中国水力发电工程学会副秘书长张博庭教授做主题报告
2013/9/14 11:21:59 新闻来源：中国水力发电工程学会
科普：水电开发与地质减灾
张博庭 （9月14日在《2013年全国科普日水电论坛》上的演讲）
水电工程的（地质）减灾作用可分为两方面的问题来讨论：
1、滑坡、崩岸、泥石流等常规的地质灾害；（地质减灾问题）
2、地震灾害；（水库地震问题）
一、水电工程的地质减灾作用
由于水电站建成后的初期蓄水，会在短期内让很多潜在的地质灾害得到释放，所以，蓄水初期地质灾害增加的现象是存在的。因此，我们很多水电专业工作者并不敢否认水电工程会增加地质灾害的指控。但事实并不是这样。前不久我们专门就水电建设的地质减灾作用进行了调研。发现河流沿岸的地质灾害，不管是滑坡、崩岸还是泥石流，都和河水的能量巨大不断的深切河谷有关。
1.1、水坝建设可以减少新的滑坡体出现
西南地区的河流还处在发育期，地面不断的隆起上升，使得该地区变得山高水急，江水带有极大的能量，不断的切割山谷，造成该地区河谷不断地加深，在高山峡谷发育的同时，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害必然就会随着地形的变迁经常发生。
把奔腾的江河水用来发电，势必会大大降低水能对岸坡的冲蚀能力，减少江水对河谷的急速深切，使河流发育趋于缓慢、稳定，最终会大大减少地质灾害的发生。水电开发就是把江水切割岸坡的能量利用起来发电，造福人类。
1.2、水坝建设中会处理危险的滑坡体
在工程修建过程中，为了减少滑坡通常都要对主要的滑坡体进行人工排除，或者护坡（包括混凝土喷涂、打入抗剪滑桩和预应力锚索固定等）处理。在著名的汶川大地震中，所有经过处理的边坡没有一处发生滑坡等次生灾害。不仅是水电工程，在北川县城原来认为非常危险，经过加固处理的边坡，也同样在地震中没有滑坡。而原来认为比较稳定的没有处理一些边坡的滑坡，反倒造成了巨大的伤亡。
可见边坡的人工处理，其安全保障作用有多大。
1.3、水库蓄水期集中释放了潜在的滑坡体
由于我们还不可能完全通过工程措施解决所有的地质灾害隐患，所以，水库蓄水的初期，必然是一个水库新库岸的再造期。
一些人总喜欢把水库蓄水这一时期出现的滑坡，说是水库造成的地质灾害的证据。其实，水库的蓄水并不是制造出了新的滑坡，而是，对工程处理之后还不能完全消除的滑坡体或者说是原有潜在的滑坡体，提供一个集中释放的机会。实际上，蓄水所引发的滑坡，不过就是我们把未来若干年内，遭遇暴雨、地震可能引发的随机滑坡，都提前引发出来的免疫过程。
1.4、以上的三个因素，会使库岸变得更加稳定
任何科学的工程建设，都会起到减少灾害的效果，如以上的1.2节所述。但是水电工程除了可以通过"工程措施"（1.2）实现减灾外，还可以通过"消能"（1.1）和"免疫"（1.3）的环节实现地质减灾。所以，现实情况与社会上水电工程会加剧地质灾害的炒作完全相反，水电工程的地质减灾作用，比任何其它工程都突出。
然而，在现实当中反水坝宣传对水电工程的污蔑却十分严重。在没有修建水坝之前，如果地质灾害严重，有人会大谈该地区地质灾害如何如何严重，不能修建水坝。可是，当水坝建设者们不听他们的恐吓，用科学的方法和手段，克服了当地的复杂地质条件，治理和减轻了地质灾害，并成功的建设了水坝之后。他们就会立刻摇身一变，把该地区原有的地质危险环境全都忘得一干二净。一旦再发生任何地质灾害，就立刻变成了是修建水坝造成地质灾害的罪状。
以前他们说三峡、说金沙江，现在他们又说怒江。说那里地质灾害太严重决不能建水电站。其实，我国西南地区都是地质灾害高发的地区，但其根本原因就是，该地区河水的能量巨大，不断的切割着河谷制造着各种的地质灾害。
