美国大坝实情

2010-09-12 13:51美国土木工程师协会

中国三峡 2010年7期

关键词：保护局大坝数量

文/美国土木工程师协会

译/李文伟

美国大坝实情

文/美国土木工程师协会

译/李文伟

《国家大坝清单》显示，美国有85,000多座大坝，平均使用年限仅51年。随着大坝老化和下游开发的增加，有缺陷的大坝数量已超过4,000座，其中包括1,819座潜在的高危大坝。2009年大坝等级为D。

2005年卡特里娜飓风造成庞恰特雷恩湖堤坝被冲垮，奥基抽毕湖的堤坝安全成为人们关注的焦点。摄影/JoeRaedle/GettyNorthAmerica/CFP

大坝提供的主要效益包括饮用水、发电、防洪、灌溉和娱乐。这些大坝或由联邦机构、州、市政府公共拥有和运行，或由商业和企业私人拥有和运行。作为典型的土堤或混凝土建筑物，大坝可高达770英尺（约234.7米），储蓄数十亿加仑（约454.5多万立方米）的水。大坝的“潜在危险”是根据失事后的预期结果，而不是根据大坝状况来分类的，类别包括“潜在高危险”（万一失事后预期的生命损失），“潜在重大危险”（对建筑物和重要基础设施的预期损害），“潜在低危险”（大坝预期损失或洪涝区预期损害，但没有预期生命损失）。

由美国陆军工程师兵团所做的《国家大坝清单》显示，美国大坝数量已上升到85,000座之多，但其中只有11%是由联邦政府拥有或控制。确保国家其余大坝安全的责任，就落到了州大坝安全规划上。

许多州大坝安全规划并没有充足的物力、资金或人员用于大坝安全检查、采取适当的强制行动或通过审查设计规划、进行建设施工检查，以确保建筑物的质量和安全。例如，得克萨斯州只有7名工程师和43.5万美元的年度预算来管控7,400多座大坝。这就意味着每个巡视检查员要负责1,050多座大坝。

更严峻的是，尽管阿拉巴马州有2,000多座大坝，但该州并没有大坝安全规划。在某些州，许多大坝依据本州法律而获得特殊的检查豁免。例如，在密苏里州有740座潜在高危大坝由于坝高不到35英尺（约10.7米）而被免于检查。大坝的检查工作对这些州而言，是一个巨大的挑战。

美国需修补的有缺陷的大坝数量

美国马萨诸塞州劳伦斯城，洪水过后大坝附近的建筑逃过劫难。摄影/DarrenMcCollester/GettyNorthAmerica/CFP

在大坝总数上升的同时，潜在高危大坝的数量也在以惊人的速度增长，现在总数达15,237座。这意味着自2007年以来，新增了3,300多座潜在高危大坝。这些增长是大坝下游新开发的结果。下游的发展极大加剧了溃坝的后果，并导致对大坝重新分级。考虑到更为严重的溃坝后果，该分级的变更对安全标准提出了更为严苛的要求。

被确定为不安全或有缺陷的大坝数量已由2005年的3,271座，上升到2007年的4,095座。在这些大坝中，潜在高危大坝亦属有缺陷的大坝，其数量由2005年的1,367座，增加到2007年的1,826座。表“美国需修补的有缺陷的大坝数量”最能表征国家大坝状况，该表显示，需要修补的高危大坝数量在增长，而已修补的大坝数量各年度间持平，未见增长。修补大坝的速度未能跟上亟待修复的高危大坝的增长速度。需要修补的和实际已修补的大坝数量之间，缺口正显著增大。

许多大坝由于老化、劣化和缺乏维护，而被确定为是有缺陷的。大洪水和地震是能造成巨大安全风险的极端事件，人们对此类极端事件的科学与工程知识逐渐增长，预测大坝结构对此类事件响应方式的能力逐渐增强。在这种情况下，更多大坝经常地被认定为不安全或存在缺陷。许多大坝是30或40年以前采用当时最好的科学和工程技术修建的。但是，因为已历经了40年时间，并且人们对威胁大坝安全的极端事件以及事件的后果的预测能力大大增强，越来越多的大坝被认定为不安全或存在缺陷。

