美国的造坝运动

小戴维·P.比林顿

1807年，罗伯特·富尔顿（Robert Fulton）在纽约州的哈德逊河上试航成功后，蒸汽机船沿密西西比河而上，打通了美国中部的交通和贸易。

河水也为新英格兰的纺织制造业提供了动力。

1865年之后，铁路成为美国运输的中流砥柱，但谷物和其他大宗货物还继续通过驳船和轮船运输。

19世纪90年代，乔治.威斯汀豪斯（George Westinghouse）开创了利用水力发电的先河。当时，他在尼亚加拉大瀑布附近安装发电机，将电力输送到了20英里外的纽约州布法罗。由此，水力发电得到了推广。

经济大萧条爆发后，联邦政府雄心勃勃地开始了大量基建项目，一方面是为了缓解失业，另一方面是为了改善美国未来的公共基础设施。

两个联邦机构影响了全国的水利工程。

美国垦务局（Bureau of Reclamation）和美国陆军工程兵团（US Army Corps of Engineers）修建了大坝，以控制洪水泛滥、改善内陆航行和提高发电供应量。

西南部科罗拉多河上的胡佛大坝（Hoover Dam），是这些公共基建工程中最突出的工程，其高度是在此之前的最高的大坝的两倍。

随后，密西西比河以西的三个地区相继修建了大坝：加利福尼亚中央谷地、太平洋西北部的哥伦比亚河以及北部平原的密苏里河。

20世纪水坝建設的一次大飞跃始于美国西南部，这个干旱的区域的地形以沙漠和峡谷为主，只有一条大河从中穿过——科罗拉多河。

科罗拉多河穿过一系列深邃的峡谷，其中之一便是壮观的亚利桑那州大峡谷。在沿河修建水坝之前，该河在河口的流量是每秒2.2万立方英尺（1立方英尺约28.3升）。

这种流量也说明了该地区的干旱状况，作为对比，密西西比河的流量是每秒近60万立方英尺。

南加州不断发展的城市需要水。

加州对水资源的需求让科罗拉多流域的其他州感到震惊，其他州的城镇和农民不希望他们的邻居把所有的河水引走。

1922年11月24日，在新墨西哥州的圣达菲，美国商务部部长赫伯特·胡佛（Herbert Hoover）使得科罗拉多河流域7个州达成妥协，签订了《科罗拉多河协定》（The Colorado Compact）。

各州同意分配河流的使用权，上游的怀俄明州、科罗拉多州、犹他州和新墨西哥州将获得与下游的内华达州、亚利桑那州和加州同样多的供水量。

作为1922年协定的一部分，联邦政府拥有科罗拉多河下游的土地，也承诺在科罗拉多河下游建造一座大坝。该大坝将控制洪水，供水用以灌溉和其他用途，南加州（作为主要受益者）将承担该大坝的建造费用。

1928年，洛杉矶和周边地区成立了一个新的公共机构——大都会水务局（The Metropolitan Water District），获得授权征税修建一条通往科罗拉多河的运河。

大都会水务局说服国会通过了《博尔德峡谷工程法案》（Boulder Canyon Act），授权联邦政府修建大坝，并在墨西哥边境的美国一侧修建一条运河，为帝王谷供水。

1928年12月，时任美国总统约翰·卡尔文·柯立芝（John Calvin Coolidge Jr.）签署了该法案，使其成为法律。

大坝确实选了一个好位置，叫黑峡谷。1930年，内政部长将这一未来的工程命名为胡佛大坝。

垦务局接到了建造胡佛大坝的任务，并在20世纪20年代初开始了设计工作。该局决定用混凝土来建造大坝，在设计上出现了两种截然不同的方案。

一种是工程师们称为重力坝的方案，依靠质量或重量来阻挡水的流势。重力坝需要大量的混凝土。

另一种是拱形水坝方案，以其形状或形态来减缓水势。拱形墙可以通过将水流的水平力传给两边的岩壁来阻挡水流，就像拱桥将其垂直重量和交通重量传给桥墩一样。

与重力坝相比，拱形坝所需的材料要少很多，却能起到同样阻挡水流的作用。

胡佛大坝的拱形设计对于当时的垦务局来说，是一个非常激进的想法。

该局设计过一些较小的重力坝，并以一定的曲率来增加强度。1924年，该局的总工程师弗兰克·韦茅斯（Frank Weymouth）。完成了胡佛大坝具有一定拱形曲率的重力设计。曲率不是必需的，因为巨大的重量就能保证大坝的安全。

