基礎設施過去、現在和未來案例集/胡佛大壩
這份案例集是關於胡佛大壩的案例研究，由 Leul Lakew、Abrar Samimi-Darzi、Cooper Gandy 和 Karen Herrera 作為基礎設施過去、現在和未來的一部分：GOVT 490-004（政策與政府綜合研討會）/ CEIE 499-001（土木工程專題）2021 年秋季喬治·梅森大學的Schar 政策與政府學院和Volgenau 工程學院 Sid 和 Reva Dewberry 土木、環境和基礎設施工程系。模仿 交通系統案例集。在 Jonathan Gifford 教授的指導下。
[參考文獻 - 第 1 部分 [1]]
胡佛大壩（以前稱為博爾德大壩）位於美國內華達州克拉克縣和亞利桑那州莫哈維縣的科羅拉多河上。胡佛大壩最初由亞瑟·鮑威爾·戴維斯於 1922 年提出，旨在防止洪水、將水引向新興社群併產生水力發電。大壩的提案將在 1928 年由庫利奇總統授權，並簽署為“博爾德峽谷專案法案”，該法案為該專案撥款約 1.65 億美元。胡佛大壩建在科羅拉多河的布萊克峽谷，於 1931 年開始建設，由六家公司股份有限公司建造。在建設時，胡佛大壩是當時世界上最大的人工混凝土結構和水壩。由於建設發生在大蕭條時期，大壩的建設吸引了成千上萬的工人前往內華達州尋找工作，其中許多人前往當時的小城拉斯維加斯。
大壩的建設一直伴隨著爭議和阻力。由於該專案的性質和規模龐大，在建設過程中使用的許多技術都是實驗性的，沒有經過驗證。由於其 1.65 億美元的造價，許多決策者對該專案猶豫不決，擔心大壩可能失敗，以及引流的水將幾乎全部流向加利福尼亞州。這個問題將在當時的商務部長赫伯特·胡佛的幫助下得到解決，他建立了 1922 年的科羅拉多河公約，將水按比例分配給受該大壩影響的七個州。科羅拉多河公約簽署幾年後，大壩的建設就開始了。
胡佛大壩是由六家公司股份有限公司建造的，該公司是由八家公司組成的合資企業，前五家公司分別是莫里森-克努森公司、猶他州建築公司、J.F. 謝亞公司、太平洋橋樑公司、麥克唐納和卡恩有限公司；組成六家公司的另外三家公司是[另一個合資企業]公司，包括 W.A. 貝克特爾公司、亨利·J·凱撒有限公司（也稱為凱撒鋪路公司有限公司）和沃倫兄弟公司（也稱為馬薩諸塞州的沃倫兄弟）。[2][3][4][5][6]
- 莫里森-克努森公司（Morrison & Knudsen Co.）：是一家總部位於愛達荷州博伊西的建築公司，[5]由哈里·莫里森和莫里斯·克努森[7]創立。
- 猶他州建築公司（Utah Construction Company）：是一家總部位於猶他州奧格登的建築公司。
- 其兩位關鍵領導人埃德蒙·O·瓦蒂斯和威廉·H·瓦蒂斯在建立六家公司合資企業的組織結構和併入方面發揮了主導作用。[5]
- J.F. 謝亞公司：是一家建築公司，在胡佛大壩建設時總部位於俄勒岡州波特蘭。[5]
- 太平洋橋樑公司（Pacific Bridge Company）：是一家總部位於俄勒岡州波特蘭的工程公司[8]和建築公司。[5]
- 麥克唐納和卡恩有限公司（MacDonald & Kahn Construction Co.）：是一家總部位於加利福尼亞州舊金山的建築公司[5]
