我國(guó)約45%的陸地面積和約95%的人口位于東部季風(fēng)區(qū)，該地區(qū)降水的季節(jié)變化較大，容易造成洪水等自然災(zāi)害

圈紅的即為東亞季風(fēng)區(qū)的位置，中國(guó)東部包含在內(nèi)

水庫(kù)大壩的重要作用就是防范洪水的發(fā)生，其儲(chǔ)水功能還可以在更好的配置水資源的同時(shí)，兼具有灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、供水等綜合效益

混凝土壩的基本形狀有四種，混凝土重力壩以重量為強(qiáng)度，這種壩的橫截面看起來(lái)像一個(gè)三角形，寬大的基座約為壩高的四分之三，大壩上游水庫(kù)中的水水平推壓大壩，重力壩的重量向下推以抵消水壓

混凝土支墩壩也是利用自身重量來(lái)抵抗水壓，但是，它更窄，在下游側(cè)的壩基或壩趾處有支墩，這些支墩可能是從大壩表面延伸出來(lái)的窄墻，很像支撐大教堂墻壁的“飛扶壁”（ "flying buttresses" ），也可能是沿著壩趾的寬度建造的類似于短壩的單一支墩

拱壩是最優(yōu)雅的土木工程結(jié)構(gòu)之一，在橫截面上，大壩的寬度很窄，但是，從上面看，它是彎曲的，因此拱門面向水，曲線的碗狀物朝下游，這種設(shè)計(jì)主要依靠壩體自重來(lái)維持穩(wěn)定

拱壩

拱壩結(jié)構(gòu)

重力壩在水壓力及其他荷載作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來(lái)滿足穩(wěn)定要求；同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓力來(lái)抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度要求

混凝土壩比填土壩更常用于生產(chǎn)水力發(fā)電，因?yàn)殚l門（也稱為水閘）或其他類型的出水口結(jié)構(gòu)可嵌入混凝土中，以允許水以受控方式從水庫(kù)中釋放出來(lái)，當(dāng)下游需要電力、飲用水或灌溉用水時(shí)，可以打開閘門，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)釋放所需的水量，這樣河水可以在下游繼續(xù)流動(dòng)，魚類和其他野生動(dòng)物就可以生存

混凝土壩和填土壩都必須有緊急溢洪道，以便在洪水流過(guò)壩頂并有可能侵蝕壩體之前，將洪水安全地釋放到下游，溢洪道將水引向下游，并使其低于壩基或壩趾，從而使大壩及其基礎(chǔ)不受侵蝕

大壩左邊的緊急溢洪道

20世紀(jì)建造的大多數(shù)水壩和今天設(shè)計(jì)的水壩都有幾個(gè)用途，而一般超過(guò)15米的大壩則會(huì)被歸類為大型水壩，其中超過(guò)一半的大壩是從1960年開始修建的，其中16%在美國(guó)，52%在中國(guó)；83%是主要用于蓄水的填土壩，其余17%是具有多種用途的混凝土或磚石壩，此外水力發(fā)電的水壩產(chǎn)生了世界上20%的電力

三峽大壩

工業(yè)革命與水壩建設(shè)

堆石壩可能是一種比混凝土或砌石壩更古老的施工技術(shù)，現(xiàn)存最古老的大壩是埃及開羅以南32公里的薩德埃爾·卡法拉(Sadd El Kafara)，這座大壩實(shí)際上是一個(gè)由兩個(gè)磚墻組成的組合體，其間用礫石填充，它建于公元前2950年至2750年之間

最古老的重力壩

古羅馬人開發(fā)了高超的磚石建筑技術(shù)，但奇怪的是，他們并不經(jīng)常將他們的磚石技術(shù)用于水壩建設(shè)，但西班牙梅里達(dá)的普羅塞皮納大壩（Proserpina Dam）是個(gè)例外，它至今仍屹立不倒

普羅塞皮納大壩

羅馬人的發(fā)展并沒(méi)有被其他人所忽視，公元550年左右，羅馬帝國(guó)東部邊緣的拜占庭人利用羅馬磚石拱門的形狀，建造了歷史上認(rèn)為是世界上第一座拱形重力壩

