| 水博：浅谈紫坪铺大坝与汶川地震的关系 |
| 送交者: 御风行者 2008年05月29日09:06:47 于 [史地人物] 发送悄悄话 |
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浅谈紫坪铺大坝与汶川地震的关系 文/水博 摘要 关于水电站与地震的关系问题，可以分为两个方面考虑：一是地震对大坝安全性的影响，二是大坝建成蓄水以后诱发地震的问题。 1.地震对大坝的影响 地震对人类的威胁确实很大。地震对大型水坝的安全性问题一直是水利水电工作者关注的主要问题之一。工程的抗震能力也是我国水利水电工程中的一个重要分支，我国研究水利水电技术的专门机构---中国水利水电科学研究院内设有专门的抗震研究中心，在水利水电工程规划设计方面，国家已经制订了一系列的工程抗震设计规范，每个工程都必须严格遵守，每个工程的修建都必须达到这方面的技术标准。然而，我们关于地震对大坝安全性的影响，也不必过分的担心。就人类现有对地震的研究水平来看，人们总能够通过已有的地震资料分析和地质勘探，让准备修建的坝址避开强烈的地震的断裂带。同时，通过对坝址的地基处理和坝型选择，也可以大大降低地震对大坝工程的危害。 针对社会各界对我国西南地震高发地区的水电开发表示的担心，我国水坝抗震问题专家，中国水利水电科学研究院抗震研究中心的陈厚群院士在联合国水电与可持续发展研讨会上宣讲了他的研究成果(1)。他指出：为在我国西部开发丰富的水能资源并进行脱贫致富，在高地震区进行高坝大库的建设是难以避免的。同时他还通过对各种坝型中，抗震性能最差的高拱坝的深入研究的基础上，得出结论说：在中国水电的发展中，对高拱坝的抗震安全，并不存在难以逾越的技术障碍。实际上，这一结论公众也应该非常容易理解。现代人类在城市中建筑的很多高楼大厦，从结构复杂性上来说要比水坝的抗震难度大的多。现代技术既然可以在东京、洛杉矶这些地震高发区放心的建设高楼大厦，就根本用不着担心我们建设水坝的抗震技术和能力。我国从国外引进的大型振动试验台，就装备在中国水科院内。任何一座重要的大型水电工程几乎都经过了严格的地震模拟试验。所以，这次汶川的特大地震，震区没有一个水坝垮塌。就现有的工程技术水准而言，只要正确的认识到了地震的强度和活动规律，人们完全可以采用相应技术手段解决水坝的抗震问题。 2建坝蓄水对地震的影响 此外，关于大坝引发地震的问题，也是人们关注的话题之一。我们应该承认水库蓄水以后确实会引起一些地震的发生。水库诱发地震也分为两种情况，一种是在原本没有地震断裂带的地区，由于水坝的建设以后形成水库，水库蓄水改变了原来的地应力分布，从而产生了局部地震。这种情况比较普遍，但是，由于水库增加的水体重量通常是均匀的分布在一块较大的面积之上。这种情况就好像是在地表面盖上一床被子，不会产生很大的应力集中的情况，很难因为水体的重力出现使库区的地下岩层发生大规模断裂的地震现象。所以，仅仅由水库蓄水引发的地应力改变所产生的地震，一般都非常微弱，大多数都是3级以下人们难以察觉的微震（国际上也有一种观点认为，这类的地震一般不作为水库诱发地震考虑）。 因水库蓄水而诱使坝区、水库库盆或近岸范围内发生的地震，叫做水库诱发地震。根据精确定位的水库诱发地震的震中资料证明，震中位置均分布在坝区、水库库盆及近岸地段范围内，距库边线一般不超过3～5千米。坝区和库盆及其周边岩体中，有活动性断裂构造或者现代岩溶作用发育，断裂带或岩溶管道系统与库水有直接的水力联系，蓄水前有可靠的历史和现代地震记载，水库蓄水后就会诱发新的地震。