- [另一個合資企業]公司（由於這些公司沒有足夠的資金作為個人合夥人加入六家公司，因此他們合併了資源以符合資格）
- 弗蘭克·T·克勞是一位土木工程師，美國墾務局（現稱為墾務局）的前施工總監，當時受僱於莫里森-克努森公司，由於他在大壩建設和水利開發方面的先前技術經驗，被指定為（六家公司）合資企業胡佛大壩的主要總監。[5]
- 亨利·J·凱撒有限公司的亨利·約翰·凱撒是胡佛大壩的兩名建築師之一。[12]
- 戈登·伯尼·考夫曼是胡佛大壩的兩名建築師之一。[12]
美利堅合眾國聯邦政府在胡佛水壩的建造以及與科羅拉多河系統和科羅拉多河盆地相關的博爾德峽谷工程中發揮了關鍵作用。 [13][14][15]美國政府也是該大壩的現任所有者。
1922 年科羅拉多河公約是七個科羅拉多河盆地州和美國政府之間的一項州際公約，該公約涉及與科羅拉多河（博爾德水壩和其他博爾德峽谷工程都建在此河上）相關的州際水資源共享。 [13]
- 亞利桑那州：由專員W.S.諾維爾代表
- 加利福尼亞州：由專員W.F.麥克盧爾代表
- 科羅拉多州：由專員德爾夫·E·卡彭特代表
- 內華達州：由專員J.G.斯克魯厄姆代表
- 新墨西哥州：由專員斯蒂芬·B·戴維斯（ Jr.）代表
- 猶他州：由專員R.E.考德威爾代表
- 懷俄明州：由專員弗蘭克·C·埃默森代表
- 美利堅合眾國（美國聯邦政府）：由赫伯特·胡佛以美國政府代表的身份[13]擔任指定職位，同時擔任商務部- 商務部部長（他後來成為美國總統）。
事件時間表
1869 年 5 月 - 約翰·韋斯利·鮑威爾少校（一位獨臂的美國內戰老兵，也是美國地質調查局 (USGS) 局長）進行了他的第一次有記錄的科羅拉多河之旅，透過大峽谷，沿著科羅拉多河向下遊，記錄地形的資料，供公眾使用/情報。
1902 年 4 月 - 總統西奧多·羅斯福簽署了墾務法案。墾務局工程師開始調查科羅拉多河的潛在用途。
1905 年 3 月 - 暴雨導致科羅拉多河洪水湧入帝國谷，在 150 平方英里的範圍內形成了一片內陸海。在水位恢復正常之前，大約造成了 300 萬美元的損失。
1920 年 4 月 - 國會通過了金凱德法案，授權內政部長調查帝國谷內陸海的形成。
1922 年 2 月 - 阿瑟·P·戴維斯（在調查後，回應國會關於金凱德法案的請求）建議在科羅拉多河上建造一座高壩。他表示，政府可以透過向南加州的城市出售大壩產生的電力來收回建造成本。
1928 年 12 月 - 博爾德峽谷工程法案由加利福尼亞州參議員希拉姆·約翰遜和眾議員菲爾·斯溫提出，在眾議院和參議院透過，並由總統卡爾文·柯立芝簽署。
1929 年 6 月 - 赫伯特·胡佛負責談判，七個流域州中的六個批准了科羅拉多河公約。流域州包括亞利桑那州、加利福尼亞州、科羅拉多州、內華達州、新墨西哥州、猶他州和懷俄明州。亞利桑那州沒有批准建造大壩。
1931 年 3 月 - 墾務局開始招標建造大壩。中標價格為 48,890,995 美元，由 6 家知名建築和設計公司組成的私人合資企業中標。
1932 年 11 月 - 11 月：科羅拉多河被引流到水壩工地周圍。
1933 年 6 月 - 胡佛水壩工地開始澆築第一批混凝土。
1935 年 2 月 - 胡佛水壩開始在米德湖蓄水。
1935 年 5 月 - 水壩工地澆築了最後一批混凝土。
