1前 言
舉世矚目的三峽工程是開發和治理長江的關鍵性骨干工程,也是當今世界最大的水利水電工程。自1994年12月正式開工以來,1997年順利實現了大江截流、2003年按期實現了水庫蓄水到135.00 m、139.00 m高程,工程開始發揮初期綜合效益,2006年10月實現了水庫蓄水到156.00 m的目標,左岸14臺共980萬kW 機組提前一年投產發電,船閘年通航運量達到建壩前3倍,大壩全線達到185m設計高程提前兩年擋水,初步發揮了防洪、發電和航運的綜合效益。2008年汛末成功地進行了試驗性蓄水,水庫最高水位達到172.8 m,工程的樞紐建筑物穩定性、機組能量特性、庫區水質、庫岸穩定性和水庫地震震情等都在設計預期范圍內,整個工程的安全穩定運行情況好于預期。三峽工程將于2009年底如期完成初步設計的建設任務[1]。
自2008年發生汶川大地震后,特別是通過對唐家山堰塞湖的成功排險報導,高壩大庫在遭受強震時是否會導致嚴重次生災害影響抗震安全,以及水庫地震等涉水地震風險問題,在國內外受到廣泛關注。尤其是對三峽這類大型工程更加關注。為此,本文借科協論壇對三峽工程的抗震安全和水庫地震問題再次概述管見,以供探討。
2三峽大壩的抗震是安全的
2.1壩址地震地質條件相當優越[2]
根據長期詳盡的勘察論證,三峽工程所在區域地質構造格局清晰,具有較高穩定程度的區域地質構造環境,壩址所在的黃陵地塊為約9億年前震旦紀的穩定結晶巖基底。壩址的工程地質條件良好,基巖的花崗巖體總體上堅硬完整,平均飽和抗壓強度都在100MPa以上,變形模量3-4MPa,縱波速度大于5000m/s,巖體透水性微弱。壩址區斷裂規模小,以陡傾角為主,且多膠結良好。
壩址區無孕育中強震的發震構造。區內地震活動水平不高、強度小、頻率低。在2000年的歷史記載中,壩址及周圍300km范圍內,發生的4次6-63/4級地震的震中均距壩址200km以上,5級以上的地震也距壩址130km以上。只是在其外圍距壩址60km的遠安、19km的仙女山和17km的九灣溪等斷裂有一定的活動性,但均屬弱活動斷裂,發生強震的可能性很小。
因此,三峽工程壩址的地震地質條件是相當優越的。
2.2大壩的抗震設防標準留有充分安全裕度
三峽工程經過我國地震部門進行了深入的地震危險性分析和地震動參數研究[ 3],壩區的基本烈度定為Ⅵ度。建議的抗震設防標準取年超越概率為10-4 ,相應的峰值加速度為125gal。按照我國現行的《水工建筑物抗震設計規范》要求,對于像三峽大壩這種屬于甲類抗震設防類別的壅水建筑物,應按100年內超越概率2%、即大致年超概率為5×10-4 的標準設防,相應的功能目標為只產生可以修復的損壞。考慮到地震的不確定性及其一旦引發大壩次生災害后果的嚴重性,我國大壩的抗震設抗震設防標準,已遠高于一般房屋建筑對應相應功能目標的50年內10%的設防概率水平,與國外同類標準相比也是較高的[4]。此次汶川大地震中不少大壩經受了檢驗。三峽大壩抗震設防標準,更是留有了充分的安全裕度。
2.3三峽大壩的抗震研究比較深入
三峽壩區地震地質條件優越,地震活動水平不高,鑒于三峽工程的重要性,對其主要建筑物,尤其是對大壩的抗震性能,都進行了深入的專門研究[5] [6] [7]。三峽大壩有限元動力分析及振動臺動力模型試驗研究的結果表明,三峽大壩的抗震性能滿足規范要求并有相當安全裕度。
綜上所述,可以認為,三峽大壩的抗震是安全的。
3三峽工程的水庫地震
3.1關于水庫地震的基本認識[8]
汶川大地震后,水庫地震問題,深為國內外所關注 [9][10] 且多有不同看法。其中包括汶川大地震是否與三峽工程蓄水有關等這樣的問題。顯然,國內外各界對高壩大庫的抗震安全的關注、不同觀點的探討,有利于促進對高壩大庫抗震安全的重視,并加強其深化研究。然而,學術爭鳴需要基于實事求是的科學依據。這些不同觀點的分歧主要涉及對水庫地震的理解。為此,首先簡單概述對水庫地震的基本認識。
水庫地震是指由于水庫蓄水導致環境物理狀態的改變,從而在壩址和正常蓄水位淹沒范圍的庫區引發地震的現象。世界上已有30多個國家先后報導了100多個與水庫蓄水有關的地震事例,但其中一些事例是否與水庫蓄水有關尚存有爭議,被較普遍確認的不到一半。在最近國際大壩委員會(ICOLD)頒布的公報《水庫觸發地震-知識概述》中[11],只列出了39個水庫地震震例。可見,在全球8萬多座水庫中,因水庫蓄水引發水庫地震的事例所占比率極小。高壩中的比率雖略高,但被確認的不多。目前,在世界范圍內水庫地震震級超過6級的僅有4例,即: 中國新豐江(6.1級),贊比亞的卡里巴(6.1級) ,希臘克里瑪斯塔(6.3級) ,以及最大震級的印度柯依納(6.5級) 。所以,水庫地震發生的概率是很低的,水庫蓄水引發強震的更少。當然,并不是所建的水庫都會引發地震、或凡發生在水庫的地震都是水庫蓄水造成的。世界上至今沒有因水庫引發地震而導致大壩失事的事例。
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