依据1996年水资源开发法案，《国家大坝安全规划》得以创立，该规划由联邦紧急事件管理机构管理，旨在向各州提供激励性拨款和促进科研的培训。在《国家大坝安全规划》和更强的州安全规划作用下，国家大坝的安全状况已取得一些成功和改进，但总的来说并没有得到改善，成功的方面包括一些州的安全规划在人员、预算、大坝安全检查等方面有适度增加。用于识别和通告在溃坝事件中居住在大坝下游的居民，并协调灾民疏散的“紧急行动计划”的数量也在增长。然而，全国范围内被紧急行动计划覆盖的潜在高危大坝数量仍然停留在黯淡的50%。更糟糕的是，许多潜在的高危大坝是未被监管和未经检查的，大约30%的潜在高危大坝在最近五年里没有被检查过。

美国高危大坝数量

对于全美85,000座大坝，联邦机构仅拥有或管控其中很小的比例，但他们在监督方面面临着巨大挑战。随着国家大坝老化和下游开发的增加，以及更好的工程方法不断发展完善，大坝需要更为有效的修复。

几个案例包括：美国陆军工程师兵团所属的狼溪坝（WolfCreekDam）修复费用达3.17亿美元，由美国陆军工程师兵团与美国垦务局共同承担的福索姆坝（Folsom）重大修缮耗资约15亿美元，将持续至2019年。

据州大坝安全官方协会估算，2009年修缮全国大坝的总费用共需500亿美元，维修潜在高危大坝所需投资额总计160亿美元。这些估算与州大坝安全官方协会2003年度报告相比有显著增加，当时全部大坝所需的投资为360亿美元，潜在高危大坝所需投资为101亿美元。

2009年的这份报告指出，未来十年里还需要追加120亿美元的投资，以消除现在积压未处理的4,095座有缺陷的大坝。这意味着在上述正在修补的大坝中，需修补的潜在高危大坝数量以每年270座的速度在增加，每年额外费用达8.5亿美元。为了解决额外增加的2,276座有缺陷、但不是高危的大坝，每年需要额外投入3.35亿美元，未来十年共需投入近34亿美元。

自执行《国家大坝清单》以来，在识别国家大坝状况方面取得了很大的进展，但2008年在田纳西州发生的一起热电厂灰坝失事事件反映出一个致命的漏洞，主要表现在联邦以及各州对于与电力和矿业有关大坝的管理上。许多州并没有权力管理采矿坝，其他一些州仅在采矿作业停止之后才管理采矿坝，还有一些州不是通过执行大坝安全规划的机构而是通过部门来管理采矿坝。在联邦一级,煤矿行业和金属/非金属行业在监管标准上就有很大差别——涉及的标准包括设计、检查，以及对高危大坝提供紧急行动计划的需求等方面。

2006年5月，美国东北部地区普降大雨，一些地区的大坝有崩溃危险，道路也被冲毁，数百人被迫撤离。摄影/DarrenMcCollester/GettyNorthAmerica/CFP

恢复能力

由于大坝很少有静不定结构，通常难以恢复原状。受区域影响，只有50%的高危大坝具有紧急行动计划。

美国国土安全部通过基础设施保护办公室与大坝安全委员会、联邦和州机构，以及所有的业主和经营者联合，已开始讨论这一重要问题。鉴于大坝数量巨大且恢复能力水平范围宽广，他们正在努力制定一个合理的优先方式，以协调保护项目和增强恢复能力。当大坝的功能（饮水、发电、防洪、内陆航运）丧失时，大坝重要的实体和功能特点——诸如失事后果和关键利益丧失等，被认为是识别哪座大坝具有最严重和长久性影响的基础。在风险评估过程中，通过考虑对公共安全、地方贸易、服务提供者等所有部门的影响，那些以提高恢复能力和安全性为目标的战略能够得到有效的确认。