1935 年 9 月 - 總統富蘭克林·D·羅斯福出席了博爾德（胡佛）水壩的落成典禮，並發表了講話。
1947 年 3 月 - 眾議院決議 140 正式宣佈將博爾德峽谷的大壩命名為胡佛水壩，以紀念前總統赫伯特·胡佛，該決議提交國會。兩天後透過，並轉交參議院審議。
1947 年 4 月 - 總統哈里·S·杜魯門簽署了一項決議，正式宣佈將博爾德峽谷的大壩命名為胡佛水壩。
現在 - 美國最大的水庫（米德湖）的水位處於歷史最低點。從 2022 年開始，未來一年將削減水量配給。亞利桑那州將受到最大的削減，達到 8%。
作為當時最大的混凝土結構，胡佛水壩的建造涉及許多風險。政府承擔了大量風險，撥款了 1.65 億美元，相當於今天的 26 億美元。如前所述，胡佛水壩採用的許多建築方法都是實驗性的，而且很大程度上未經檢驗。這給政府帶來了很大壓力，因為如果這個專案失敗，政府將受到很多負面關注，再加上即將到來的經濟大蕭條，將改變公眾對政府的看法。
另外，七個州將從該水壩中獲益，這也存在風險。如果水壩失敗，圍繞河流形成的許多城市可能無法繁榮起來，這將損害西南部的發展。如果沒有水壩，這些城市的灌溉用水不足將摧毀這些地區的農業。即使水壩破裂，也存在風險。如果水壩破裂，超過 3.5 萬億加侖的水將會被釋放，對沿途的一切造成巨大破壞。所有依賴大壩水源的城市都將乾涸，並遭受嚴重乾旱。
在修建過程中，許多風險都落在了建造大壩的工人身上。除了建造大壩本身帶來的風險之外，由於缺乏經過驗證的施工技術和惡劣天氣，官方統計資料顯示，有 96 名工人死於施工過程中。官方統計中沒有包括的死亡人數包括死於肺炎、中暑或其他與大壩無關的死亡。
政策與技術問題
[edit | edit source]地質
胡佛大壩的建造始於引水隧道的開挖，這些隧道用作水源。由於岩石眾多，工程師們不得不使用炸藥在某些區域清除岩石。該專案是由於其工程設計和工人的幫助而得以建立。從那時起，工人們不得不剷除 382 立方米的沉積物才能到達基岩層。1933 年 6 月 6 日，在水壩底部澆築了混凝土。然後，在 1935 年 5 月 29 日，又澆築了一層混凝土，完成了該專案的一部分。這是導致胡佛大壩建造的最重要的事情之一，但也是工程師們面臨的一項挑戰。混凝土的乾燥需要很長時間，這會導致專案延誤數年。解決這個問題的方法是使用行列式和使用泵將冷水透過管道輸送。這取得了成功，因為他們能夠在大壩預期建造時間提前兩年完成建造。
大壩是用相互交鎖的塊體建造的，最大的塊體尺寸為 25 英尺 x 60 英尺，最小的塊體尺寸為 25 英尺 x 25 英尺。工程師們不得不發揮創造力，選擇如何輸送混凝土。他們決定使用水桶將混凝土運送到這些塊體中。從那時起，“拉力機”就會將混凝土夯實到適當位置。這是專案的重要組成部分，因為如果操作不當，可能會在以後形成氣穴。
經濟
1922 年，聯邦主管亞瑟·鮑威爾·戴維斯設計了一項計劃，向國會提出“博爾德峽谷專案”。該計劃表明，修建大壩的好處包括防洪、灌溉，它將包含水力發電的使用和銷售。由於該專案耗資近 1.65 億美元，國會猶豫是否簽署該專案。有助於胡佛大壩建成的因素之一是 1922 年由赫伯特·胡佛建立的科羅拉多河公約。這確保了水資源在亞利桑那州、新墨西哥州、猶他州、科羅拉多州、懷俄明州、內華達州和加利福尼亞州之間公平分配。由於總統的貢獻，胡佛大壩於 1928 年 12 月以總統的名字命名。