由于能量才是地质灾害的主因，因此，凡是水能丰富又没有得到开发的地区，一般都是地质灾害高发区。而当水能被开发一段时间之后，则很少再出现地质灾害。从国际上来看，情况也是一样。法国是世界上水能资源开发利用最充分的国家之一。开发程度接近100%。由于河水的能量不会再用来冲击河谷制造地质灾害，因此，同时样是水电开发非常密集的法国的地质灾害，却非常非常少。我国的情况也是一样，大家还可以回顾一下，我国早期开发的新安江、丰满等地区，什么时候听说发生那里发生了地质灾害？
二、水库诱发地震问题
2.1、地震的概念及产生机理
根据地震的成因，国家地震局把地震分为以下几种：
1 ．构造地震：由于地下深处岩层错动、破裂所造成的地震称为构造地震 。这类地震发生的次数最多，破坏力也最大，约占全世界地震的 90% 以上。
2 ．火山地震：由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震。只有在火山活动区才可能发生火山地震，这类地震只占全世界地震的 7% 左右。
3 ．塌陷地震：由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少，即使有，也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。
4 ．诱发地震：由于水库蓄水、油田注水等活动而引发的地震称为诱发地震。这类地震仅仅在某些特定的水库库区或油田地区发生。
5 ．人工地震：地下核爆炸、炸药爆破等人为引起的地面振动称为人工地震。
2.1.1、水库诱发地震的荷载作用
水库水体的重量会改变地壳的受力状态，引起地应力的某些调整（称为荷载作用）。不过这种作用非常有限，只会引起某些塌陷型的小地震，不可能引起板块间错动的构造地震。所以，我们国家地震局的地震分类，水库诱发地震不属于人工地震。
注意：人工与天然地震的区别在于地震能量的来源。为什么说水库地震不是人工地震呢？因为，水库蓄水的能量不足以产生地震，水库水体的重量相对于地球来说，是微乎其微的。
例如：三峡水库蓄水392亿（吨），但却分布在1000多平方公里的范围上，地壳平均每平方米承受的重量只有30多吨，每平方厘米的承压强只有3公斤多，还不如一辆载重汽车的轮胎对地壳的压力大。既然，汽车行驶从不会压出地震来，比它的压强还要小的多水库蓄水怎么可能压出地震来呢？要知道，人工地震"爆炸"产生的压强和能量密度，至少要比蓄水高数百倍。
有人说，别管是作用在多大的面积上，但水库水体的总重量大。这种说法的逻辑不对，一场大洪水的总水量可能有上千亿，对地壳造成的总压力比水库还要大的多。但是，我们谁听说过"洪水可以，诱发地震呢？
也有人说，水库中水的深度是不一样的，所以对地壳构成的压力不应按平均值计算。即便如此，由于构成水库岸坡和库底的是岩石和泥土，它们的比重都要比水大得多。此外，水库的上表面一定是水平的，因而，在单位的地壳面积上，水和土体的总体积是相等的。
图1、水库水越深的部位实际对地壳的压强越小
如上图所示，所以，整体上看水库和周围的土体对地壳构成的综合压力，实际上是水越深的地方，压强越小。因此，世界上无论是多么大的水库，蓄多么深的水，也不可能压出构造地震来。
2.1.2、水库诱发地震的渗流作用
水库蓄水后，通过基岩中的裂隙，产生了向地下的断层高压注水的效果，从而改变了地壳基岩局部的应变极限，或者说改变了原来板块之间的摩擦力（可称为渗透作用）。渗流是可以诱发地震的。国家地震局之所以把"水库蓄水和油田注水引发的地震"统称为"诱发地震"，也说明国家也认为水库诱发地震的机理是渗流，而不是蓄水的压力。
为什么水库蓄水或者油田注水会诱发构造地震呢？这里我们先要看看构造地震的机理。
2.1.3、板块构造地震
