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世界坝工发展

法国在富兰河建当时最高的重力坝,高60米,是第一个用新法设计的。同时还提出拱坝理论,但直到20世纪才完成了拱坝设计的薄壳理论,1922年才第一次实用。土坝的合理设计还要晚些,20世纪20年代随着土力学的发展才完善了理论基础。由于水电的大发展和人类对于生存空间的迫切需要,坝工急遽发展。

建坝工程较大,往往可以代表当时水工技术的成就。古代大坝最早出现在埃及。大约公元前2900年,埃及第一王朝时,在尼罗河上曾建科希什坝,是重力石坝,最高处约15米,坝顶长450米。后来古埃及还建过几个较大的坝,在叙利亚境内一个填石坝,高6米,长2000米,建于公元前14世纪末,沿用到现在。美索不达米亚,在亚述时代曾于首都尼尼微附近建圬工坝向该城供水,其中最重要的一座长240米,高3米以上,大约在公元前700年左右建成。公元前在今伊拉克和伊朗境内都建有引水灌溉重力坝等。波斯直到公元7世纪,建坝不少,3世纪时利用罗马工程师在卡伦河上建的坝桥合体长550米。古文化向西传播,阿拉伯西部,公元前750年左右,已有高10米,长580米的土坝,引水灌溉。更西在约旦河两岸,于公元前后两世纪内曾建有一些坝,其中两个水库到现在还很好。地中海沿岸,希腊、罗马本土坝工不多。罗马人在公元100年前后,在所属边远省分建有不少坝,最高的是西班牙的科纳博土坝,最高处24米,顶长200米。还有不少类似的土坝,多为灌溉引水网中的建筑物。梅里达(Mérida)城附近曾出现过早期的支墩坝。罗马人在北非也建过一些坝;在东面的今土耳其境内也有。他们的坝多半是厚三五米的直立墙。6世纪时东罗马人在今土耳其、叙利亚边境建过一个拱坝,是见于记载的第一个。

中世纪时,西方没有多少坝工。东方日本的古坝,最早的是162年左右修建的一个高17米、长260米的土坝,位于奈良附近。到16世纪末已有30座高于15米的土坝,都是灌溉引水坝;到19世纪中期已有500多座,保存到现在。斯里兰卡自公元前5世纪至13世纪在山区建有不少水库,坝一般很长,有的长几十公里。中世纪印度的灌溉引水坝,有几万座。巴基斯坦的坝更古老,还保有阿利安人入侵以前的古坝。入侵以后,巴、印两国境内在公元前1500年左右又建坝灌溉。到11世纪坝工达到高峰,曾建有顶长92米,高27米的大坝,修成650平方公里的大水库。还有一些宽二三十米、边坡很陡的土石坝保存到现在,有一个长达16公里。最高的达33米,是15世纪建成的。中世纪末期波斯人又建了不少坝,其中有现存的最古拱坝,建于14世纪,高26米,长55米,宽不到5米,没有边坡。17世纪时波斯建坝是又一高峰。

近代西欧成为坝工中心。15世纪,意大利、奥地利都有兴建。西班牙自罗马时期至阿拉伯人统治时期,不断建灌溉引水坝,11世纪时曾建有高29米,长200米的重力坝。13世纪曾建有一二十米高的拱坝。近代,在16世纪后期曾修建曲线形重力坝,向上游突出,高至46米,是高度的新纪录,保持了将近300年,顶宽20米,这种畸形的宽坝还有不少。纯经验的设计也会带来严重失败。西班牙洛尔卡附近的52米高、282米长的重力坝在十八九世纪曾两次冲毁,近千人死亡,最后在1884年重建。西班牙人还把筑坝技术带到美洲。美洲在墨西哥和秘鲁等地还有哥伦布进入以前的古坝遗迹。西班牙人在墨西哥建坝较多。

工业革命直接推动坝工的前进,如德国十七八世纪曾为了开矿建有60几个水库,运转水轮,用以代替畜力卷扬机和绞盘。其余如英国和法国建库是为了向运河供水,以便大量运输,铁路出现以后才减少了。英国还有不少坝是为了城市新兴工业的供水。十七八世纪的坝工,法国居领先地位。法国多用圬工坝,英国多用土坝。19世纪中期以后,对重力坝采用现代的合理设计。1861~1866年法国在富兰河建当时最高的重力坝,高60米,是第一个用新法设计的。同时还提出拱坝理论,但直到20世纪才完成了拱坝设计的薄壳理论,1922年才第一次实用。土坝的合理设计还要晚些,20世纪20年代随着土力学的发展才完善了理论基础。

由于水电的大发展和人类对于生存空间的迫切需要,坝工急遽发展。以西欧及美国为例:20世纪初高于15米的坝不过190座,到20年代末已发展到930座,到50年代末已有2850座。其中填充坝多在美国。同时坝的高度也逐渐增长,如1939年只有11座超过100米,西欧5座,美国6座。1959年末全世界就有88座,到1964年又增加了65座,1967年还有80座在修建。这和科技的进步,施工的大规模机械化,和混凝土等新材料的引用是密切相关的。

坝的数量和大小迅速增长,质量也相应进步。以西欧和美国1900年以后,15米以上的坝,失事统计为例:20世纪初的190座坝中垮掉9个,占4.7%。20年代430座坝中垮掉8个占1.9%。50年代910座坝中垮坝4个占0.4%。当然还有许多问题需要研究解决。

中国坝工的发展见