按工程地质条件来分类，水库诱发地震具有不同的成因类型，主要有岩溶塌陷型和断层破裂型。其他类型的诱发地震震级很小，不会对大坝和周围环境造成危害，因此一般不作过多的研究。 熔岩塌陷型的地震一般也都不会产生强震，所以，水库诱发大地震的主要是断层破裂型地震。有些水库蓄水地区原来就是强地震区，有明显的地震断裂带存在，地球板块的缓慢运动使得原有的地应力积累就已经孕育着地震。在这种情况下由于水库蓄水打破了原有的平衡，导致了地震的延迟或者提前发生。这种情况下发生的地震，危害程度主要取决于原有的已经积蓄的地震能量。水坝蓄水可能只是引发或者说触发地震，而不是造成地震。而且，水库的水体重量本身也不可能制造出如此之大的能量。 总之，因水库蓄水而诱使坝区、水库库盆或近岸范围内发生的地震，叫做水库诱发地震。水库诱发地震的前提是水库建在将会发生地震的区域内，（即使不建水库这些地区的地震早晚也会发生，只不过由于水库建设的影响改变了地震发生的时间）。一般来说，由于水库蓄水的荷载的变化或者地下渗流、侵润作用，都可能会降低错动板块间的摩擦力，导致地震提前发生。 3、水库诱发地震不会增加地震强度的机理分析 按工程地质条件来分类，水库诱发地震具有不同的成因类型，主要有岩溶塌陷型和断层破裂型。岩溶塌陷型水库诱发地震最常见，多为弱震或中强震。断层破裂型水库诱发地震发生的概率虽然较低，但有可能诱发中强震或强震。我国的新丰江水库和印度的柯依纳水库的诱发地震都属于这种类型。我们以容易产生强震的断层地震为例，分析一下水库诱发地震有助于减轻地震强度的机理。 断层地震的产生主要在于地应力的积累、变化使断层产生了突然的破裂或者错动。而断层地震的发生条件就在于不同方向的地应力的合力克服了断层之间的摩擦力。当断层的摩擦力越大时，需要克服摩擦力的作用力就越大。这种情况下地震不容易发生，然而，一旦发生后地震的能量也就比较大。相反，如果断层之间的摩擦力越小，需要克服摩擦力的地震作用力就越小，越容易产生地震，同时地震产生后的能量也比较低低。所以说决定地震能量强弱的关键在于断层之间的摩擦力。从这一点上看，由于水库蓄水后将会加大地下渗流，水的侵润只能使原有的断层之间摩擦力降低。所以，水库引发的地震一般都会起到加快原有地震地区地震发生的现象，同时，还有减小原有地震地区的震级的作用。 因此，这种提前发生的地震，只是把原来该地区正在积蓄的地震能量提前释放，所以，水库诱发后的地震一般都会比原来自然发生的地震震级低、破坏性减小。根据各国的实际观测的情况也是如此，很多水库建成以后都会引发地震，但是这些地震往往都是震级很小，次数频繁。根据世界各国的记载并得到国内外地震、地质专家普遍承认的水库诱发地震约70~80起。绝大多数水库诱发地震的震级小于里氏5级，属于弱震或微震；较强的水库诱发地震不到总数的20％，其中5．0～5．9级的中等强度地震仅为十几例， 6.0～6．5级强度地震仅6例。目前世界上已记录到的最大的水库诱发地震为6．5级，1967年12月发生在印度柯依纳水库。 迄今为止，只有两例水库诱发地震对大坝局部地段造成较大的损害，一个是我国的新丰江水库(6．1级)，一个是印度的柯依纳水库，坝址处地震强度均为8度；经抗震加固后，至今都在安全运行。也就是说，迄今为止，世界上尚未发生因水库诱发地震而使大坝失事的实例。 4、紫坪铺大坝与汶川地震 根据水库诱发地震的分类和定义，我们可以发现，此次，汶川大地震从震级和震中位置上都不符合水库诱发地震的基本条件。