美国拆坝统计分析

李 翠，王晓玥

（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京，100084）

美国拆坝统计分析

李 翠，王晓玥

（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京，100084）

对美国1921～2013年共计1 093座水坝拆除进行了信息统计，从拆坝数量、大坝规模、筑坝材料、坝龄等方面系统分析了美国拆坝现状，并从生态、经济、安全方面分析拆坝的主要原因。统计结果表明水坝拆除现象在美国一直存在，且至今为止美国所拆除的主要为小型水坝、旧坝、病险坝。对美国经济发展有重要影响的水坝不仅未被拆除，还不断得到维护，水坝在美国的经济和社会发展中仍贡献着重要力量。

美国；拆坝；生态；经济；安全

0 引言

作为世界最发达的国家，美国已有100多年的大坝建设历史，在大坝建设领域处于较领先地位，大坝为其社会、经济发展做出了巨大贡献。美国水坝多建于20世纪中后叶，由于结构老化、泥沙淤积等问题的存在，以及经济、社会及生态等因素的影响，近100年来，美国进行了一些拆坝工作。系统分析美国拆坝状况、学习其拆坝的相关原则和经验对我国未来的水电建设发展具有一定的借鉴意义。

1 美国的水坝现状

根据美国陆军工程师兵团收录（US Army Corp of Engineers，National Inventory of Dams）的数据显示，美国全国水坝数量约为87 000座，其中高于6 ft（约1.8 m）的约为75 000座，高于100 ft（30.5 m）的约为1 673座。此外，美国各地还遍布着众多更小的水坝，这些水坝由于规模达不到收录标准（美国陆军工程师兵团水坝收录标准：①溃坝会危及人的生命或造成严重财产损失；②坝高6 ft且蓄水量达50英亩英尺；③坝高25 ft且蓄水量达25英亩英尺，符合三条标准中其中之一即可收录）而在其收录范围之外。根据美国国家研究委员会（National Re⁃search Council）估计，美国各类水坝的数量已超过250万[1]。正如曾任美国内政部长的布鲁斯·巴比特所述：“这意味着美国自发表独立宣言以来，平均每天要建一座大坝”[2]。

美国水坝总库容量约为135 000亿m3，居世界前列。一般为综合利用性水坝，单一功能水坝极少。若根据水坝的主要功能来分类，用于旅游、防洪、防火及灌溉的占多数（约占91%），极少数用于航运（约占0.2%）。用于发电的水坝一般为规模较大的大坝，约占3%，其功能分布比例见图1。

图1 美国水坝功能分布图Fig.1 Diagram of the function of the United States’dams

此外，美国水坝业主包括私人、当地政府、州政府及联邦政府等，其占比如图2所示。由于美国水坝绝大多数是小型水坝，而小型水坝中约65%属于私人所有，因而规模小、位置分散是美国水坝的一大特点，同时这也是影响美国拆坝问题的重要因素。虽然美国联邦政府在全国水坝中所占份额较小（约4%），但联邦政府控制的水坝均为对国家经济发展有重要影响的大坝。

图2 美国水坝所属业主单位类别比例图Fig.2 Diagram of US dam owners’category scale

2 美国的水坝拆除现状

由于美国早期水坝拆除资料不完善，许多水坝的建成年代、坝高、坝长等相关数据不完整，有的甚至完全没有记录，因而已拆水坝的完整资料较难获得。笔者统计的对象为从1912～2013年美国拆除的部分水坝，共计1 093座，统计内容包括其拆除年代、坝高、坝长、坝龄、筑坝材料、拆除原因等基本信息。虽然本次统计未能涵盖所有拆除对象，且部分水坝的信息资料不全，但由于这些无统计资料的水坝一般属于修建年代较早或规模太小等情况，因而对基本统计结果不会造成较大影响，故本统计在一定意义上能够反映美国水坝拆除的现状。统计资料主要来源于美国河流（American Rivers）的相关数据。

2.1 拆坝的数量

通过对1 093座已拆水坝的资料进行分析，美国每年拆坝的数量虽局部有波动，但整体呈上升的趋势，数据如图3所示。可以看出，2007年至今的拆坝数量较之2006年以前有较大增长。由此可见，拆坝有持续增加的势头，但相对于美国浩大的水坝总量而言，美国拆坝总数在水坝总量中也仅是九牛一毛，大量水坝仍为美国的经济、社会发展做出了重要贡献。

图3 美国年拆坝数量变化图Fig.3 Chart of the number changes of the US’removed dams

2.2 拆坝的大小

统计的1 093座水坝中，有坝高记录的共计759座，由表1可以看出拆除的水坝中绝大多数（89%）的高度不足10 m，坝高大于30 m的6座，其中50 m坝高以上的大坝仅1座，即2011年开始拆除的葛莱恩斯峡谷大坝（Glines Canyon Dam）。