胡佛大壩由於時間框架而面臨經濟問題。胡佛大壩建於大蕭條時期，這使得籌集資金和招聘工人變得困難。為了解決這個問題，內華達州在博爾德城為工人建造了 5000 套房屋。這成為許多在大蕭條時期面臨困境的失業男子的一個激勵因素。該城市沒有民選官員，由美國墾務局管理。為了創造收入，還修建了博爾德大壩酒店。這座酒店被用來舉辦活動，並邀請重要的政治人物前來，提高對大壩的認識。
環境
大壩的建造對環境產生了負面影響。首先，大壩擾亂了水生生物和生態系統。首先，它導致了許多棲息地的破壞。這導致了水流方向發生巨大變化，從而導致沉積物進入水體。大壩降低了水溫，因此許多魚類死亡。研究表明，野生動物種群數量減少了 76%。大壩也與許多生態系統的破壞有關。多年來，由於水旱災害，人們越來越擔心。水位下降了 1071.56 英尺，引發了一些擔憂。由於乾旱，許多農民受到影響，被迫放棄了農場。
水權
19 世紀 90 年代，希拉河的水流停止流入，現在被分配到其他地區，以幫助當地農民、定居者等。許多印第安人沒有水可用，這影響了他們的作物生長。1908 年，此案上訴至法院，最高法院對此案沒有做出任何改變。為了建造胡佛大壩，他們必須包括為皮馬部落提供水源。他們達成了一項協議，後來成為大壩建造的原因之一。不幸的是，情況沒有發生任何改變，該部落仍然沒有獲得足夠的水。結果，他們無法經濟發展，許多人死亡。許多人認為，大壩的建造導致 500 多名印第安人死亡。亞利桑那州最終從大壩提供的水源中受益。
案例敘述
[edit | edit source]背景
19 世紀 90 年代後期，美國試圖開發西南部，科羅拉多河被視為新興城市理想的水源。最初嘗試利用河流資源是透過開挖運河來引水灌溉。雖然運河確實提供了足夠的水來鼓勵周圍山谷的定居，但運河很快證明維護和運營成本過高，最終會發生決堤，並流入索爾頓盆地，將其填滿，形成了索爾頓湖。[1] 1902 年，愛迪生電力公司對河流進行了勘測，希望建造一座水力發電大壩，但由於當時的技術限制，該專案最終失敗。然而，亞瑟·鮑威爾·戴維斯接受了這一想法並將其擴充套件，提出了最終成為胡佛大壩的專案。在他最初的提議於 1922 年被拒絕後，戴維斯與墾務局 (BOR) 合作，撰寫了一份新報告，建議在博爾德峽谷的科羅拉多河上建造一座大壩，用於防洪和水力發電。儘管最初被稱為博爾德峽谷專案，但大壩最終在黑峽谷建造，因為 BOR 對該地點進行了調查，發現黑峽谷擁有理想的建造條件。胡佛大壩遭到了巨大的審查和批評，因為相關州擔心大壩產生的水和電力不會平均分配，繁榮的加利福尼亞州將獲得大部分利益。為了緩解這種批評，科羅拉多州律師德爾夫·卡彭特提議七個州（亞利桑那州、加利福尼亞州、科羅拉多州、內華達州、新墨西哥州、猶他州和懷俄明州）應該組建一個州際協定。在與當時的商務部長赫伯特·胡佛會面後，科羅拉多河公約於 1922 年 11 月簽署。[5] 即使有科羅拉多河公約，大壩仍將受到嚴格審查，尤其是在加利福尼亞州聖弗朗西斯大壩失敗後，該大壩的設計與胡佛大壩的擬建方案類似。在這起事件發生後，國會成立了一個工程師委員會來審查大壩，他們認為該專案可行，但仍建議謹慎建造。1928 年 12 月 21 日，總統庫利奇簽署了授權博爾德峽谷專案法案的法案，撥款估計 1.65 億美元用於該專案。一家名為六家公司聯合體的公司最終贏得了建造大壩的投標。
