年久大壩為數百萬人生活埋下安全隱憂
全球數千座大型水壩建於半個多世紀前，已經超過了理論壽命期。服役時間過長會導致大壩安全性能降低嗎？瑞士韋爾扎斯卡大壩的除險改造工程詮釋瞭如何應對水庫老齡化與氣候變化造成的後果。
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土木工程師Francesco Amberg掩飾不住自己的興奮，在職業生涯中，他曾經造訪過瑞士和世界各地的幾十個人工盆地，但卻很少看到類似的景象。
Amberg站在位於提挈諾州洛迦諾市(Locarno)幾公里外的韋爾扎斯卡大壩上方，欣賞著腳下的水庫，這家水力發電站中的水體幾乎已經被完全抽空，碧綠的湖水被灰色和荒蕪所取代，幾乎如月球景觀一般。 Amberg說，“看到空曠的水庫給人一種不一樣的感覺。”
韋爾扎斯卡大壩壩高220米，是歐洲壩身最高的大壩之一。 1995年，在電影《黃金眼》(Goldeneye)中，詹姆斯·邦德使其舉世聞名。在這個陽光明媚的二月天，我和Amberg站在大壩之巔，冥想著皮爾斯·布魯斯南飾演的英國特工繫著橡膠繩在此縱身跳下的那一幕。
韋爾扎斯卡大壩於1965年落成，經過半個多世紀的運營，翻新改造工程勢在必行。雖然大壩老化可能影響到設施功能或造成安全隱憂，但國際社會仍未予以應有重視，全球數千座大型水壩都已出現了磨蝕跡象。
>> 請觀看韋爾扎斯卡大壩的空曠景觀(意大利語字幕)：
混凝土膨脹
參與除險項目的工程師Amberg解釋說，韋爾扎斯卡大壩的改造將水庫湖水引到下游山谷的所有設施都包括在內，具體來說，兩個蝶閥(用於截斷流向渦輪機的水流)將被更換；管道內部的防腐保護層會重建；擴建室的工作也在計劃之中，這是從岩石中鑿出的一處空間，用於調節大壩釋放的水流流量。
然而，拱形牆無需進行特別改動。與其他同類水庫不同的是，該大壩沒有呈現混凝土化學降解的跡象。隨著時間的推移，可能出現的主要現像是所謂的“鹼集料反應”，即水與混凝土中含有的某些活性礦物質(比如說二氧化矽)發生化學反應，導致混凝土發生膨脹和大壩體積增大，從而造成岩基開裂。
大壩性能逐年退化的過程自上世紀40年代就已眾所周知，承重牆和橫撐等其他主體工事也在不斷磨損老化。 “由於壩體的穩固性沒有受到影響，我不會先驗性地將其稱為問題，但該現象確實需要進行監測。”這位工程師肯定地表示。如果混凝土過度膨脹，工程師們就會用鑽石切割線做一個垂直切面，從而減少大壩內部的負荷。
抗強震能力
然而，年代久遠並不意味著更具危險性，情況往往恰恰相反，Amberg證實，如今的韋爾扎斯卡大壩比開始運營時更為安全。 “最關鍵的時刻是在建成之初，首次蓄水，首次遭受地震衝擊波。”國際研究證實，許多事故都發生在大壩運營後頭五年。
在瑞士，混凝土壩在設計上也考慮到瞭如何抵禦每萬年一次的強震。當涉及到安全問題時，法律特別嚴厲，Amberg指出，例如，所有大壩都必須具有快速排水功能，以確保水電站停止運行。
瑞士大壩的平均年齡為69歲
經國際大壩委員會(ICOLD)調查，全球約有58’700座大型水壩，這些水壩壩高超過15米，蓄水量均達到300萬立方米以上。中國的大壩數量為全世界之最，近24’000座。
瑞士是水壩密度最高的國家之一，共有188座大型水壩，水力發電佔瑞士總發電量的58%。
據國際大壩委員會提供的數據，全球約有19’000座大型水壩超過了50年的預期服役期下限，其比例佔全球大壩總量的三分之一。從理論上講，它們需要進行修復改造。世界上大多數大壩都建於世紀60-70年代之間，而後，新建水庫數目逐漸遞減，這種情況一直持續到今天，其主要原因是人們越來越關注水壩對環境的影響。
大壩的壽命取決於各種因素，包括大壩類型(混凝土壩、土石壩等)與建築材料的質量。 “因為受到碳化腐蝕過程影響，混凝土壩的損耗程度最大。”土木工程師、瑞士大壩委員會(swissdams)聯絡部負責人Jean-Claude Kolly向瑞士資訊swissinfo.ch介紹說。
日本和英國的大壩年代最為久遠，平均年齡分別為111歲和106歲。瑞士大壩的平均年齡為69歲，“這是一個相對較長的年限，但是在沒有鹼-聚合反應或碳化的情況下，大壩的服役期可以增加一倍並且不會造成任何問題。”Kolly表示。
弗里堡州的蒙特薩爾文大壩就是一個有力的例證。該大壩於1872年揭幕，是歐洲最古老的混凝土壩。 2005年進行重新翻修後，如今運營正常。 ”Kolly指出。
老化帶來的隱憂
然而，並非世界上所有大壩都能保持與蒙特薩爾文大壩一樣良好的狀態，聯合國大學(UNU)的研究者們警告說，大型水壩的老化代表著一種新出現的風險，而這種風險尚未引起足夠重視。
一座精心設計、建造與維護的大壩可以輕而易舉地正常運營一個世紀。然而，全球許多大壩並未達到這些標準。聯合國大學2021年發布的一份報告顯示，在過去20年間，美國、印度、巴西、阿富汗以及其他國家有數十家水力電站遭受嚴重破壞或坍塌，事故的數量可能還會增加。
大壩老化不僅影響水力發電站的效率與正常運行，也為數以億計的人民的生活帶來了潛在威脅。報告指出，到2050年，全球半數以上的人口將生活在20世紀建造的大型水壩的下游。
因此，各國必須齊心合力，強化對水壩的安全性能維護，以應對這一新出現的風險。除了大壩的自然磨損之外，還有考慮到全球變暖帶來的後果，聯合國大學研究的主要作者指出，洪峰和降雨模式的改變可能將這些大壩推向極限，增加其倒塌的可能性。
冰川和永久凍土消融
瑞士大壩面臨洪災的風險性也越來越大。 “我們正在對溢洪道(排出超過安全限度多餘水量的防洪設施)的容量進行重新評估。”Amberg表示。他主要擔心的是強降雨過後的木材堆積，這位工程師指出，管護好水庫周圍的森林、防止樹乾和樹枝落入湖體堵塞溢洪道，這點至關重要。
隨著氣溫升高、永久凍土融化、山坡變得愈發不穩固，這都增加了大壩塌方的危險，因而也會導致毀滅性的異常波，1963年意大利瓦伊昂(Vajont)大壩的土石流就是一個例子。冰川融水帶來的沉積物也令大壩運營者憂心忡忡，這些礦物質對輸水管道和渦輪機都會產生磨蝕，尤其沉積物的淤積會減少水庫水容量。
鑑於水體主要源於降雨，因而沉積物質對韋爾扎斯卡大壩不會造成問題。春天，當翻新工作結束之後，該水庫將逐漸蓄滿湖水，碧綠水色也會重新躍回人們眼簾，Amberg從上方最後望了一眼腳下的這座大壩，“誰知道什麼時候我還會欣賞到如此景觀呢？”
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