埋下安全隐患
全球数千座大型水坝建于半个多世纪前，已经超过了理论寿命期。服役时间过长会导致大坝安全性能降低吗？瑞士韦尔扎斯卡大坝的除险改造工程诠释了如何应对水库老龄化与气候变化造成的后果。
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土木工程师Francesco Amberg掩饰不住自己的兴奋，在职业生涯中，他曾经造访过瑞士和世界各地的几十个人工盆地，但却很少看到类似的景象。
Amberg站在位于提挈诺州洛迦诺市(Locarno)几公里外的韦尔扎斯卡大坝上方，欣赏着脚下的水库，这家水力发电站中的水体几乎已经被完全抽空，碧绿的湖水被灰色和荒芜所取代，几乎如月球景观一般。Amberg说，“看到空旷的水库给人一种别样的感觉。”
韦尔扎斯卡大坝坝高220米，是欧洲坝身最高的大坝之一。1995年，在电影《黄金眼》(Goldeneye)中，詹姆斯·邦德使其举世闻名。在这个阳光明媚的二月天，我和Amberg站在大坝之巅，冥想着皮尔斯·布鲁斯南饰演的英国特工系着橡胶绳在此纵身跳下的那一幕。
韦尔扎斯卡大坝于1965年落成，经过半个多世纪的运营，翻新改造工程势在必行。虽然大坝老化可能影响到设施功能或造成安全隐患，但国际社会仍未予以应有重视，全球数千座大型水坝都已出现了磨蚀迹象。
>> 请观看韦尔扎斯卡大坝的空旷景观(意大利语字幕)：
混凝土膨胀
参与除险项目的工程师Amberg解释说，韦尔扎斯卡大坝的改造将水库湖水引到下游山谷的所有设施都包括在内，具体来说，两个蝶阀(用于截断流向涡轮机的水流)将被更换；管道内部的防腐保护层会进行重建；扩建室的工作也在计划之中，这是从岩石中凿出的一处空间，用于调节大坝释放的水流流量。
然而，拱形墙无需进行特别改动。与其他同类水库不同的是，该大坝没有呈现混凝土化学降解的迹象。随着时间的推移，可能出现的主要现象是所谓的“碱集料反应”，即水与混凝土中含有的某些活性矿物质(比如说二氧化硅)发生化学反应，导致混凝土发生膨胀和大坝体积增大，从而造成岩基开裂。
大坝性能逐年退化的过程自上世纪40年代就已众所周知，承重墙和横撑等其他主体工事也在不断磨损老化。“由于坝体的稳固性没有受到影响，我不会先验性地将其称为问题，但该现象确实需要进行监测。”这位工程师肯定地表示。如果混凝土过度膨胀，工程师们就会用钻石切割线做一个垂直切面，从而减少大坝内部的负荷。
抗强震能力
然而，年代久远并不意味着更具危险性，情况往往恰恰相反，Amberg证实，如今的韦尔扎斯卡大坝比开始运营时更为安全。“最关键的时刻是在建成之初，首次蓄水，首次遭受地震冲击波。”国际研究证实，许多事故都发生在大坝运营后头五年。
在瑞士，混凝土坝在设计上也考虑到了如何抵御每万年一次的强震。当涉及到安全问题时，法律特别严厉，Amberg指出，例如，所有大坝都必须具有快速排水功能，以确保水电站停止运行。
瑞士大坝的平均年龄为69岁
经国际大坝委员会(ICOLD)调查，全球约有58’700座大型水坝，这些水坝坝高超过15米，蓄水量均达到300万立方米以上。中国的大坝数量为全世界之最，近24’000座。
瑞士是水坝密度最高的国家之一，共有188座大型水坝，水力发电占瑞士总发电量的58%。
据国际大坝委员会提供的数据，全球约有19’000座大型水坝超过了50年的预期服役期下限，其比例占全球大坝总量的三分之一。从理论上讲，它们需要进行修复改造。世界上大多数大坝都建于世纪60-70年代之间，而后，新建水库数目逐渐递减，这种情况一直持续到今天，其主要原因是人们越来越关注水坝对环境的影响。
大坝的寿命取决于各种因素，包括大坝类型(混凝土坝、土石坝等)与建筑材料的质量。“因为受到碳化腐蚀过程影响，混凝土坝的损耗程度最大。”土木工程师、瑞士大坝委员会(swissdams)联络部负责人Jean-Claude Kolly向瑞士资讯swissinfo.ch介绍说。
日本和英国的大坝年代最为久远，平均年龄分别为111岁和106岁。瑞士大坝的平均年龄为69岁，“这是一个相对较长的年限，但是在没有碱-聚合反应或碳化的情况下，大坝的服役期可以增加一倍并且不会造成任何问题。”Kolly表示。
弗里堡州的蒙特萨尔文大坝就是一个有力的例证。该大坝于1872年揭幕，是欧洲最古老的混凝土坝。2005年进行重新翻修后，如今运营正常。”Kolly指出。
老化带来的隐患
然而，并非世界上所有大坝都能保持与蒙特萨尔文大坝一样良好的状态，联合国大学(UNU)的研究者们警告说，大型水坝的老化代表着一种新出现的风险，而这种风险尚未引起足够重视。
一座精心设计、建造与维护的大坝可以轻而易举地正常运营一个世纪。然而，全球许多大坝并未达到这些标准。联合国大学2021年发布的一份报告显示，在过去20年间，美国、印度、巴西、阿富汗以及其他国家有数十家水力电站遭受严重破坏或坍塌，事故的数量可能还会增加。
大坝老化不仅影响水力发电站的效率与正常运行，也为数以亿计的人民的生活带来了潜在威胁。报告指出，到2050年，全球半数以上的人口将生活在20世纪建造的大型水坝的下游。
因此，各国必须齐心合力，强化对水坝的安全性能维护，以应对这一新出现的风险。除了大坝的自然磨损之外，还有考虑到全球变暖带来的后果，联合国大学研究的主要作者指出，洪峰和降雨模式的改变可能将这些大坝推向极限，增加其倒塌的可能性。
冰川和永久冻土消融
瑞士大坝面临洪灾的风险性也越来越大。“我们正在对溢洪道(排出超过安全限度多余水量的防洪设施)的容量进行重新评估。”Amberg表示。他主要担心的是强降雨过后的木材堆积，这位工程师指出，管护好水库周围的森林、防止树干和树枝落入湖体堵塞溢洪道，这点至关重要。
随着气温升高、永久冻土融化、山坡变得愈发不稳固，这都增加了大坝塌方的危险，因而也会导致毁灭性的异常波，1963年意大利瓦伊昂(Vajont)大坝的山体滑坡就是一个例子。冰川融水带来的沉积物也令大坝运营者忧心忡忡，这些矿物质对输水管道和涡轮机都会产生磨蚀，尤其沉积物的淤积会减少水库水容量。
鉴于水体主要源于降雨，因而沉积物质对韦尔扎斯卡大坝不会造成问题。春天，当翻新工作结束之后，该水库将逐渐蓄满湖水，碧绿水色也会重新跃回人们眼帘，Amberg从上方最后望了一眼脚下的这座大坝，“谁知道什么时候我还会欣赏到如此景观呢？”
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