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7分钟影响几十年 意大利瓦依昂大坝的教训(图)

2020-07-05 10:48 作者:草根水利 桌面版 正體 1
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意大利瓦依昂大坝。
意大利瓦依昂大坝。(图片来源:Adobe Stock)

1943年,意大利为了获得重建所必需的电力供应,也为了满足电力集团对利润的渴望,在SADE(亚德里亚电力协会)的游说下,就在这一年,国会中35位部长中的13位被召集起来举行会议,决定在意大利东北部阿尔卑斯山区修建一座当时世界上最高的大坝——瓦依昂大坝(Vajont Dam)。

瓦依昂大坝位于意大利北部阿尔卑斯山区皮亚韦(Piave)河的左岸支流瓦依昂河上。阿尔卑斯山区良好的森林覆盖和得天独厚的气候条件,使得这里春夏秋三季雨量充沛,山谷中河流淙淙,水利资源十分丰富。瓦依昂山谷独特的地理条件,成为实现建立大型水电站的最佳地点:山谷呈葫芦型,谷口狭窄便于修建大坝;山谷内腹宽阔、深度大,能最大程度地多蓄水。根据规划,瓦依昂大坝的坝身高达230米。

1956年,大坝正式开始施工。瓦依昂大坝的独到之处在于采用了双曲拱结构。双曲拱是意大利人异乎寻常的灵感与想像力在服装设计领域之外的卓越体现,这种坝体在水平和垂直两个方向都呈弧形,前卫大胆的设计使载荷施加在坝拱上,减轻了梁的载荷,不但受力条件更好,可以承载更强的负荷,而且坝身可以造得很薄,节省了工期和用料。

为了改善坝体应力状况,沿坝体周边还设置了一道像铰一样的缝,将坝体与其下的垫座分开,坝体从上到下也设置了4条水平缝,从而大大加强了拱的作用。为保证浇筑质量,所有这些缝都在冬季进行灌浆。地基也作了全面处理,进行了灌浆作业。考虑到两岸岩体内裂隙发育,还采用了预应力锚索进行加固,左岸用125根,右岸用25根,每根长55米。大坝设计师、著名建筑学家塞门萨(Semenza)宣称,瓦依昂大坝可以承受超过设计值11倍的负荷而安然无恙。

50年代末是一个躁动的时期,大跃进的情况正在很多国家发生。那时候正值世界核电开发的黄金时代,核电具有更高、更稳定的发电量,这无疑是比水电更大的诱惑。1957年4月,瓦依昂大坝开工不到一年,罗马的政客们便放了一个大卫星:大坝改成为核电站配套服务的抽水蓄能电站,高度从初始的230米增加到264.6米,这样就使水位上升到722.5米高程,不但在双曲拱坝中首屈一指,而且成为世界第二高的大坝;库容也增加到初始设计的三倍,达1.65亿立方米。

1959年秋天,瓦依昂大坝竣工,1960年2月水库开始试验性蓄水。原本相对稳定的岩层在巨大的水压下开始渗水,水和岩层深处的粘土发生作用,坡体开始变得不稳定。同年10月,当水位到达635米时,左岸地面出现一道长达1800~2000m的裂缝,随后发生了局部崩塌,塌方体积达70万立方米,坝前出现高达10米的涌浪。一个月以后水位上升到652米,崩塌滑坡再次发生,岸坡位移速度达到每天3.5厘米,恐惧万分的水电站工人连夜撤离——至少这回没人敢于无视问题了,蓄水随后停止,水位被降至600米以下,位移随即减少至0.3厘米/天左右。设计部门认为,水位上升引起孔隙水压力上升是造成滑坡发生的关键因素,并认定降低水位上升速度可以阻止滑坡发展。在接下来的2年时间里,这一措施受到了一定成效,但随着蓄水和排水试验的反复进行,岸坡位移也随之时大时小,始终无法彻底消除,库区地震也十分频繁。