大坝设计的激进之处在于它前所未有的规模和建造速度。一个年轻的工程师约翰·L.萨维奇（John L. Savage）接替了韦茅斯的工作，并在接下来的5年里对设计进行了改进。

到20世纪20年代，土木工程师们已掌握了如何设计重力坝——其中上游侧几乎是垂直的，而下游侧的坡度较平。这种形状可以理解为上游坝壁和坝基形成的是一个直角三角形。

工程师们还了解大坝需要抵抗的主要力量，主要是水压在大坝上所产生的倾覆力，还有一个较小的向上的压力，称为上浮力，这可能是大坝下的渗水引起的。利用一些公式，工程师可以确定重力坝需要多少混凝土来抵挡坝后面的水并保证安全。

1928年3月28日晚上，一个刚刚完工的小曲率重力坝——圣弗朗西斯大坝（St. Francis Dam，位于洛杉矶西北40英里）倒塌了。

这成为20世纪美国工程史上最大的事故。

面水墙呼啸着冲下一个50英里长的山谷，最终冲进了太平洋，导致超过400人死亡。人们对胡佛大坝的设计产生了怀疑。

对圣弗朗西斯大坝事故的调查结果认为，事故是设计中有问题的地基和其他缺陷导致的，而不是拱形这一设计导致的。

一批工程师检查了胡佛大坝的最终设计，并要求增加一些混凝土以使大坝的地基更宽。

垦务局工程师杰克·萨维奇本可以拒绝再增加混凝土，因为最初的设计已经使用了4倍于安全所需的混凝土的量。

胡佛大坝的建造计划要求在峡谷壁内挖掘四条隧道，科罗拉多河两岸各两条，每条隧道长约3/4英里（1英里约1609米），直径50英尺（1英尺约0.3米）。

挖掘这些隧道是为了使河流改道，以便在干涸的河底架设结构。

大坝将高出基岩726英尺，是以往普通大坝的两倍，基座从后到前是660英尺，坝基在顶部逐渐缩小，从后到前是45英尺，宽度足以铺设一条道路。大坝的坝顶长度，即从峡谷一壁到另一壁的弧形坝顶长度，将达到1282英尺。

河流改道后，工人们将用混凝土筑起大坝，建成后，将拦蓄形成一个长115英里、深585英尺的湖泊。

勘察现场并制定详细的建设方案后，垦务局于1931年3月向私人承包商招标，中标价为4880万美元（相当于2010年的7亿美元），中标公司是一个被称为“六家公司”的西方企业联盟。

1931年夏天，大坝开始施工建设。为获得中标书，“六家公司”联盟曾求助于一位著名的建筑工程师法兰克·高尔（Frank Crowe），在之后聘请他为建设胡佛大坝的工程师。他以按时完工和低于计划的成本享有声誉。

另一位缅因大学的毕业生高尔在垦务局的同事沃克·杨（Walker Young）在1924年后留在垦务局，并在胡佛大坝上担任监理工程師，以确保大坝建设符合要求。

高尔需要招募新的工人来补充施工队伍，在为工人建成工地住房之前，大坝建造工程就于1931年春天开始了。

工地上的生活条件非常简陋，工人们住在帐篷或棚屋里，白天温度达到48℃，水和食物都很缺乏。

在一群工人罢工抗议后，高尔不得不在经济大萧条不断加剧的情况下，重新雇用其他愿意接受这份工作的工人。1931年秋天，大坝工人们终于住进了有空调的房间，得到了淡水、充足的膳食和医疗服务。