表1 美国拆坝高度统计分布Table1 The height distribution of the US’removed dams

葛莱恩斯峡谷大坝位于艾尔华（Elwha）河上，建于1927年，坝高64 m，为混凝土拱坝，装机容量16 MW，属于私人所有。此外，流域上还有艾尔华坝（Elwha Dam），建于1913年，坝高33 m，为混凝土重力坝，装机容量12 MW。葛莱恩斯峡谷大坝和艾尔华坝拆除工作是艾尔华项目（艾尔华项目是指艾尔华生态系统修复工程，是国家公园管理，即Na⁃tional Park Service历史上第二大生态修复工程，主要目的是恢复艾尔华河里鲑鱼及虹鳟等鱼类种群的溯河产卵）的重要组成部分，被认为是美国历史上最大的水坝拆除工程，具有重要的象征意义。两座水坝拆除的主要理由有：（1）大坝均未设置鱼道，严重影响鲑鱼、虹鳟等鱼类的溯河产卵，违反了美国濒危物种法案（Endangered Species Act）的相关条例；（2）大坝严重影响了艾尔华河的泥沙向下游输送；（3）葛莱恩斯峡谷大坝位于奥林匹克国家公园内，影响了公园的自然景观；（4）美国联邦能源监管委员会（Federal Energy Regulatory Commission）授予葛莱恩斯峡谷大坝的许可证已经过期，而艾尔华坝由于建于卵砾石基础上，在施工初期就出现了基础破坏等问题，因而未得到许可证。葛莱恩斯峡谷大坝和艾尔华坝最终于2011年9月开始拆除，并分别于2012年3月和2014年8月完工。这两个水坝的拆除将使艾尔华河70英里（约112.65 km）的鱼类洄游通道畅通，太平洋成年鲑鱼的数量预计在未来25年里将从3 000条上升到400 000条左右[3]。

统计的1 093座拆坝中有坝顶长度记录的共计273座，见表2，一半以上水坝的长度都不足40 m，其中坝顶长度300 m以上的水坝共有3座，分别为菲利普斯顿水库大坝（Phillipston Reservoir Dam）、佩诺布斯科特河水库大坝（Great Works Dam）、路易斯顿大坝（Lewiston Dam）。

表2 拆坝坝顶长度统计分布Table 2 The length distribution of the US’removed dams

其中，菲利普斯顿水库位于马萨诸塞州的布鲁克（Thousand Acre Brook）河，坝高4～5 m，坝顶长度335 m，建于19世纪后期，是一座用于供水的土石坝。由于大坝本身存在安全隐患且维修费用较高而失去经济价值，于2012年实施拆除[4]；佩诺布斯科特河水库大坝位于缅因州的佩诺布斯科特河（Penobscot River）上，最初建于19世纪30年代，后于1887～1900年进行重建，早期主要用于发电，作为恢复佩诺布斯科特河生态环境项目的一部分而被拆除[4]；路易斯顿大坝位于爱达荷州的清水河（Clearwater River）上，建于1927年，坝高13 m左右，坝顶长度323 m，主要用于发电，由华盛顿水电局（Washington Water Power）管理，主要由于蛇河下游（Lower Snake River）建造的花岗岩大坝（Lower Granite Dam）对路易斯顿大坝的运行造成严重的干扰，后者于1973年实施拆除。路易斯顿大坝的拆除同时也提高了鲑鱼和虹鳟返回清水河的产卵量，有利于生态环境的恢复[5]。

2.3 拆坝的筑坝材料

统计的1 093座水坝中，有筑坝材料记录的共计261座。对现有资料进行分析，筑坝材料种类较多，其中以混凝土坝居多（59%），具体分布见表3。

表3 美国拆坝的筑坝材料统计表Table 3 The material distribution of the US’removed dams

2.4 拆坝的坝龄

统计的1 093座水坝中，仅264座水坝有建成年代的资料，具体分布见表4。水坝拆除时绝大多数（约93%）已经超过50年，更有21%的水坝坝龄已达到150年以上。由于不同水坝的工作条件、设计标准及维修保养状况不同，因而不同水坝的生命周期具有一定的波动性。但肯定的是，使用年限越长，大坝受水流腐蚀而导致的结构破坏越严重，从而使大坝承受风险能力降低，大坝的经济性及安全性能都会急剧下降。

考察美国水坝的完建年代分布（如图4），不难发现，美国的水坝建设集中于1950～1980年（约60%）。若以一般水坝的平均生命周期50年[6]为参照标准，则目前（以2010年为基准）有38%左右的水坝，其工作年限已超过50年。而截至2030年，工作年限超过50年的水坝将超过80%（见图5）。因而，若仅考虑水坝的年龄这个因素，也能预测美国未来拆坝数量将逐渐增多，呈上升趋势。