在地球的最外层，由地壳和地幔最上部分构成的厚约几十千米的岩石圈。由于地球内部的热运动，地球的岩石圈已分裂成为若干巨大的板块，像一个裂了缝的鸡蛋壳。
至今地球的热运动都在继续，岩石圈板块也不断的沿着塑性软流圈上发生大规模水平运动（漂移）。板块与板块之间相互分离，相互挤压，或相互平移，引起了地震、火山和各种构造运动。
我国西南地区由于受到印度洋板块与欧亚板块的挤压，不仅已经抬升出了青藏高原，而且还在继续不断的上升。
当板块的飘移受到其它板块的阻碍之后，就会在板块间的断层之处产生变形并不断地继续能量。一旦所积蓄的能量使得该处的板块破裂，或者漂移的力量超过了板块间的摩擦力发生了板块间的突然错动，就会发生构造地震。
2.2、水库诱发地震的机理
断层地震爆发的原因，主要在于阻碍板块运动的地应力的积累、变化使断层处产生了突然的破裂或者错动。断层发生错动的条件在于，阻碍板块运动的应变所积蓄的地应力克服了断层之间的摩擦力。当断层的摩擦力越大时，需要克服摩擦力所积蓄的作用力就越大。这种情况下地震不容易轻易发生。然而，一旦发生后地震的能量也就比较大。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，但同时地震发生后所释放的能量也比较低。
所以说，决定构造地震爆发时能量强弱的关键，在于断层之间的摩擦力。而水库蓄水（和深井高压注水）之所以能诱发地震，主要就是通过库水压力和 渗流影响和改变了板块间的摩擦力。
2.3、科学地认识水库诱发地震的利弊
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有所降低。所以，水库触发的地震一般都会起到加速原有地震地区地震发生的作用。因此，如果科学的、辩证的看待水库触发地震的话，水库蓄水的结果，要么对原有的地震没有影响，要么就提前释放了正在孕育中地震的能量，从客观上避免了更大地震的发生。从这一点上来看，即使水库蓄水触发了地震，也应该具有提前释放能量，减小该地区原有地震震级的作用的有利一面
上个世纪70年代，国外曾有过通过向深井高压注水的方式，使其提前释放地震能量最终能够减小地震灾害的尝试。但是，由于注水后诱发地震的时间和震级，人们还无法控制，容易引起公众的误解，所以，就终止了这种地震减灾的方式。
在美国地质调查局的网站，仍有这样的解释"由于我们对地震机理的掌握还十分肤浅，尽管我们知道高压注水是有可能把大地震的能量提前释放，起到减小震级的作用，但是，我们毕竟还不能判断人为诱发出来的地震的量级到底如何。"
总之，由于我们现在对地质构造和触发地震的机理还并不十分深入。即使我们想要采用高压注水的办法让地震提早发生，我们恐怕也不知道怎么样注水，在什么地方注水，才能达到我们所预想的目标。然而，虽然目前我们还没有能力主动地、有意识的通过注水释放地震能量，但是，人造水库的蓄水却有可能在某种程度上，有意无意的起到了用高压注水触发地震，提前释放地震能量，并减小震级的减灾作用。
另一方面因水库地震的震级往往能够都不大，所以，水库地震常常是利大于弊的。
2.3.1、水库地震的震级都不会太大
一方面，水库蓄水的时候，能有机会向板块间的缝隙渗水的机率本来就不太大。能正好赶上该板块处积蓄的能量已经较大的（甚至接近临界爆发的）机率就更小了。另一方面，由于地壳的构造，是一个随着底层的深度不同，从固态到液态的渐变的过程。在地下十余公里处，地层会有一个"脆韧转换带"。韧性的材料不可能还有缝隙存在，因此，任何缝隙的渗流，都不可能通过这个脆韧转换带。因此，水库渗流的影响深度是一定有限的（一般不可能超过地下10公里）。
同时，在地壳（小于10公里深度）的表层，阻碍板块间运动的摩擦力也不可能积蓄起太大的能量。例如，地球上8级以上的地震，从来也没有发生在地下10公里以内的。如果以地下10公里为界，水库地震与特大地震没有交集。因此，从逻辑上分析，水库不可能诱发出特大型的地震。
