| 水博：淺談紫坪鋪大壩與汶川地震的關係 |
| 送交者: 御風行者 2008年05月29日09:06:47 於 [史地人物] 發送悄悄話 |
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淺談紫坪鋪大壩與汶川地震的關係 文/水博 摘要 關於水電站與地震的關係問題，可以分為兩個方面考慮：一是地震對大壩安全性的影響，二是大壩建成蓄水以後誘發地震的問題。 1.地震對大壩的影響 地震對人類的威脅確實很大。地震對大型水壩的安全性問題一直是水利水電工作者關注的主要問題之一。工程的抗震能力也是我國水利水電工程中的一個重要分支，我國研究水利水電技術的專門機構---中國水利水電科學研究院內設有專門的抗震研究中心，在水利水電工程規劃設計方面，國家已經制訂了一系列的工程抗震設計規範，每個工程都必須嚴格遵守，每個工程的修建都必須達到這方面的技術標準。然而，我們關於地震對大壩安全性的影響，也不必過分的擔心。就人類現有對地震的研究水平來看，人們總能夠通過已有的地震資料分析和地質勘探，讓準備修建的壩址避開強烈的地震的斷裂帶。同時，通過對壩址的地基處理和壩型選擇，也可以大大降低地震對大壩工程的危害。 針對社會各界對我國西南地震高發地區的水電開發表示的擔心，我國水壩抗震問題專家，中國水利水電科學研究院抗震研究中心的陳厚群院士在聯合國水電與可持續發展研討會上宣講了他的研究成果(1)。他指出：為在我國西部開發豐富的水能資源並進行脫貧致富，在高地震區進行高壩大庫的建設是難以避免的。同時他還通過對各種壩型中，抗震性能最差的高拱壩的深入研究的基礎上，得出結論說：在中國水電的發展中，對高拱壩的抗震安全，並不存在難以逾越的技術障礙。實際上，這一結論公眾也應該非常容易理解。現代人類在城市中建築的很多高樓大廈，從結構複雜性上來說要比水壩的抗震難度大的多。現代技術既然可以在東京、洛杉磯這些地震高發區放心的建設高樓大廈，就根本用不着擔心我們建設水壩的抗震技術和能力。我國從國外引進的大型振動試驗台，就裝備在中國水科院內。任何一座重要的大型水電工程幾乎都經過了嚴格的地震模擬試驗。所以，這次汶川的特大地震，震區沒有一個水壩垮塌。就現有的工程技術水準而言，只要正確的認識到了地震的強度和活動規律，人們完全可以採用相應技術手段解決水壩的抗震問題。 2建壩蓄水對地震的影響 此外，關於大壩引發地震的問題，也是人們關注的話題之一。我們應該承認水庫蓄水以後確實會引起一些地震的發生。水庫誘發地震也分為兩種情況，一種是在原本沒有地震斷裂帶的地區，由於水壩的建設以後形成水庫，水庫蓄水改變了原來的地應力分布，從而產生了局部地震。這種情況比較普遍，但是，由於水庫增加的水體重量通常是均勻的分布在一塊較大的面積之上。這種情況就好像是在地表面蓋上一床被子，不會產生很大的應力集中的情況，很難因為水體的重力出現使庫區的地下岩層發生大規模斷裂的地震現象。所以，僅僅由水庫蓄水引發的地應力改變所產生的地震，一般都非常微弱，大多數都是3級以下人們難以察覺的微震（國際上也有一種觀點認為，這類的地震一般不作為水庫誘發地震考慮）。 因水庫蓄水而誘使壩區、水庫庫盆或近岸範圍內發生的地震，叫做水庫誘發地震。根據精確定位的水庫誘發地震的震中資料證明，震中位置均分布在壩區、水庫庫盆及近岸地段範圍內，距庫邊線一般不超過3～5千米。壩區和庫盆及其周邊岩體中，有活動性斷裂構造或者現代岩溶作用發育，斷裂帶或岩溶管道系統與庫水有直接的水力聯繫，蓄水前有可靠的歷史和現代地震記載，水庫蓄水後就會誘發新的地震。