建造
由於大壩需要在乾涸的河床上建造，因此首先要將科羅拉多河的水引走。透過使用炸藥炸燬峽谷，建造了四條 56 英尺寬的引水隧道（河的兩側各有兩條）。然後，工人們用錘子進一步敲碎峽谷中的岩石。然後，他們用開挖出來的岩石建造了圍堰，將水流強迫進入引水隧道。
河床乾涸後，工人們必須將峽谷表面抹平，以防止洩漏並允許安裝設計好的大壩。胡佛大壩採用重力拱壩設計，可以利用其混凝土重量和所蓄水量的重量來保持其位置，將其壓入峽谷底部和牆壁，這就是為什麼峽谷表面必須光滑的原因。安全帽的概念也是在胡佛大壩建造的這一階段發明的。
如果將大壩的全部混凝土一次澆築，混凝土將需要 125 年才能乾燥，並且也會在自身重量下破裂。因此，大壩被分成幾個矩形的模塑部分。這些模具配備了鋼製管道，將河水輸送穿過它們，以便混凝土更快地固化。該部分固化後，他們使用相同的方法在上面建造一個模具部分，直到建造完成大壩的整個牆體。隨著牆體越來越高，將混凝土運送到需要的地方變得越來越困難。因此，他們設計了懸索，將裝滿混凝土的水桶吊到上面。建造大壩使用了近 9000 萬立方英尺的混凝土。這是迄今為止建造的最大的混凝土結構。這座 726 英尺高的大壩完工後，引水隧道被封死，形成了我們今天所知的米德湖水庫。結構的水力發電站部分是在主壩結構建造期間建造的。水力發電設施發電量為 42 億千瓦時。
影響和運營
如今，胡佛水壩歸美國政府所有，由美國墾務局管理。胡佛水壩帶來了水力發電這種創新的發電方式。水力發電幫助許多工廠和工廠獲得電力。水力發電的創造也幫助了許多農民，因為他們現在有了水源。大壩不僅成為最大的建設專案，也成為最大的電力來源。在此期間，該專案幫助在真正需要的時候提供了工作機會。胡佛大壩也吸引了西部地區，增加了旅遊業，最終導致社會和經濟的雙重增長。目前，胡佛大壩每年發電 40 億千瓦時，為內華達州、亞利桑那州和加利福尼亞州提供電力。[18]
我們如何才能應對威脅胡佛大壩的乾旱，並將水位恢復到原始狀態？
如果胡佛大壩真的乾涸了，有什麼可行的替代方案可以為依賴它的州提供新的電力和水源？
如果沒有胡佛大壩，您認為美國西南部會如何發展？
1. 利用聯邦資金支付國內基礎設施建設，這些基礎設施會產生收入（在本例中是發電），是聯邦資金的低風險投資，具有很高的長期回報率。到 1987 年，胡佛大壩的建設成本已連同利息償還給聯邦資金。
2. 我們越早了解我們的環境並就發展目標達成一致，我們就越早能夠採取行動改善環境。科羅拉多河之所以有用，是因為它具有高坡度，可以輸送水。我們能夠利用河流的流量來發電、灌溉農田、防止洪水、創造就業機會和刺激經濟。但這種對環境的理解以及透過法案建立這種基礎設施是一個 50 年的過程。
3. 由於氣候變化，我們必須建設能夠控制更大範圍水文條件的基礎設施。美國西南部各州正在經歷美國曆史上最長的乾旱。我們必須增加水資源基礎設施必須控制的條件範圍。這可以透過設計能夠應對水文條件（如流量和流速）的重大變化的水資源基礎設施來實現。
將鮑爾德大壩名稱更改為胡佛大壩。 (1947)。 [s.n.]。
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