表4 美国拆坝的坝龄统计表Table 4 The age distribution of the US’removed dams

图4 美国近100年来每10年水坝建成数量Fig.4 Diagram of the built dams in every 10 years in US in recent 100 years

图5 工作年限超过50年的大坝比例Fig.5 Proportion of dams over 50 years in US

3 美国水坝拆除的原因

美国存在许多老化坝、废弃坝以及高危坝，对于这些数以千计对河流生态及居民安全造成的负面影响远超过其正面效益的水坝而言，拆坝是相关业主及政府部门的最佳选择。此外对于一些仍能正常运行，但给生态环境造成重大影响的水坝，拆坝也在其考虑范围之内。

部分水坝由于建坝时间长，建筑老化，丧失功能而被废弃不用，失去原有效益，且拆除后有利于恢复河流生态环境；部分水坝属于病险坝，存在安全隐患，威胁着下游居民的人身、财产安全，不维修无法正常运行，且维修费用远高于其效益，使得维修在经济上不可行，理应予以拆除。

统计的1 093座坝中，共有489座水坝注明其拆除原因。统计中将拆坝原因分为七大类。分别为经济、生态、安全、娱乐、溃坝、违规坝及重建。统计量为每个因素的出现次数，此外，一座水坝的拆除往往是多因素作用的结果，但本次统计中未区别考虑各因素的主次影响。由统计结果图6可以看出生态、安全、经济是影响水坝拆除的三个主要因素。

3.1 生态

生态是水坝拆除的重要影响因素之一。大坝及附属建筑物给河流生态系统带来了一定的影响，包括影响水温、重塑河道、影响水生生物等。几乎所有的水坝拆除后都能在一定程度上恢复河流自然生态，包括恢复鱼类等野生生物的栖居地、保障鱼类洄游畅通、改善水质、恢复对环境造成的影响等。但从目前美国拆坝主要局限于小型、老化水坝，基本没牵涉到有重要影响的大坝（Large dam,坝高15 m，或坝高超过5 m且库容量大于300万m3）、高坝（Major dam,坝高超过150 m）这个角度来看，生态尚未成为水坝拆除的主要决定因素。

图6 美国拆坝原因统计分布Fig.6 The distribution of the US’dam removal reasons

3.2 安全

安全是拆坝决策的一个主要影响因素。大坝安全一旦出现问题，不仅表明大坝工作性状较差，工作效率低，更意味着业主将承担为改善其安全性状而产生的相关费用乃至溃坝的风险损失，因而为最大限度地降低风险损失、减少支出费用，许多业主直接采取拆坝。

大坝的相对安全性和大坝的安全性状、下游河道状况及人口分布等因素有关。大坝年久失修、性状差以及下游人口密集会相应增加大坝失事的概率及其风险。

通过研究美国的水坝现状可知，许多坝的建造年代较早，常年在水流的侵蚀、腐蚀作用下，结构逐渐破坏，其失事的可能较大，甚至有些坝已年久失修、结构老化，严重威胁着下游居民的生命财产安全，如若得不到合理的维修控制，甚至将造成溃坝的后果。

此外，美国人口普查局（The U.S.Census Bu⁃reau）预测美国人口到2050年将达到1.3亿，人口的持续增长，使得更多的人们居住在水坝下游区域，进一步加大了水坝发生安全事故时带来的危害程度。美国土木工程师协会（The American Society of Civil Engineers）在2013年《美国基础设施评价报告》（2013 Report Card for America's Infrastructure）中将美国水利设施评为D等，也从侧面反映了其水坝安全隐患的严重程度。根据美国陆军工程师兵团国家水利工程收录的数据，超过12 000座的水坝属于危险（significant hazard:水坝溃坝可能造成财产损失），另有14 700多座大坝属于严重危险[7]，见图7。

图7 美国水坝的危险等级分布Fig.7 The hazard class distribution of the US’dams

3.3 经济

美国许多早期大坝为伐木工厂、矿厂等服务而建造，而这些工厂目前早已不复存在，因而丧失了其服务价值；还有一些发电的小型水坝，逐渐被其他的能源方式替代等，诸如这些已丧失存在价值的水坝仍面临着维修、保险等大量开销，直接拆除毫无疑问是最经济的选择。

其次，随着水坝工作年限的增长，水坝维修或技术改造升级等方面的费用相应增加，而由于工作效率降低导致经济效益逐渐减少，出现“入不敷出”状况时，即使有经济效益的水坝也会考虑直接拆除。通常情况下，对于不安全水坝而言，直接拆除所需费用要低于水坝维修的费用。在威斯康星州，维修费用大约是拆除费用的3～6倍[8-9]。

