昔日世界最高大壩未曾垮塌,卻讓5個村莊2000人死於非命
2021年01月26日08:55

  來源:SME科技故事

  意大利東北部小鎮龍加羅內(Longarone)座落在風景秀麗的阿爾卑斯山區中,距離著名的威尼斯僅93公里。

  1963年10月9日傍晚,勞作的人們陸續回到家中,這座傳統的小鎮也漸漸歇息下來。然而到了次日清晨太陽升起時,這一切都不複存在了。

昔日的龍加羅內
昔日的龍加羅內

  幾十米高的巨浪混合著泥沙衝毀了龍加羅內與周邊的5個村莊,鎮上的樹木、道路、房子全都失去了蹤影,取而代之的是厚厚的一層泥土。

  殘存的房屋孤零零地矗立在鎮子邊緣,近2000人在睡夢中被奪去性命。他們經曆了一場震驚世界的水壩災難。

  奇怪的是,事故的源頭瓦依昂大壩(Vajont Dam)依然完好地屹立在峽穀之間。壩體基本沒有受到嚴重損壞,直到今天它還立在那裡,彷彿一座巨型的事故紀念碑。

  那麼摧毀龍加羅內的洪水是從哪裡來的呢?

瓦依昂大壩
瓦依昂大壩

  這場災難要從第二次世界大戰後說起。意大利擺脫了戰爭的陰霾後,開始進入一個高速發展的時期。與此同時,北部城市的工業發展對電力的需求與日俱增。瓦依昂峽穀得天獨厚的地理條件使其成為了興建水力發電站的不二之選。

  這裏地處阿爾卑斯山區,冰川融水豐富且降水充足。再加上峽穀狹長的地形,只要建造一座水壩就能儲蓄起大量的水。

  早在1939年,就有工程師對峽穀進行了考察,並提出了最初的設計方案。意大利國內的電力集團也瞅準了這裏的利益,開始為建造大壩奔走遊說。

瓦依昂峽穀及遠處的村鎮
瓦依昂峽穀及遠處的村鎮

  在亞德里亞電力協會(SADE)的遊說下,國會35位部長中的13位開會決定,要在意大利北部修建一座當時世界上最高的拱壩*。

  不過這個表決其實是無效的,因為法律規定討論這類重大議題時,必須有超半數的部長到場。儘管不合法,意大利總統路易吉•伊諾第(Luigi Einaudi)還是在1948年簽署批準了這一議案。

  *註:現排名世界第七。世界上已建成最高的水壩是位於中國四川省雅礱江上的錦屏一級大壩,高達305米。

路易吉•伊諾第
路易吉•伊諾第

  按照計劃,瓦依昂大壩高230m,壩身採用先進的雙曲拱結構,在水平與垂直兩個方向都呈彎曲狀。

  這種結構的受力條件優秀,在承受大荷載的同時還能做得很薄,非常節省材料。

  實際上人類修建拱壩已有悠久的歷史。

  早在一千多年以前,人們就已意識到拱結構有較強的攔蓄水流的能力。在承受水壓力時,拱結構可以將豎向的壓力轉化為向兩端的水平推力,並傳遞給兩岸岩石。

  而且拱結構內部主要產生壓力,所以能充分發揮混凝土材料*抗壓強度很高,但抗拉性能較差的特點。

  *註: 通常混凝土微觀層面上存在許多裂縫,而混凝土的破壞是由於裂縫的發展產生的。受壓狀態下裂縫不會發展反而趨於閉合,而受拉狀態下裂縫發展則導致混凝土發生破壞。因此混凝土中常加入鋼筋提高抗拉強度。

  但是單曲拱壩也有一個缺點,它更適用於上下寬度相差不大的峽穀。若遇到像瓦依昂峽穀一樣的V型截面,上寬下窄的壩體就會出現問題。

  在外半徑不變的條件下,由於下部拱的寬度較小,形狀更趨近於平面,因此拱的作用不明顯,常常要增加壩體厚度來確保安全。

  瓦依昂大壩採用的雙曲拱結構,各層拱圈外半徑由上至下逐漸減小,在壩底仍然保持了受力良好的拱結構。

  如此一來,底部的壩體只需要相對少的材料就能達到令人滿意的強度。大壩的設計師更是宣稱,瓦依昂大壩能夠承受超過設計值11倍的荷載而不坍塌。

建造中的瓦依昂大壩
建造中的瓦依昂大壩

  1956年大壩正式動工,但施工還不滿一年,建造計劃就出現了變動。意大利的政客希望將瓦依昂大壩的用途改成為核電站配套服務的抽水蓄能電站*。

  這樣大壩的高度就從原先230m增加至262m,庫容也因此增大到初始設計的3倍,達1.65億立方米。

  *註:利用核電站平日多餘的電能抽水至高處,在用電高峰期再放水發電的水電站。它可將多餘的電能,轉變為用電高峰時期的高價值電能,提高核電站的效率。

  在大壩施工期間,人們也陸續發現了令人擔憂的問題。原來瓦依昂峽穀的地質構造是由石灰岩和粘土相互層疊形成。

  石灰岩層間的粘土吸水後很容易變成泥漿,而泥漿就相當於岩層間的潤滑劑,有導致深層滑坡的風險。

  同時經過地質勘察人們發現,大壩的上遊還存在著老滑坡*,這也是一個巨大的隱患。1959年,工程專家和技術顧問向大壩建設方提出水庫左岸的斜坡穩定性存在疑問。但質疑沒有得到建設者的重視,施工還是按計劃照常進行。