目前，实际记录到的水库地震也证明了这一点。全世界几十万座水库，只发生过6级以上的地震4次。5级以上的也只有十余次。4级以上的也不算多。绝大多数的水库地震都是3级以下的"无感地震"。也就是说，绝大多数水库地震不仅不会造成危害，同时还具有释放了地震能量的好处。
关于水库地震的结论
结论1：构造地震是不可能被水库压出来的，但可能会因为断层处的渗流诱发。
例如：城市化的建筑群没有因为受力过重而诱发地震。美国丹佛市因为大量废水高压注入地下，却引发了长达数年的一系列诱发地震。
很多百米以上的大坝，百亿库容以上的水库，反倒没有造成地震，而我国12米高的小坝，几十万库容的小水库，也能诱发出水库地震 。
结论2：水库诱发地震本质如同高压注水触发的地震，地震的能量来自于地球的板块运动，与水体的重量无关。
结论3、水库地震一方面，具有时间、量级不可控性并有可能会带来一定的灾害，（具有有害的一面）；另一方面也具有提前释放地震能量，并减小震级的减灾作用（有利的一面）。
结论4、由于水库地震的震级一般都不会太大，因而绝大多数的水库地震不仅不会造成危害，同时还释放了地震能量，减小了未来的地震危害。
总之，水库诱发地震也是具有减灾作用的，我门科学的了解它、重视它，具有重要的社会意义。
科普应用实例：雅安地震后 水库地震的伪科学炒作
2013年4月20日。四川雅安卢山发生了7级地震。经常造谣诬蔑中国水电的《第一财经日报》的记者章柯和骗人专家范晓，在第一时间内（地震当天）就配合发出了误导社会的欺骗报导称《中国西南部进入水库诱发地震危险期》 （下称报导）， 并在社会上引起了极大的恐慌。
报导称"四川地矿局区域地质调查大队总工程师范晓表示，从现在到未来的十多年间，西南地区的大型电站水库群，将进入一个密集的建成蓄水时期，这对水库诱发地震来说，也将是一个极为危险的时期。" 该报导同时还利用骗子专家编造了一系列的谣言。
谎言1、十年危险期的说法违反逻辑
中国水电资源的大规模开发至少应该持续30年以上。实际上，中国的大规模水电建设是从三峡开始的。因此，所谓密集的水库蓄水大概应该是从三峡蓄水开始的。
按照中国的水电建设的特点，即使存在所谓的"由水库诱发地震的高发期"至少应该从2003年就已开始，已经持续了近十年应该说目前正处在一个平稳期，若干年后应该进入下降期。众所周知，目前我国的水电资源除了怒江和雅鲁藏布江之外，基本上都已经得到开发，各大电力集团都已经感觉到国内已经没有更多的项目可干，而开始挥师海外了。
谎言2、瀑布沟疑多次发生水库地震
造谣记者在报导中宣称："据范晓所作的调研结果显示，此次雅安地震震中南约80公里 ，就是大渡河干流上的汉源瀑布沟水电站，坝高186米、库容53.9亿立方米、装机容量330万千瓦，2009年已蓄水。根据四川省地震局的专家对该区域2006年10月14日至2011年12月31日期间观测到的1834次地震的分析，在库区中部、大坝附近、大坝下游等几个地方出现了小震集中分布的现象。"
这哪里什么调研？分明是故意用不相干的数据 蒙骗公众，让大家以为，瀑布沟水库经常会发生水库地震。理所当然，这次庐山的地震也能不排除是它的责任。请注意，瀑布沟水电站是2009年11月才蓄水的， 2006年10月至水库蓄水前的3年与蓄水后的数据，有完全不同的意义。蓄水前监测到的地震数据是瀑布沟地区的"天然本底地震"，是用来与蓄水后的地震情况进行比较的。因为我国的西南地区的任何地方都会经常发生小级别的地震，如果不了解水库蓄水前的本底地震，就无法判别蓄水后是否发生了水库地震。实际上瀑布沟这些数据的前后对比已经表明了，瀑布沟蓄水后当地的地震的频率和强度都没有发生变化。即：结论应该是瀑布沟水库蓄水后没有发生水库地震。然而，为了制造是水库造成了雅安地震的假象，这位所谓的"专家"居然故意拿我们监测到的蓄水前的本底地震作为自己的调研结果，来鱼目混珠的欺骗人。
