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2017-07-21 瓦依昂大壩的悲傷

1943年,意大利剛剛結束墨索里尼的獨裁統治,從第二次世界大戰的硝煙中擺脫出來。為了獲得重建所必需的電力供應,也為了滿足電力集團對利潤的渴望,在SADE(亞德里亞電力協會)的游說下,就在這一年,國會中35位部長中的13位被召集起來舉行會議,決定在意大利東北部阿爾卑斯山區修建一座當時世界上最高的大壩——瓦依昂大壩(Vajont Dam)。

剛竣工時的瓦依昂大壩。


瓦依昂大壩位于意大利北部阿爾卑斯山區皮亞韋(Piave)河的左岸支流瓦依昂河上。阿爾卑斯山區良好的森林覆蓋和得天獨厚的氣候條件,使得這里春夏秋三季雨量充沛,山谷中河流淙淙,水利資源十分豐富。瓦依昂山谷獨特的地理條件,成為實現建立大型水電站的最佳地點:山谷呈葫蘆型,谷口狹窄便于修建大壩;山谷內腹寬闊、深度大,能最大程度地多蓄水。根據規劃,瓦依昂大壩的壩身高達230米。

瓦依昂所在的阿爾卑斯山區的秀美風光。


1956年,大壩正式開始施工。瓦依昂大壩的獨到之處在于采用了雙曲拱結構。雙曲拱是意大利人異乎尋常的靈感與想象力在服裝設計領域之外的卓越體現,這種壩體在水平和垂直兩個方向都呈弧形,前衛大膽的設計使載荷施加在壩拱上,減輕了梁的載荷,不但受力條件更好,可以承載更強的負荷,而且壩身可以造得很薄,節省了工期和用料。

為了改善壩體應力狀況,沿壩體周邊還設置了一道像鉸一樣的縫,將壩體與其下的墊座分開,壩體從上到下也設置了4條水平縫,從而大大加強了拱的作用。為保證澆筑質量,所有這些縫都在冬季進行灌漿。地基也作了全面處理,進行了灌漿作業??紤]到兩岸巖體內裂隙發育,還采用了預應力錨索進行加固,左岸用125根,右岸用25根,每根長55米。大壩設計師、著名建筑學家塞門薩(Semenza)宣稱,瓦依昂大壩可以承受超過設計值11倍的負荷而安然無恙。

建設中的瓦伊昂大壩。


50年代末是一個躁動的時期,大躍進的情況正在很多國家發生。那時候正值世界核電開發的黃金時代,核電具有更高、更穩定的發電量,這無疑是比水電更大的誘惑。1957年4月,瓦依昂大壩開工不到一年,羅馬的政客們便放了一個大衛星:大壩改成為核電站配套服務的抽水蓄能電站,高度從初始的230 米增加到264. 6米,這樣就使水位上升到722.5米高程,不但在雙曲拱壩中首屈一指,而且成為世界第二高的大壩;庫容也增加到初始設計的三倍,達1.65億立方米。

瓦依昂水庫實驗性蓄水時岸坡發生大規模裂縫。


1959年秋天,瓦依昂大壩竣工,1960年2月水庫開始試驗性蓄水。原本相對穩定的巖層在巨大的水壓下開始滲水,水和巖層深處的粘土發生作用,坡體開始變得不穩定。同年10月,當水位到達635米時,左岸地面出現一道長達1800~2000 m的裂縫,隨后發生了局部崩塌,塌方體積達70萬立方米,壩前出現高達10米的涌浪。一個月以后水位上升到652米,崩塌滑坡再次發生,岸坡位移速度達到每天3.5厘米,恐懼萬分的水電站工人連夜撤離——至少這回沒人敢于無視問題了,蓄水隨后停止,水位被降至600米以下,位移隨即減少至0.3厘米/天左右。設計部門認為,水位上升引起孔隙水壓力上升是造成滑坡發生的關鍵因素,并認定降低水位上升速度可以阻止滑坡發展。在接下來的2年時間里,這一措施受到了一定成效,但隨著蓄水和排水試驗的反復進行,岸坡位移也隨之時大時小,始終無法徹底消除,庫區地震也十分頻繁。

上帝已經警告過人類了,1960年的蓄水試驗中已經發生過兩次崩岸,箭頭所指處即為崩岸滑坡點。


1962年底,國家電力公司(ENEL)從SADE手中買下了瓦依昂水庫,為盡早通過驗收,從1963年初開始,蓄水試驗的步子再一次加快。隨著庫區水位不斷地提高,某些控制觀察點錄得每天超過0.5厘米的移動量,到了9月初,水位提高至715米時,位移速度已增至每天3.5厘米。ENEL企圖降低位移速度,開始緩慢降低水位至705米,但從9月28開始瓦依昂地區普降大雨,進一步惡化了岸坡結構,所以位移不但沒有降低,反而繼續增加,至每天超過20厘米的驚人水平。瓦依昂山谷中發出奇怪的聲音,水庫里的水也變得渾濁,山腳下的公路在兩年的時間里移動了半米多。當地政府發出警告,惶恐不安的村民開始陸續逃離家園,然而這一切已經太晚太晚。