第一年，主要工作是开挖4条引水隧道。

高尔让工人们分三班，每班8小时日夜不停地在隧道里工作。开凿隧道需要用炸药爆破岩石，清理碎石后再爆破，每次只能前进几英尺。

“高尔如果不在办公室，就在大坝下面。哪怕凌晨两点看到他在下面四处观察，我也不会感到惊讶。”一位工人回忆说。

随着隧道向深处挖掘，机动车发动机排出的废气，损害了里面的一些工人的健康，但工程继续向前推进。

到1933年初，隧道已经全部挖通，并铺上了混凝土。当工人们把隧道挖到岩石深处时，另一些被称为“定高标尺工”的工人则在进行着更危险的工作：

他们钻孔凿除石块来修整峡谷壁，使其表面更加坚硬和光滑，以便与未来的大坝相连接。

随着大坝修建工作的进行，美国经济陷入低谷。从1929年股市崩盘到1933年初美国的银行系统崩溃，工业生产减少了一半，全国失业人口达到1/4。

富兰克林·罗斯福（Franklin Roosevelt）在1932年赢得了美国总统大选，他承诺为美国人民实施新政，由联邦政府出资建设新的公用工程来促进经济复苏。

1933年3月就职后，罗斯福肯定了胡佛大坝对国家的重要性。为了不将功劳归于胡佛总统，罗斯福政府的内政部长将大坝改名为博尔德大坝。

1933年春天，高尔在河的上游筑起了一道临时屏障，即“围堰”，将科罗拉多河分流到引水隧道，而下游一侧的围堰则将科罗拉多河的水流拦阻在下游，防止回流。这道屏障可以让施工人员将河底挖掘到基岩。

6月，施工人员开始为大坝主体铺设混凝土，将沙子、砾石和水泥混合在一起，在硬化之前将其倒入巨大的木箱（模具）中。混凝土在凝固时会释放出热量，管道将冷水引入每个木箱，加速冷却以防形成裂缝。

混凝土凝固后，施工人员拆除的模具木板缝隙都用称为“灌浆”的水泥搅拌物密封，管道也被灌上灌浆料密封。

由于大坝修建的高度超过了起重机所能达到的高度，高尔利用他早期在建造大坝时的一项创新——一条空中索道，可以运载6吨的巨量混凝土，浇灌到下方的木板模具里。

高尔雇用的施工人员工作非常谨慎，每月的混凝土浇筑量从1933年6月的2.8万立方码（1立方码约0.765立方米），提高到了1934年3月的26.2 万立方码。

1935年2月竣工时，工程比计划提前了18个月完工，大坝的混凝土量为3 25.1 万立方码。

1935年9月30日，罗斯福总统为大坝举行了落成典礼。

1938年，南加州大都会水务区在这里完成了一项较小的水利工程——帕克大坝，并修建了连接大坝和洛杉矶地区的242英里长的输水管道;在更远的南方，亚利桑那州尤马的一座低坝，垦务局的工程师在墨西哥边境修建了一条新运河供水。

新运河将科罗拉多河与帝王谷以及附近的科切拉谷连接起来。这些大坝建成后，南加州沙漠地区就可以顺利地进行农业生产了。

1938年，胡佛大坝的发电站开始通过新建的输电线路向洛杉矶输送电力，1941年通向洛杉矶的科罗拉多水渠开始供水。1947年，共和党占多数的国会将博尔德大坝改回今天的名称——胡佛大坝。

胡佛大坝在整体设计上不具有颠覆式的创新性，但它在建设上取得了突破性的成就，同时胡佛大坝的高度也是前所未有的。

在加州中央河谷、太平洋西北地区和密苏里河流域的其他工程上，土木工程师遇到了不同的挑战。

中央河谷长450英里，从其中流出了两条河流至加州内陆。

萨克拉门托河发源于毗邻俄勒冈州边界的山区，流向州府萨克拉门托南部的三角洲，在那里与从内华达山脉向北流到弗雷斯诺附近的圣华金河汇合。这两条河流随后流入旧金山湾。

中央河谷2/3的降水量都集中在河谷北部，经常造成萨克拉门托河泛滥，而圣华金河和南部河谷的雨水却很少。

1923年，加州水务工程师发布了一份报告，敦促在北部修建水库和渠道，以防控洪水泛滥，并将多余的河水引入南部。

到了20世纪30年代初，这些想法已经形成更加全面的方案：在每条河流的源头附近修建大坝，灌溉北部和南部山谷并发电。1937年，罗斯福政府指定墾务局建造和运营这两座水坝，作为中央河谷工程的一部分。