同時(shí)，水壩建設(shè)也隨著征服者來(lái)到美洲的，在墨西哥，他們看到干涸的土地需要灌溉，于是模仿羅馬人、穆斯林和西班牙基督徒在家鄉(xiāng)修建的水壩，天主教會(huì)出資修建，許多傳教士都是熟練的工程師

在工業(yè)革命之前，歐洲很少修建水壩，且北方氣候產(chǎn)生的降雨量較多，供水充足，但在18世紀(jì)，工業(yè)的興起就需要以更大的力量提供持續(xù)、可靠的水力供應(yīng)，磚石和混凝土水壩的建造在歐洲開始流行也就理所當(dāng)然了

工業(yè)革命也推動(dòng)了科學(xué)和工程的發(fā)展，土木工程專業(yè)在19世紀(jì)50年代出現(xiàn)，其中包括設(shè)計(jì)和建造結(jié)構(gòu)以提高生活質(zhì)量，早期的土木工程師多研究艾薩克·牛頓的物理學(xué)和其他科學(xué)理論，并將其應(yīng)用到包括大壩在內(nèi)的實(shí)際結(jié)構(gòu)中

關(guān)于大壩的設(shè)計(jì)

混凝土壩的設(shè)計(jì)取決于大壩的用途和建造大壩的場(chǎng)地配置，水壩一般有兩種類型，溢流壩阻斷水流，利用水來(lái)發(fā)電或改善航運(yùn)和提供灌溉用水，溢流壩的組成部分被設(shè)計(jì)成可以通過(guò)一系列閘門、溢洪道或出水口隧道來(lái)釋放水和調(diào)節(jié)水庫(kù)中的水位

非溢流壩儲(chǔ)存的水用于飲用水供應(yīng)、灌溉或電力；它們也有溢流口，但僅限于在緊急情況下使用，以便在洪水期間迅速降低水位

左邊為溢流壩，右邊為非溢流壩

與溢流壩相比，釋放蓄水的方法要有限得多，而且大壩本身可能不包含任何出水口結(jié)構(gòu)，取而代之的是，例如，可以從水庫(kù)的一部分抽出水進(jìn)行灌溉

而有些地方則適合建造特定類型的水壩，拱壩最適合建造在高而窄的峽谷中，因?yàn)楣靶蔚慕Y(jié)構(gòu)形狀可以提供強(qiáng)度，但拱壩也可以建在較寬的峽谷中，壩基上的摩擦力等其他作用增加了強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)阻力

同樣，對(duì)于淺而寬的峽谷，重力壩是典型的選擇，但如果建造時(shí)有一定的彎曲度，在較窄較高的峽谷中，拱形作用也會(huì)加強(qiáng)重力壩的強(qiáng)度

重力壩，圖源：wiki

在河床特別寬闊的地方，大壩可以設(shè)計(jì)成幾跨，每跨的工程性能根據(jù)地基材料的變化而不同，分離的跨度通常在下游(空)側(cè)由托梁或多拱的延伸曲線支撐，有時(shí)，多跨大壩的跨度是由混凝土板或鋼板支撐在橋墩上

與堆石壩一樣，混凝土壩也要經(jīng)過(guò)大量的初步設(shè)計(jì)和可行性研究，以選擇和勘探壩址，評(píng)估水的保留量及其價(jià)值（作為動(dòng)力源或供應(yīng)源）與項(xiàng)目在預(yù)期運(yùn)行年限內(nèi)的成本，考慮廣泛的其他影響，如環(huán)境的變化，并選擇最佳的壩體大小和配置

與填土壩的設(shè)計(jì)相比，混凝土壩的設(shè)計(jì)過(guò)程通常涉及到更多學(xué)科的專業(yè)人員

在混凝土大壩設(shè)計(jì)過(guò)程中，專業(yè)技術(shù)人員可能包括地質(zhì)學(xué)家、地震學(xué)家、環(huán)境科學(xué)家、巖土工程師、土木工程師、結(jié)構(gòu)工程師、計(jì)算機(jī)分析員（檢查大壩強(qiáng)度和安全性的軟件應(yīng)用專家）、水文學(xué)家和水力工程師、機(jī)械工程師，如果大壩用于發(fā)電，還包括電氣工程師，還有更多的專家可能會(huì)研究混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕等方面