按工程地質條件來分類，水庫誘發地震具有不同的成因類型，主要有岩溶塌陷型和斷層破裂型。其他類型的誘發地震震級很小，不會對大壩和周圍環境造成危害，因此一般不作過多的研究。 熔岩塌陷型的地震一般也都不會產生強震，所以，水庫誘發大地震的主要是斷層破裂型地震。有些水庫蓄水地區原來就是強地震區，有明顯的地震斷裂帶存在，地球板塊的緩慢運動使得原有的地應力積累就已經孕育着地震。在這種情況下由於水庫蓄水打破了原有的平衡，導致了地震的延遲或者提前發生。這種情況下發生的地震，危害程度主要取決於原有的已經積蓄的地震能量。水壩蓄水可能只是引發或者說觸發地震，而不是造成地震。而且，水庫的水體重量本身也不可能製造出如此之大的能量。 總之，因水庫蓄水而誘使壩區、水庫庫盆或近岸範圍內發生的地震，叫做水庫誘發地震。水庫誘發地震的前提是水庫建在將會發生地震的區域內，（即使不建水庫這些地區的地震早晚也會發生，只不過由於水庫建設的影響改變了地震發生的時間）。一般來說，由於水庫蓄水的荷載的變化或者地下滲流、侵潤作用，都可能會降低錯動板塊間的摩擦力，導致地震提前發生。 3、水庫誘發地震不會增加地震強度的機理分析 按工程地質條件來分類，水庫誘發地震具有不同的成因類型，主要有岩溶塌陷型和斷層破裂型。岩溶塌陷型水庫誘發地震最常見，多為弱震或中強震。斷層破裂型水庫誘發地震發生的概率雖然較低，但有可能誘發中強震或強震。我國的新豐江水庫和印度的柯依納水庫的誘發地震都屬於這種類型。我們以容易產生強震的斷層地震為例，分析一下水庫誘發地震有助於減輕地震強度的機理。 斷層地震的產生主要在於地應力的積累、變化使斷層產生了突然的破裂或者錯動。而斷層地震的發生條件就在於不同方向的地應力的合力克服了斷層之間的摩擦力。當斷層的摩擦力越大時，需要克服摩擦力的作用力就越大。這種情況下地震不容易發生，然而，一旦發生後地震的能量也就比較大。相反，如果斷層之間的摩擦力越小，需要克服摩擦力的地震作用力就越小，越容易產生地震，同時地震產生後的能量也比較低低。所以說決定地震能量強弱的關鍵在於斷層之間的摩擦力。從這一點上看，由於水庫蓄水後將會加大地下滲流，水的侵潤只能使原有的斷層之間摩擦力降低。所以，水庫引發的地震一般都會起到加快原有地震地區地震發生的現象，同時，還有減小原有地震地區的震級的作用。 因此，這種提前發生的地震，只是把原來該地區正在積蓄的地震能量提前釋放，所以，水庫誘發後的地震一般都會比原來自然發生的地震震級低、破壞性減小。根據各國的實際觀測的情況也是如此，很多水庫建成以後都會引發地震，但是這些地震往往都是震級很小，次數頻繁。根據世界各國的記載並得到國內外地震、地質專家普遍承認的水庫誘發地震約70~80起。絕大多數水庫誘發地震的震級小於里氏5級，屬於弱震或微震；較強的水庫誘發地震不到總數的20％，其中5．0～5．9級的中等強度地震僅為十幾例， 6.0～6．5級強度地震僅6例。目前世界上已記錄到的最大的水庫誘發地震為6．5級，1967年12月發生在印度柯依納水庫。 迄今為止，只有兩例水庫誘發地震對大壩局部地段造成較大的損害，一個是我國的新豐江水庫(6．1級)，一個是印度的柯依納水庫，壩址處地震強度均為8度；經抗震加固後，至今都在安全運行。也就是說，迄今為止，世界上尚未發生因水庫誘發地震而使大壩失事的實例。 4、紫坪鋪大壩與汶川地震 根據水庫誘發地震的分類和定義，我們可以發現，此次，汶川大地震從震級和震中位置上都不符合水庫誘發地震的基本條件。