此外，每年水坝业主都要为水坝事故付出沉重的经济代价，在美国中西部地区，小水坝的业主每年都要承担数千美元的保险费。因而即便拆除和维修相关费用旗鼓相当，为避免后期风险责任，业主亦会优先选择拆除水坝[10]。

除上述生态、安全、经济这三个主要因素外，诸如弃坝、水坝功能改变或丧失、娱乐甚至重建等也是水坝拆除工程中的影响因素。

4 结语

综述了美国水坝的现状及其拆坝情况，并综合分析了影响水坝拆除的主要因素。结果表明，美国拆除的水坝大多数是建造年代较早的小型水坝。大坝在美国的经济、社会发展中仍发挥着重要作用，并仍将继续为美国经济、社会发展做出重大贡献，因而国内部分引述美国拆坝来反对国内水电开发的舆论显得有失偏颇。

总之，水电是一个涉及面广、牵涉多方利益的工程，如何合理地开发水电、最大限度地降低其负面影响是每位专业工作者的职业追求。有效协调工程、社会及环境三方面间的影响、做到和谐发展是水电建设的关键问题。通过对美国拆坝问题的分析，不难看出水坝的拆除是一个多因素决策的复杂工程，每个水坝的拆除都要经过各方面因素权衡、严格论证，才能保证拆坝工程的有效进行，因而建立完善的相关决策机制具有重要意义。此外，美国的拆坝经验对中国及其他国家的水电发展具有重要的借鉴作用，在发展的同时应更加注重工程的安全性和环保性。 ■

[1]Committee on Restoration of Aquatic Ecosystems:Science, Technology,and Public Policy,Commission on Geoscienc⁃es,Environment and Resources,Division on Earth and Life Studies,et al.Restoration of Aquatic Ecosystems:Science, Technology,and Public Policy[M].Washington,DC:Nation⁃al Academies Press,1992:26.

[2]Babbitt Bruce.Dams are not forever[EB/OL].http://www.sci. sdsu.edu/salton/DamsAreNotForever.html.

[3]Shaffer J A,Crain P,Winter B,et al.Nearshore Restoration of the Elwha River Through Removal of the Elwha andGlines Canyon Dams[J].Northwest Science,2008,82(sp1): 48-58.

[4]American Rivers.63 dams removed to restore rivers in 2012 [EB/OL]. https://www.americanrivers.org/assets/pdfs/damremoval-docs/2012-dams-removed.pdf.

[5]Maclin E,Sicchio M.Dam removal success stories,restoring rivers through selective removal of dams that don't make sense[J].Friends of the Earth,Trout Unlimited,1999:27-31.

[6]American Rivers.Dam Safety:Protecting Communities and Ecosystems from Dam Failure[EB/OL].http://www.american⁃rivers.org/assets/pdfs/dam-removaldocs/Dam_Safetyf43b. pdf?0658fa.

[7]American Society of Civil Engineers.2013 Report Card for America's Infrastructure[R/OL].http://www.infrastructurere⁃portcard.org/a/#p/dams/overview.

[8]US Army Corp of Engineers.The 2013 National Inventory of Dams[R/OL].http://nid.usace.army.mil/.

[9]Born,S.M,Genskow,K.D.,Filbert,T.L.,et al.Socioeco⁃nomic and institutional dimensions of dam removals:the Wisconsin Experience[J].Environmental Management,1998 (22):359-370.

[10]Francisco Silva of ICF Consulting.A Summary of Existing Research on Low-Head Dam Removal Projects[R].Ameri⁃can Association of State Highway and Transportation Offi⁃cials(AASHTO),2005.

作者邮箱：licui14@mails.tsinghua.edu.cn

A statistical analysis of dam removals in the United States of America

LI Cui and WANG Xiao-

yue

The State Key Laboratory of Hydro-science and Engineering,Tsinghua University

The information found from researches regarding 1 093 removed dams across the United States from 1921 to 2013 is summarized.This paper analyzes information by the number,size,material and age of the removed dams and three primary dam removal purposes including environmental restora⁃tion,safety concerns,and economic considerations.The statistical results show that the dam removal phenomenon has existed for years and up to now the removed dams in the United States are small,lowhead,aging and deteriorating dams.Dams that contribute a lot to the nation's economy are not removed at all,instead they get constant maintenance.Dams still form an integral part that makes great contribu⁃tion to the collective economy and social welfare.

the United States of America;dam removal;ecology;economy;safety

TV633

A

1671-1092（2015）04-0074-05

2014-12-26；

2015-03-15

国家自然科学基金11372156

李 翠（1992-），女，河南开封人，硕士，主要从事堆石坝本构模型、计算研究。