原创《胶结坝是适合当前国情的选择》
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作为2018 重庆国际人才创新创业洽谈会的重要活动之一,11 月10 日,“生态环保前沿科技学术报告会”围绕生态环保前沿领域进行主题演讲和研讨,4 位院士专家作了专题报告.中国大坝工程学会副理事长兼秘书长贾金生作了题为《促进生态文明发展的涉水新技术进展》的报告.
作为我国首位国际涉水学术组织主席担任者和我国水工结构学术带头人,贾金生首创胶结颗粒料坝新坝型及结构设计、材料制备和施工方法；发明了面板坝新型止水防渗结构,解决了面板坝止水和面板挤压破坏等难题；提出了高混凝土坝抗高压水劈裂准则和真实性态仿真方法,解决了300m 级高混凝土坝高压水劈裂等难题.
贾金生在此次专题报告中,介绍了当前国家江河治理及水工程支撑的相关进展及措施,展示了涉水新技术进展,详解了胶结颗粒料坝的概念.他表示胶结颗粒料坝是适合当前我国国情的一种水库大坝,得到国际赞誉.
国创会期间,贾金生接受了本刊记者专访.他指出,经济社会的快速发展和生态文明建设的深入推进,对江河治理和水工程支撑保障能力提出了更高要求,但我国水利设施薄弱仍为明显掣肘,江河治理和水工程支撑保障能力依然不足.
从引进到原创
我国水库大坝建设经历了一个不断发展的过程.回顾过往,贾金生把它分为了四个阶段：1949 年以前,大坝少,洪水旱灾多；1949 年到1978 年之间,群众建坝兴起,大兴水利工程,但受限于群众建坝多是土石坝；1978 年到2000年,我国紧跟国际先进技术,引进吸收消化再创新,积极推动产学研合作和科技改革,大坝建设水平不断提高；2000 年以后,我国大坝建设在设计、理论和方法等方面已经达到世界领先水平.权威统计数据显示,截至2016 年底,我国坝高30 米以上的大坝有6543 座,位居世界首位.
从水库大坝建设模式上来看,当前,土石坝占比95%,混凝土重力坝占比5%.贾金生告诉记者,这两种坝型也是国际所通用的技术模式,“我们引进来,再通过产学研不断创新.”不过,应用中发现,这两种坝型也各有优缺点.土石坝经济但存在漫顶溃决风险,混凝土重力坝安全性高但造价高、对基础要求高.从当前需求来看,我国工程性缺水400 亿立方米,水能开发程度约40%,为世界发达国家的1/2,水库大坝建设需求仍然巨大.同时,经济社会发展要求更高的水资源支撑保障能力,需要可再生能源有更高的占比,高质量发展也对大坝建设提出了新的要求.
“我们亟需突破传统思维、全面创新,提出新的安全可靠的建坝技术,实现既经济又漫顶不溃的筑坝目标.”2009年,贾金生基于国内外实践在国际上最早提出胶结颗粒料坝（CementedMaterial Dam,CMD）的概念.
据介绍,胶结颗粒料坝是一种介于土石坝与混凝土坝之间的坝型,即利用水泥、砂浆、混凝土等胶结材料将砂砾石、堆石、块石等颗粒材料胶结筑坝,包括胶凝砂砾石坝、胶结堆石坝（堆石混凝土坝）和胶结土坝等.
贾金生说,“一个大坝,因为安全要求不同,对不同部位要求也不一样.如果都用混凝土坝设计不仅造价高,也存在过度安全设计；而如果都用土石坝,虽然经济但安全度又不够.”
为了解决这一难题,胶结坝创新性地提出“宜构适材”和“宜材适构”.“宜构适材”即调整坝体结构适应材料,将砂、砾、石胶结起来筑坝,解决漫顶溃决问题；“宜材适构”是指选择合适的材料,适应不同坝体功能分区,解决混凝土重力坝大部分区域材料超强问题.所以,相比于土石坝和混凝土重力坝,胶结坝既解决了土石坝漫顶溃决风险,又没有混凝土坝造价高,且安全度不低于同等坝高的其他坝型.
据了解,胶结坝已经应用到我国多地水利工程建设中.山西守口堡水库胶凝砂砾石坝是我国第一座开工建设的胶结颗粒料坝永久工程,最大坝高达61.6m.四川顺江堰水利枢纽胶结颗粒料坝是我国第一座建成的胶结颗粒料坝永久工程,于2016 年4 月28 日蓄水,已运行两年半,渗压等监测数据表明工作性态正常.洪口水电站上游围堰自建成投入运用后,经受住了超标洪水的过洪的严峻考验.
这些实际应用表明,与常规混凝土、碾压混凝土等方案相比,胶结坝不仅工期显著缩短,综合造价降低约10%-15％,而且可靠度高、超载能力强.胶结坝在中小型水库大坝、围堰等工程应用具有广泛的前景,但目前推广还面临一些难题.贾金生坦言,“我国水利工程系统是一个比较传统的部门体系,而项目的规划、设计、施工等又牵涉到诸多部门,所以新技术的应用还需要一个慢慢接受的过程.”
据他透露,为了让胶结坝技术更好地推广应用,并早日走出国门,服务于“一带一路”沿线国家,中国大坝工程学会正积极筹划创建云平台,旨在打造“检测在现场、咨询在云端、专家在全球、服务在身边”的全链条服务体系.
有生态才可持续
《水利部关于加快推进水生态文明建设工作的意见》（2013）强调,要把生态文明理念融入到水资源开发、利用、治理、配置、节约、保护的各方面和水利规划、建设、管理的各环节,加快推进水生态文明建设.
也就是说,水库大坝工程建设与生态环境保护息息相关.“比如黄河的小浪底工程,就可以利用大坝调水调沙,保持黄河不断流.”贾金生指出,国际生态文明水库大坝工程建设在规划、设计、建设和运行的全过程都考虑了生态文明的理念,这是落实可持续发展目标的有效手段.
建设人水和谐的大坝水库,我国也有这方面的成功实践.建于20 世纪60年代的新安江水库,是我国第一座自行设计、建设的水电站,库区中有1078座岛屿而得名千岛湖,国家5A 级旅游胜地.
根据典型案例,我们亟需从建设理念、功能定位、建设方案、调度运行四个方面,凝练水库大坝生态文明建设准则,为水利行业管理提供技术支撑.贾金生提出,“水库大坝工程安全建设、运行,应与流域生态保护并重,最大程度减轻流域生态影响,同时确保安全底线.”
比如,规划阶段应合理确定水资源开发利用、水生态保护、防洪减灾等方面的控制性指标,明确流域水资源承载力、水生态承载力、水环境承载力限值和防洪减灾要求；水库大坝工程选址、建设规模和时序减免流域生态影响,包括径流、泥沙、生物多样性、水环境、岸边湿地、生态流量等功能需求.
总体来说,整体与局部要兼顾,发挥水库大坝工程的多种功能和综合利用效益.同时,坚持统筹协调,科学处理流域与区域、上下游、左右岸、干支流之间的关系,兼顾流域防洪、供水、生态环境保护、发电等任务.贾金生强调,“将大坝建设与生态环境结合,是新时代水利水电发展下的新要求,也是我们面临的新机遇.”
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