首先汶川地震的震级高，水库的水体自身的重力是极为有限的，它不可能释放出如此之大的能量。其次是距离振中的位置离水库较远。国际上发生水库诱发地震的现象，主要是在水库库盘附近，再说紫坪铺水库相对来说还只是一个较小的水库，其有限的水体影响，一般不应该引起17公里之外的地层发生如此之大的变化。 此外，既然水库诱发地震的机理，是由于水库的蓄水引起来的，因此，水库诱发的地震，一般都应该发生在水库建成后初期蓄水不长的时间内（世界上的普遍情况也确实都是如此）。而且，既然是由于水库蓄水后增加的压力变化引发的地震，所以，水库诱发的地震显然都应该发生在水库蓄水位较高、压力较大的情况下。然而，这次汶川发生的大地震的时候，它既不是发生在紫坪铺水库蓄水的初期（2005年蓄水），也不是发生在水库较高水位的情况下（目前正值汛前，正是水库水位较低的时段）。上述这些情况，都与水库诱发地震的机理相矛盾。 最近，社会上也有一种比较有欺骗性的说法认为“紫坪铺大坝是水泥面板堆石坝，坝高156米，水库总库容11.12亿立方米。虽然紫坪铺水库的总库容只是三峡大坝工程的不到三十分之一，但是紫坪铺水库增加的蓄水位高和三峡水库是同一数量级的，都超过100 米，增加的水压力超过每平方米100吨。根据前面的分析，水库蓄水越高，诱发地震的可能越大，地震震级越高。紫坪铺水库诱发地震的可能性绝对不会亚于三峡水库。”。 其实，我们只要仔细一分析这种说法，就会发现它根本就是不成立的。所有的水库都必须要有库岸，根据流体的性质没有一个水库的水体可以独立的存在于地面上。而且，形成库岸的岩体、山峰的比重，肯定会比水体的比重要高。有人只注意到了“水头都超过100米，增加的水压力超过每平方米 100吨。”，但是没有想到原来周围山体肯定要高于水库的水体，其对地壳的压力很可能使每平方米超过1000吨。因此，所有的水库蓄水的结果，都必然是消除原有的地壳受力不均，减小应力集中的好现象。地球表面的受力不均是普遍存在的客观现象，实际上，这些重量的差异对于地壳来说，几乎是微不足道的。人们所担心的百米水头，绝对没有超过我们普通建筑工地的机械打桩对地壳的作用力，根本就不足为奇。 以上的看法，也得到了国内外地质地震学者的普遍支持。例如，我国这次汶川大地震发生之后，世界著名华裔地质学家，加拿大蒙特利尔大学工学院嵇少丞教授，针对有人怀疑说“这次地震是三峡大坝蓄水造成的”是这样回答的： 总之，目前世界上有记录的水库诱发地震，最高的也只有6.5级。这也许就是世界上有几十万座水坝，至今尚未有一起因为地震造成的垮坝事故的原因。现在，多年的事实使很多学者逐渐认识到，即便是在地震高发区修建的水库也并非就一定是坏事，在很多情况下水库诱发地震，有助于地震能量的提前释放，对于减小地震灾害的破坏性还有积极的作用。遗憾的是我国这次汶川发生的特大地震，的确不是由于水库触发的地震。不仅如此，现在也有一种观点认为，如果，我们早在几年前就在震中附近建造了大型水库，早一点触发汶川大地震的能量释放，恐怕地震发生的时间就会提前，但震级肯定会有所减轻。损失也许不会像今天这样惨痛。 回复关系： （跟贴总数：23) * 浅谈紫坪铺大坝与汶川地震的关系 [ 水博 2008-05-26 16:04:51 ] 4828字 [ 1/710/23 ] |
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