北部的大坝被称为沙斯塔大坝（Shasta Dam），因为附近有沙斯塔山，会拦截萨克拉门托河。法克兰·高尔同意为太平洋承包商工程公司建造沙斯塔大坝，该公司赢得了合同。

在圣华金河的源头，南部大坝——弗里恩特大坝（Friant Dam）的工程也于1938年7月开始动工，于1942年完工。运河从大坝向北、向西、向南延伸，向圣华金河谷输送灌溉用水。

大坝、运河和泵站使中央河谷的农业得到快速发展，还包括南部由科罗拉多河水供应的山谷，加州现在可以为全国供应50%的水果和蔬菜。

20世纪30年代和40年代，联邦政府又开始在太平洋西北地区的哥伦比亚河沿岸修建水坝。

为了利用这里的水力，工程兵团在哥伦比亚河上俄勒冈州波特兰以东40英里处的邦纳维尔修建了一座大坝;垦务局则在该河上游的华盛顿州东部的大古力峡谷（Grand Conlee）上，也修建了一座大坝。

为解决20世纪30年代美国的失业问题，每个州的参议员都同意，如果本州能建设一座水坝，也会支持另一个州建设一座水坝。

邦纳维尔大坝和大古力峡谷大坝及时完工，为美国“二战”期间的生产力作出了超乎想象的贡献。

这些工程，也共同重塑了美国密西西比河以西的风貌。

大坝建设始于20世纪30年代，其规划始于20世纪20年代。

胡佛大坝的规划始于1922年的《科罗拉多河协定》，而中央河谷项目则源于1923年的一项州倡议。

哥伦比亚河和密苏里河上的大坝源于1925年的《河流和港口法案》（Rivers and Harbors Act），当时国会命令工程兵团对美国的主要河流进行调查，以评估其水力发电的潜力。这些被称为“308报告”的调查，为哥伦比亚河和密苏里大坝提供了初步的资料。

20世纪20年代，联邦政府并没有计划建造大坝和发电设施;国会和联邦政府认为，如果这些投资值得，私营公共事业企业就会进行这些投资。随后经济大萧条，私人不可能进行如此大规模的投资。

1933年，联邦政府雄心勃勃地开始了胡佛大坝等一系列项目。

大坝建设所雇用的人员，只占因经济大萧条而失业的人员的一小部分，但这些工程在经济低迷时期给国家带来了希望。

太平洋西北地区修建水坝所带来的效益，也以牺牲河流生态为代价的。

到1940年，水电供应已占美国电力的1/3，并在1941年为“二战”时提供了急需的电力。

“二战”后，电力需求的增长超过了现有水坝的供应能力，但美国建造的大型水坝的数量达到了极限。20世纪后期，水电所占的份额下降到约占美国发电量的9%。

美国西南部的大坝依靠充足的降雨满足了水库的需求。到20世纪末，干旱使得胡佛大坝和其他大坝的水位下降。加州的奥罗维尔大坝（Oroville Dam）一度几乎坍塌，当时降雨异常，水量超出了警戒线，紧急泄洪通道面临了巨大考验。

胡佛大坝后面的水库——米德湖，泥沙淤积的速度也超过预期。

为了减少淤泥堆积，给科罗拉多河流域上游各州储备更多的水以备干旱时期使用，1956年，垦务局决定在犹他州的科罗拉多河支流绿河上建造两座新的大坝。

因为建造这些大坝会使恐龙国家纪念公园被淹没，所以遭到了以塞拉俱乐部为首的环境保护主义者的反对。

垦务局为达成妥协，同意取消大坝建设，后决定在科罗拉多河上亚利桑那州偏远的格伦峡谷（Glen Canyon）建设一个新的大坝，于1966年完工。

20世纪30年代，第三个联邦机构——田纳西河流域管理局利用水坝和其他措施，在东部一个水资源丰富的地区营造了更加现代化和繁荣的生活。通过庞大的水利和电力工程，联邦政府促进了战后密西西比河以西地区的发展。

田纳西河流域管理局的领导人，以一种更直接的方式，利用公共工程以重构社会。

本文选编自《思维决定创新：20 世纪改变美国的工程思想》，小戴维·P. 比林顿著，计宏亮，安达 ，王传声，王玉婷 ，魏敬和翻译，中译出版社授权刊载，2022 年6 月出版。