大壩如何拔地而起

在任何大壩開始施工之前，河床中的水必須被分流或阻止其流經(jīng)工地，與堆石壩一樣，必須修建圍堰（用于蓄水的臨時(shí)結(jié)構(gòu)）或?qū)⑺畯膲沃芬料掠蔚牧硪粋€(gè)河道或區(qū)域，對(duì)于大型工程來(lái)說(shuō)，這種建設(shè)可能會(huì)在大壩開始建設(shè)之前完成

修建圍堰

在一些地方，可能需要進(jìn)行大量的工作，如果由于大壩及其水庫(kù)的荷載、地震活動(dòng)或巖石的特性，基礎(chǔ)或橋墩中的巖石容易發(fā)生斷裂，那么可能需要安裝大量的巖石螺栓或錨栓系統(tǒng)，通過(guò)潛在的斷裂區(qū)灌入巖石中

安裝巖石螺栓

在大壩上方的橋墩上，可能需要安裝巖石螺栓和網(wǎng)狀系統(tǒng)，以防止大塊巖石碎片掉落到大壩上，而從地基準(zhǔn)備的早期階段開始，到大壩完工，都要安裝監(jiān)測(cè)地下水位、變形縫、潛在滲漏、斜坡移動(dòng)和地震活動(dòng)的儀器

施工現(xiàn)場(chǎng)

可以在巖石深處挖掘防滲墻，或者在基礎(chǔ)上鉆洞，用于安裝鋼筋，這種鋼筋向上延伸到大壩內(nèi)，并將與大壩第一次升降機(jī)內(nèi)的鋼筋捆綁在一起

沿著大壩的每個(gè)部分的邊緣建造木制或鋼制模板，鋼筋放置在模板內(nèi)，并與先前安裝的相鄰鋼筋相連接，然后澆注或泵入混凝土，每層混凝土的高度通常只有1.5-3米，每個(gè)壩段作為一個(gè)整體澆筑的長(zhǎng)度和寬度只有大約15米，這樣隨著大壩逐段、逐次提升，施工也在繼續(xù)

大壩逐段、逐次提升

除了大壩的內(nèi)部空間小得多之外，這個(gè)過(guò)程很像建造一座建筑，大型混凝土大壩在各個(gè)層面都有觀察廊道，因此可以觀察大壩內(nèi)部的滲流和運(yùn)動(dòng)情況

一旦大壩的重要部分建成，水庫(kù)的蓄水過(guò)程就可以開始了，這是以一種高度受控的方式進(jìn)行的，以評(píng)估大壩上的應(yīng)力并觀察其早期性能

如果筑壩需要一個(gè)以上的施工季節(jié)，則需要建造一個(gè)臨時(shí)緊急溢洪道，漫長(zhǎng)的建設(shè)通常分階段進(jìn)行，但每個(gè)階段本身都是完全完成的，是一個(gè)可運(yùn)行的大壩

溢洪道的施工

上游的圍堰可以作為臨時(shí)預(yù)防措施留用，但它的設(shè)計(jì)通常不超過(guò)最小的河道流量和降雨量，并將盡快拆除，根據(jù)設(shè)計(jì)，一些大壩在施工基本完成之前是不會(huì)填滿的

隨著大壩的上升，一旦達(dá)到其位置的標(biāo)高，其他使大壩投入使用的結(jié)構(gòu)就會(huì)被添加，最后的組成部分是大壩上游（水）側(cè)的水土流失防護(hù)設(shè)施（有時(shí)在下游的出水口結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上），沿壩頂（頂部）的儀器，以及道路、人行道、路燈和擋土墻

大壩施工

除了大壩本身，發(fā)電站、儀器樓，甚至大壩操作人員的住宅也已經(jīng)完工，此時(shí)，大壩的所有設(shè)施都進(jìn)行了初步測(cè)試，隨著大壩的投入使用，最后的施工細(xì)節(jié)也被收尾，至此，建設(shè)完成

最后

關(guān)于水壩，支持者認(rèn)為筑壩可以提高改善河流的航行、防洪、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)居民用水和水力發(fā)電能力，但反對(duì)者同樣有自己的理由，攔截大大小小的河流，造成了許多意想不到的問(wèn)題：除了改變了自然景觀之外，還可能誘發(fā)地震，淤積泥沙，改變水質(zhì)，阻塞魚道，影響生態(tài)等

凡事皆有利弊，因噎廢食顯然不恰當(dāng)