首先汶川地震的震級高，水庫的水體自身的重力是極為有限的，它不可能釋放出如此之大的能量。其次是距離振中的位置離水庫較遠。國際上發生水庫誘發地震的現象，主要是在水庫庫盤附近，再說紫坪鋪水庫相對來說還只是一個較小的水庫，其有限的水體影響，一般不應該引起17公里之外的地層發生如此之大的變化。 此外，既然水庫誘發地震的機理，是由於水庫的蓄水引起來的，因此，水庫誘發的地震，一般都應該發生在水庫建成後初期蓄水不長的時間內（世界上的普遍情況也確實都是如此）。而且，既然是由於水庫蓄水後增加的壓力變化引發的地震，所以，水庫誘發的地震顯然都應該發生在水庫蓄水位較高、壓力較大的情況下。然而，這次汶川發生的大地震的時候，它既不是發生在紫坪鋪水庫蓄水的初期（2005年蓄水），也不是發生在水庫較高水位的情況下（目前正值汛前，正是水庫水位較低的時段）。上述這些情況，都與水庫誘發地震的機理相矛盾。 最近，社會上也有一種比較有欺騙性的說法認為“紫坪鋪大壩是水泥面板堆石壩，壩高156米，水庫總庫容11.12億立方米。雖然紫坪鋪水庫的總庫容只是三峽大壩工程的不到三十分之一，但是紫坪鋪水庫增加的蓄水位高和三峽水庫是同一數量級的，都超過100 米，增加的水壓力超過每平方米100噸。根據前面的分析，水庫蓄水越高，誘發地震的可能越大，地震震級越高。紫坪鋪水庫誘發地震的可能性絕對不會亞於三峽水庫。”。 其實，我們只要仔細一分析這種說法，就會發現它根本就是不成立的。所有的水庫都必須要有庫岸，根據流體的性質沒有一個水庫的水體可以獨立的存在於地面上。而且，形成庫岸的岩體、山峰的比重，肯定會比水體的比重要高。有人只注意到了“水頭都超過100米，增加的水壓力超過每平方米 100噸。”，但是沒有想到原來周圍山體肯定要高於水庫的水體，其對地殼的壓力很可能使每平方米超過1000噸。因此，所有的水庫蓄水的結果，都必然是消除原有的地殼受力不均，減小應力集中的好現象。地球表面的受力不均是普遍存在的客觀現象，實際上，這些重量的差異對於地殼來說，幾乎是微不足道的。人們所擔心的百米水頭，絕對沒有超過我們普通建築工地的機械打樁對地殼的作用力，根本就不足為奇。 以上的看法，也得到了國內外地質地震學者的普遍支持。例如，我國這次汶川大地震發生之後，世界著名華裔地質學家，加拿大蒙特利爾大學工學院嵇少丞教授，針對有人懷疑說“這次地震是三峽大壩蓄水造成的”是這樣回答的： 總之，目前世界上有記錄的水庫誘發地震，最高的也只有6.5級。這也許就是世界上有幾十萬座水壩，至今尚未有一起因為地震造成的垮壩事故的原因。現在，多年的事實使很多學者逐漸認識到，即便是在地震高發區修建的水庫也並非就一定是壞事，在很多情況下水庫誘發地震，有助於地震能量的提前釋放，對於減小地震災害的破壞性還有積極的作用。遺憾的是我國這次汶川發生的特大地震，的確不是由於水庫觸發的地震。不僅如此，現在也有一種觀點認為，如果，我們早在幾年前就在震中附近建造了大型水庫，早一點觸發汶川大地震的能量釋放，恐怕地震發生的時間就會提前，但震級肯定會有所減輕。損失也許不會像今天這樣慘痛。 回復關係： （跟貼總數：23) * 淺談紫坪鋪大壩與汶川地震的關係 [ 水博 2008-05-26 16:04:51 ] 4828字 [ 1/710/23 ] |
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