滑坡體示意圖。


1963年10月9號22點39分。連日大雨今天剛剛停息,這是一個雨后晴朗的夜晚,瓦依昂山谷仿佛睡著了一般,夜幕下的一切都顯得那么靜謐安寧。就在這一刻,瓦依昂水庫南坡一塊南北寬超過500米、東西長約2 000米、平均厚度約250米的巨大山體忽然發生滑坡,超過2.7億立方米的土石以100公里的時速呼嘯著涌入水庫,隨即又沖上對面山坡,達到數百米的高度,整個時間不超過45秒?;聲r發出的巨大轟鳴聲幾十公里以外都能聽見。

滑坡體全貌。


此時水庫中僅有5000萬立方米蓄水,不到設計庫容的1/3。所有的水在一瞬間沸騰起來,橫向滑落的滑坡體在水庫的東、西兩個方向上產生了兩個高達250米的涌浪:東面的涌浪沿山谷沖向水庫上游,將上游10 公里以內的沿岸村莊、橋梁悉數摧毀;西面的涌浪高于大壩150米,翻過大壩沖向水庫下游,由于壩下游河道太狹窄,越壩洪水難以迅速衰減,致使涌浪前峰到達下游峽谷出口時仍然高達70米。洪水徹底沖毀了下游沿岸的1個市鎮和5個村莊。從滑坡開始到災難發生,整個過程不超過7分鐘,共有1900余人在這場災難中喪命,700余人受傷。

洪水沖襲前后對比,可見力量是多么強大!


唯一在洪水中幸免于難的是瓦依昂大壩本身。壩體設計方案提供者——意大利模型結構試驗研究所(ISMES)不愧是世界頂尖的結構力學研究所,事后計算得知,滑坡引起的涌浪對壩體形成的動荷載約為4000萬千牛,相當于設計荷載的8倍,在這樣巨大的沖擊力下,表面具有一定斜度的拱形壩體將巨大的水平沖擊力化解成向上的沖擊波,減輕了直接沖擊壩身的力量。洪水過后,壩前不再是一汪清水,取而代之的是渾濁的泥漿和堆積如山的滑坡體,足足高出壩頂150米。

災后的瓦依昂大壩,右側壩肩的損毀情況清晰可見。


另外一個在鬼門關前轉了一圈的是身處瓦依昂水庫北岸山坡的薩索鎮(Casso),由于地勢較高,滑坡體沖到小鎮腳下僅幾十米的地方停了下來,全鎮數千人因此逃過一劫。大難不死的薩索人事后足足舉行了一個月的彌撒,并在每年的10月9日舉行紀念活動,感謝萬能的上帝對小鎮的庇護,這一習俗沿襲至今。

災難發生后的航拍照片,左上角可見逃過一劫的薩索鎮。


災難發生后,意大利政府在對災民進行緊急救援的同時,還不得不面臨瓦依昂水庫的善后處理問題。由于壩前滑坡體對大壩產生的壓力很大,災后的首要大事就是抽空水庫中殘留的蓄水,并緊急開鑿另外的穿山水道,將奔流而來的上游來水引開,繞過瓦依昂水壩流入皮亞韋河。善后工程進行了一年多方告結束。至于對災民的安置、賠償,災區重建等工作,則一直持續到上世紀八十年代。

然而災難已經徹底改變了許多人的生活,滑坡體掩埋了瓦依昂山谷幾乎所有良田,一些沖毀的村莊被完全廢棄,生活再也回不到過去;災難在人們心中造成的陰影也許還要持續很多年,也許永遠都揮之不去。

廢棄的瓦依昂大壩。


從技術角度說,瓦依昂大壩的設計是成功的,建筑質量是過硬的,經受住了8倍于設計值的沖擊而安然無恙;然而我們不能只從技術角度孤立地研究壩體結構本身,還要著重研究水利設施對人類生產生活的影響,看水利設施能否與人和自然和諧相處。瓦依昂水壩從建成到毀滅,沒有發出一度電,卻造成了上下游慘重的人員傷亡和財產損失;在滑坡發生后很長一個時期內,瓦依昂山谷失去了昔日的秀美,到處是裸露的巖石土丘。

今日殘存的瓦依昂水庫。

瓦依昂山谷中至今可見大片裸露的巖石,這是40多年前那場悲劇的見證


目前的大壩,包括拱壩和重力壩,都是按靜力載荷及地震動載荷設計的,對于涌浪之類沖擊力一般欠缺考慮,因為相應的數學理論還不完善。瓦依昂大壩在災難中幸存下來,并不代表其它大壩在面臨類似風險時就可以高枕無憂。事實上,學者研究發現,西方歷史上幾次著名的潰壩事件如法國馬爾帕薩拱壩潰壩、美國圣弗朗西斯重力壩潰壩的背后,都有疑似滑坡引起的水庫涌浪的影子。特別是通常被認為是穩如磐石的重力壩,由于缺少向庫內凸出的弧面,如果遇到類似涌浪這樣的動載荷,大壩將無法分解沖擊力,承受能力反而要打上一個大大的問號。

因此,工程師們需要考慮的一個問題,是要盡力做到大壩能夠承受已知和可預見的各種打擊;即便大壩遇襲受損,也要做到損毀程度盡可能低,連鎖破壞效益盡可能小。