上帝已经警告过人类了,1960年的蓄水试验中已经发生过两次崩岸,箭头所指处即为崩岸滑坡点。

1962年底,国家电力公司(ENEL)从SADE手中买下了瓦依昂水库,为尽早通过验收,从1963年初开始,蓄水试验的步子再一次加快。随着库区水位不断地提高,某些控制观察点录得每天超过0.5厘米的移动量,到了9月初,水位提高至715米时,位移速度已增至每天3.5厘米。ENEL企图降低位移速度,开始缓慢降低水位至705米,但从9月28开始瓦依昂地区普降大雨,进一步恶化了岸坡结构,所以位移不但没有降低,反而继续增加,至每天超过20厘米的惊人水平。瓦依昂山谷中发出奇怪的声音,水库里的水也变得浑浊,山脚下的公路在两年的时间里移动了半米多。当地政府发出警告,惶恐不安的村民开始陆续逃离家园,然而这一切已经太晚太晚。

1963年10月9号22点39分。连日大雨今天刚刚停息,这是一个雨后晴朗的夜晚,瓦依昂山谷仿佛睡着了一般,夜幕下的一切都显得那么静谧安宁。就在这一刻,瓦依昂水库南坡一块南北宽超过500米、东西长约2000米、平均厚度约250米的巨大山体忽然发生滑坡,超过2.7亿立方米的土石以100公里的时速呼啸着涌入水库,随即又冲上对面山坡,达到数百米的高度,整个时间不超过45秒。滑坡时发出的巨大轰鸣声几十公里以外都能听见。

此时水库中仅有5000万立方米蓄水,不到设计库容的1/3。所有的水在一瞬间沸腾起来,横向滑落的滑坡体在水库的东、西两个方向上产生了两个高达250米的涌浪:东面的涌浪沿山谷冲向水库上游,将上游10公里以内的沿岸村庄、桥梁悉数摧毁;西面的涌浪高于大坝150米,翻过大坝冲向水库下游,由于坝下游河道太狭窄,越坝洪水难以迅速衰减,致使涌浪前峰到达下游峡谷出口时仍然高达70米。洪水彻底冲毁了下游沿岸的1个市镇和5个村庄。从滑坡开始到灾难发生,整个过程不超过7分钟,共有1900余人在这场灾难中丧命,700余人受伤。

洪水冲袭前后对比,可见力量是多么强大!

唯一在洪水中幸免于难的是瓦依昂大坝本身。坝体设计方案提供者——意大利模型结构试验研究所(ISMES)不愧是世界顶尖的结构力学研究所,事后计算得知,滑坡引起的涌浪对坝体形成的动荷载约为4000万千牛,相当于设计荷载的8倍,在这样巨大的冲击力下,表面具有一定斜度的拱形坝体将巨大的水平冲击力化解成向上的冲击波,减轻了直接冲击坝身的力量。洪水过后,坝前不再是一汪清水,取而代之的是浑浊的泥浆和堆积如山的滑坡体,足足高出坝顶150米。

另外一个在鬼门关前转了一圈的是身处瓦依昂水库北岸山坡的萨索镇(Casso),由于地势较高,滑坡体冲到小镇脚下仅几十米的地方停了下来,全镇数千人因此逃过一劫。大难不死的萨索人事后足足举行了一个月的弥撒,并在每年的10月9日举行纪念活动,感谢万能的上帝对小镇的庇护,这一习俗沿袭至今。

灾难发生后,意大利政府在对灾民进行紧急救援的同时,还不得不面临瓦依昂水库的善后处理问题。由于坝前滑坡体对大坝产生的压力很大,灾后的首要大事就是抽空水库中残留的蓄水,并紧急开凿另外的穿山水道,将奔流而来的上游来水引开,绕过瓦依昂水坝流入皮亚韦河。善后工程进行了一年多方告结束。至于对灾民的安置、赔偿,灾区重建等工作,则一直持续到上世纪八十年代。

然而灾难已经彻底改变了许多人的生活,滑坡体掩埋了瓦依昂山谷几乎所有良田,一些冲毁的村庄被完全废弃,生活再也回不到过去;灾难在人们心中造成的阴影也许还要持续很多年,也许永远都挥之不去。

从技术角度说,瓦依昂大坝的设计是成功的,建筑质量是过硬的,经受住了8倍于设计值的冲击而安然无恙;然而我们不能只从技术角度孤立地研究坝体结构本身,还要着重研究水利设施对人类生产生活的影响,看水利设施能否与人和自然和谐相处。瓦依昂水坝从建成到毁灭,没有发出一度电,却造成了上下游惨重的人员伤亡和财产损失;在滑坡发生后很长一个时期内,瓦依昂山谷失去了昔日的秀美,到处是裸露的岩石土丘。



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