  *註:若干年前的滑坡遺蹟,平時是穩定的,但若外界條件改變,就有可能再次滑動。按形成年代可分為新滑坡、老滑坡、古滑坡、正在發展中滑坡。

  1960年瓦依昂大壩建成封頂,同年開始實驗性蓄水。隨著水位漲高,岩層間的粘土被浸潤,並開始變得不穩定。

  在10月份水位升至163m時,在大壩左岸上出現了長達2km的拉裂縫。這表明大塊山體有往下滑移的趨勢,人們不得不開始重視起來。

  工程師對滑坡位移進行了觀測,他們發現山體以每天3-4釐米的速度移動著。到了11月4日,蓄水深度達到了180m,大壩左岸突然發生了局部的滑坡。

  約70萬立方米的岩質滑坡滑入水庫,在大壩前製造出10m高的浪。大壩的管理者決定全力控制山體滑移速度,但同時也不願放棄蓄水的計劃。

兩次局部滑坡的位置
兩次局部滑坡的位置

  設計部門認為,水位上升是造成滑坡的關鍵因素,且認定降低水位上升速度可以阻止滑坡發展。

  他們計劃在控制滑坡速度的同時,慢慢將水庫注滿。如果滑動速度過快,就降低水面讓它放緩,最終達到讓山體緩慢滑入水庫的目的。

  隨後的兩年里,人們監視著山坡的位移,不斷進行著蓄水排水的試驗。

  這個辦法一直都挺管用,山坡位移速度基本被控制在每天0.3cm以下。但1962年底,意大利國家電力公司買下了水庫,為了盡快完成驗收,蓄水的速度明顯加快了。

  次年8月中旬,水深維持在240m不變,但位移速度卻反常地持續增加,十來天后更是增至每天3.5cm。人們逐漸意識到不妙,可是此時降低水位已經太晚了。

  自9月28日起,瓦依昂地區連降大雨。大量雨水滲入山體中,不僅進一步削弱了岩層間的摩擦力,還增加了山體自身的重量。

  山體滑移速度不受控制地越來越快,已經超過了每天20cm。人們開始聽到瓦依昂山穀中傳來奇怪的聲音,水庫里的水也無故變得渾濁起來。

  1963年10月9號22點39分,災難發生了。

  大約2.6億立方米的山體滑坡以110km/h的速度衝入水庫,將1800m長的庫段全部填滿。部分山體甚至一直推進到對岸140m高的山上,整個過程用時不到45秒。

  橫向滑落的山體掀起了滔天巨浪,高達250m的湧浪分別襲擊了大壩的上下遊地區。

  上遊10公里以內的沿岸村莊、橋樑均被突如其來的巨浪衝毀。約2500萬立方米庫水越過瓦依昂大壩湧向下遊城鎮,浪頭竟比大壩還要高出150m。

棕色為滑坡區域,淺藍色為巨浪襲擊區域
棕色為滑坡區域,淺藍色為巨浪襲擊區域

  翻過大壩的洪水呼嘯著到達1.4km外的峽穀出口,此時湧浪還保持著70m的高度。

  巨浪在毫無預警之下席捲了龍加羅內和附近5個村莊,還在睡夢中的人們根本來不及反應,共1925人在衝擊中遇難,幾乎無人生還。

木製房屋在洪水中不堪一擊
木製房屋在洪水中不堪一擊

  滑坡激起的空氣衝擊波威力同樣十分驚人。

  大壩地下廠房的鋼樑扭曲後被剪斷,調壓室鋼門被氣浪硬生生推出12m遠。在廠房內值班和住宿的60名技術人員除1人外倖存外,其餘全部死亡。當時正在壩頂監測情況的工程師和工人們也無一倖免。

  經計算,巨浪對瓦依昂大壩的衝擊力是廣島原子彈爆炸所產生力的兩倍。

  出人意料的是,大壩憑藉優良的結構設計經受住了巨大的荷載衝擊,僅壩頂輕微受損。挺立在峽穀間的大壩還攔住了身後的泥石流,避免了更大的傷亡。

  也因為這樣,瓦依昂水庫被泥漿與堆積物填滿,大壩失去了原本蓄水發電的功能。

  在接下來的善後工作中,意大利政府不僅要救助安置災民,還要抓緊抽空水庫內殘存的積水,減輕滑坡體對大壩的壓力。至此瓦依昂大壩肩負的使命還沒開始就已徹底結束。

水庫變泥潭
水庫變泥潭

  事後調查發現,除自然因素外,人為疏忽也是釀成災禍的重要原因。

  若大壩沒有貿然增加高度,保持原來230m的設計,水對邊坡的浸泡作用就不會如此嚴重。如果大壩管理者在出現滑坡跡象時就及時停止蓄水,岸邊的山體也不至於在三年的充分浸泡後最終崩潰。

災後人們茫然地尋找著故居
災後人們茫然地尋找著故居

  這場災難給意大利帶來了巨大的社會影響。全國性的滑坡防治委員會因此成立,並在多地分別建立了研究中心和試驗中心。地質災害防治也被政府列為最為關注的問題之一。

  應國內民眾要求,阿爾卑斯山區的水電、流域開發項目必須要得到當地議會通過才能實施。

  從工程結構的角度,瓦依昂大壩的設計無疑是成功的。它承受了數倍於設計值的荷載而依舊安然無恙。

  但瓦依昂大壩這個項目確實也是失敗的,不僅建成後沒有發出一度電,還導致了巨額的經濟和社會損失,留給倖存者的也只有慘痛的回憶。

  事實上,每一個大型項目都牽涉著周邊無數人的利益安全。

  在國家經濟高速發展,基礎建設遍地開花時,建設者更應秉持嚴謹細緻的態度。

  要知道真正造福於民的項目才是好的項目,瓦依昂滑坡災難給我們敲響了警鍾。

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