第1章 绪论
1.1 建坝历史
美索不达米亚东边扎戈罗斯（Zagros）山脉丘陵地区的农民也许是第一批建造水坝的人，在该地区考古发现了8000年前的灌渠［1］。到了6500年以前，苏美尔人在沿底格里斯河与幼发拉底河下游平原上，建立起纵横交错的灌溉网络。现存世界上最早的水坝是公元前3000年建造的古城佳瓦（Jawa，现在约旦境内）供水系统水坝的一部分。该供水系统包括200m宽的溢流堰，通过这个溢流堰，水被分配到10多个小型的水库中，这些水库的水坝中间最大的有4m多高，80多m长。此后400年，大约是在修建第一座金字塔的时代，古埃及的工匠在开罗附近的季节性溪流上修建拦水坝，这些大坝主要由沙、卵石和岩石堆积而成，一般高度在14m左右，长度则超过100m。
在公元前1000年的末期，石头和泥土修建的水坝在地中海地区、中东、中国和中美洲等地出现了。现存的特色最鲜明的是罗马水坝，迄今为止这些水坝在水利工程方面继续发挥着作用。在西班牙，一座高46m的石坝于1580年在阿里坎特（Alicante）附近开始兴建，14年后竣工，该水坝在高度及规模上大约保持了300年左右的世界纪录。
南亚建造水坝的历史也很悠久。公元前4世纪开始，斯里兰卡各城市便开始修建长长的土堤来蓄水。这些早期的土石坝在公元前460年被加高，有的高度达到34m，是当时世界最高的水坝，这个高度纪录保持了1000多年。
将流水的能量转化为机械能的历史几乎与灌溉一样久远。古埃及和苏美尔使用一种称为戽水车（Noria）的水轮，在轮的四周边缘上挂着水桶从河或渠道中戽水。到了公元前1世纪，罗马人用水车来磨谷物。1086年，英王威廉一世颁布的土地调查清册（Domesday Book）记载，英国当时有5624座水车，大约每250人便有一座。
水车不仅仅用来提水和磨谷物。在中世纪晚期，它们在大工业中心的德国和意大利北部有着多种用途，包括为造纸而捣乱破布头、打铁、压制皮革、纺丝线、粉碎矿石和从矿井中抽水。19世纪工业革命蓬勃发展的英国，差不多修建了200座高15m的水坝，主要是为了蓄水以供不断扩大的城市之用。1900年，英国的大型水坝数目几乎是全世界其他国家大型水坝的总和。19世纪的水坝主要是土石坝，其设计基本上根据试错法，直到1930年之前，对于泥土与岩石在压力作用下有什么样的力学特性，几乎没有什么科学理论研究依据。19世纪水坝建设者也几乎没有任何准确的水文气象资料，也没有多少统计工具来分析业已获得的水文数据。其后果可想而知，这个阶段的大坝失事率很高。
法国工程师福内戎（Benoit Fourneyron）于1832年完善了首台水轮机，极大地提高了水车的效率。自水泥问世以来，建筑业的迅速发展最终促进了19世纪后半叶电力工业的迅速发展。世界上第一座水电站建在威斯康新州阿普尔顿（Appleton）的一座拦河坝内，于1882年开始发电。随后，在意大利和挪威也相继建成了水电大坝。
在以后的几十年间，小型电站纷纷在欧洲、亚洲、北美洲湍急的河流上被修建，成为20世纪早期的一大景观。开始于1931年兴建的胡佛大坝开创了近代史上真正意义上的大坝修建先河，使得各国在随后几十年的水电开发中，大坝规模不断扩大，装机容量越来越大的巨型电站应运而生，极大地推动了水电能源科学技术的发展。
到20世纪40—60年代，建设大型水坝几乎成了经济发展和社会进步的同义词，水坝建设风起云涌，20世纪60—70年代达到顶峰时，全世界几乎每天都有2～3座新的水坝投入工作。然而，随着大坝的不断建成，大坝的一些负面效应也日益显现，关于水坝利弊之争诞生了。水坝利弊之争主要针对大型水坝。大型水坝是指水坝高度（从地基处算起）大于或等于15m，或者坝体高度在5～15m之间但其水库总储水量超过300万m3。据国际大坝委员会（ICOLD）统计的资料，目前全球至少已建成4.5万座大型水坝，全世界有一半的河流至少建有一座大型水坝，分布在140多个国家，其中我国的大型水坝有25800多座。而我国的三峡大坝可谓是“坝中之星”，是目前世界上规模最大的水坝［2］。
当今世界上有24个国家依靠水电为其提供90%以上的能源，如巴西、挪威等国；有55个国家依靠水电为其提供50%以上的能源，包括加拿大、瑞士、瑞典等国；有62个国家依靠水电为其提供40%以上的能源，包括南美的大部分国家。全世界水电的发电量占所有发电量总和的19%，水电总装机容量为728.49GW。发达国家水电的平均开发度已在60%以上，其中美国水电资源已开发约82%，日本约84%，加拿大约65%，德国约73%，法国、挪威、瑞士也均在80%以上。
美国有大小坝（坝高15m以上）8724座，水电总装机容量为75.5GW，年发电量为300TW·h，另有抽水蓄能电站装机容量19GW，水库总库容为135000亿m3，位居世界前列。从19世纪末以来，美国退役的大坝总数为578座。
加拿大有804座大坝，其中596座大坝以发电为主。
巴西有大坝634座，其中专为发电修建的大坝有240座。
截至2012年年底，我国坝高30m以上的大坝共4700多座（其中在建坝高30m以上大坝有132座），与世界各国相比，我国的水电总装机已居世界第一，年水电总发电量居第四，总库容居第三位。