提升等级个案

美国自然资源保护局流域修复规划自1948年起，美国农业部自然资源保护局已向当地流域管理方提供了技术和资金援助，以修建11,000座大坝（主要目的是防洪、供水和水土保持），其中多数大坝已依据《流域保护和防洪法案》建成。虽然这些流域的大坝工程每年带来了巨大的效益，但成千上万的大坝需要修复：其中1,065座流域大坝已经超过其设计使用寿命；到2015年，将另有4,300座大坝超过其设计使用寿命；由于下游的发展，大大增加了大坝失事的后果，使得大坝安全标准更严格，因此有1,000座大坝需要修复。

从卫星上看地球：美国犹他州格伦峡谷大坝。摄影/DigitalGlobe/GettyImages/CFP

自然资源保护局实施了一项非常成功的项目，向启动维修全美范围内流域大坝的巨大工作提供评估、规划、设计和建设资金。项目的成功是自然资源保护局、当地管理方、州大坝安全官员等各级领导通力合作和国会提供资金支持的结果。设计和建设资金采用共同分担的形式，自然资源保护局提供65%，通过地方参股提供35%。迄今为止，已修复大坝77座，核准修建55座，另有31座正在规划中。

国会继续扮演领导角色——依据2008年《农田法案》提供1亿美元（强制资金），并对2008至2012财政年度核准拨款8,500万美元（自主资金）支持流域修复规划。未来4年中（2009～2012财政年度），自然资源保护局预期进行400座大坝评估，处理250件当地管理方的援助请求，开展200项大坝维修计划，完成l70座大坝设计，并修复l20座流域大坝。

德克萨斯州勃克萨（Bexar）县，5号马丁内斯溪大坝（Martinez Creek Dam）马丁内斯溪大坝修建于1964年，其目的是保护农业用地。从此以后，该地区逐渐发展起来，大坝形成的湖成为来弗欧克（LiveOak）市公园系统中不可分割的一部分。当大坝危险程度由低变高时，县级政府将修复大坝的补助金应用于自然资源保护局小流域修复计划中。当大坝和溢洪道提高等级后，工程师预计大坝还能继续使用100年。

新泽西州NJ，Ringwood，天际湖大坝（Skyline Lake Dam）在几场灾难性的洪水事件导致了35座大坝失事后，新泽西州为大坝修复制定了资金投入计划。两个州债券法案给新泽西州环保部大坝安全及防洪局提供了1.1亿美元资金，为大坝修复工程实施低利息贷款。迄今为止，24座大坝（含19座高危大坝）已经完成修复；29座大坝（含10座高危大坝）正在施工中；45座大坝（含11个高危大坝）正处于规划和设计的某些阶段。天际湖大坝的业主应用此计划获得用于改建溢洪道和加固土堤的90万美元，用于允许暴雨时漫顶。总的来说，至今已从计划中支付了约3280万美元。

桑多瓦尔（Sandoval）县，新墨西哥州自然资源保护局修复的大坝就在新墨西哥州阿尔伯克基（Albuquereque）城外，PiedraLiza大坝现今保护的人数是20世纪50年代早期修建时的7倍。21世纪初的分析显示，由于大坝内部缺陷和其导致的失事，区域内1,700名居民和在25号州际公路上43,000名通勤人员会受到不利的影响。桑多瓦尔县于2005年应用自然资源保护局小流域修复计划获得援助，到2007年维修工作得以完成。

结语

尽管获得了一些成功，但近几年来国家大坝的总体状况并没有得到改善。这可由需要修补的大坝，特别是高危大坝数量的增多，以及每年实际修补的大坝有限的数量得到证实。为使国家大坝——事关公众健康、安全和福利得到显著的改善，国会、行政机关、州大坝安全规划，以及大坝业主将不得不建立一个有效的检查、执行和资金投入战略，以扭转大坝基础设施日益恶化的趋势。