谎言3、蓄水速度过快，引发了地震
此外，造谣记者的报导还宣称（范晓说）"金沙江下游干流上的向家坝电站，坝高162米、库容51.63亿立方米、装机容量640万千瓦，被称为中国目前的第三大水电站。向家坝电站于2012年10月完成了第一期蓄水，值得关注的是，在2012年10月10日至16日仅仅6天的蓄水期中，水库的水位就由海拔278米提升到海拔354米，水位升幅高达76米，如此快速地大幅度提高水位，在国内外的大型电站水库蓄水过程中尚无先例。"
这里，范晓所说的"向家坝电站蓄水，仅仅6天的蓄水期中，水位升幅高达76米，如此快速地大幅度提高水位，在国内外的大型电站水库蓄水过程中尚无先例。"完全是他自己编造出来的谎言。大家都可以到三峡公司的网站上去查，向家坝的蓄水是6天76米，还是7天60多米？范晓不但在数据上造假，他所说的"在国内外的大型电站水库蓄水过程中尚无先例"，更是明目张胆的欺骗。别说什么国内外，就是在向家坝电站所在的四川省内，我们就能找到蓄水速度比向家坝更快的水电站。例如，二滩水电站，蓄水的第一天水位上涨了28米，比向家坝水电站的上涨水位还要快。大型水库类似的蓄水速度，非常普遍，可见"专家"造谣的胆子有多大？
警惕伪环保有组织、有预谋的配合炒作
大家看看，这些伪环保欺骗宣传有多么猖狂？他们不仅在雅安地震后的第一时间内在全国的范围内制造水库地震的谣言，而且还敢把自己编造出谣言，标榜成专家经调查的结果。
值得一提的是，那个把一个编故事的专家范晓，描绘成地震专家的章柯也是经常造谣诬蔑水电开发的反水坝记者。利用突发事件，进行造谣炒作，是他惯用的手法。早在2007年记者章柯为了反对我国的水电开发，曾多次公开造谣说中国的水资源开发已经严重过度，并说"我国四川云南等地的水资源开发程度已经达到100%"。然而，目前我国的云南正在遭受着严重的干旱，前不久云南水利厅的厅长还介绍说，云南的水资源并不缺，遭受干旱的根本原因是水资源开发程度太低，目前才只有百分之七。而七年前章柯就敢造谣说云南的水资源开发已经达到百分之百。
这次，由于在第一时间内造谣记者和伪专家的有预谋的配合造谣和炒作，雅安地震曾一度引起了全社会对水库地震的恐惧和担心。据说，连我们的一些国家领导也被这些欺骗宣传被蒙蔽了，对水库地震的安全性表示了担忧。更有外电报道说："网络疯传四川地震跟三峡水库有关。用地震跟三峡做关键词组合，仅新浪微博可查到的相关信息就超过14万5千。"
还有外电称赞造谣的范晓是"专家敢说真话，认为中国西南部进入水库诱发地震危险期，也因此证明网络上雅安地震跟三峡有关的传言。" 。不仅如此，一向热衷于反水坝宣传的《南方都市报》还特地为欺骗人的范晓安排了一场《小谷围科学讲坛》讲座。专门进行伪科学宣传。
范晓总工程师到底是哪方面的专家？
曾有媒体披露"2009年1月，美国的《科学》杂志发表报道'四川大地震是人类活动触发？'将争论推向高潮。而范晓正是该报道主要采访对象。不过"水库诱发汶川地震"这一观点目前远未达成学界共识。"
针对《科学》杂志的这篇"四川大地震是人类活动触发？"报道，主要反映中国科技工作者意见的报纸《科学时报》还专门写了篇回复的文章《《科学》杂志一篇新闻报道值得商榷》，也就是在这篇文章中，科学时报把"专家"定义作了简单描述，并具体的介绍了范晓的"专业"背景。
科学时报强调"科学新闻报道的惯例是，在提及一位科学家时，会首先明确指出这位科学家的学术身份，即他的学科、所在机构、所在部门和具体职位，以说明他的意见的可信度。"。具体关于所谓的地质专家范晓，科学时报介绍说"范晓于1980年初毕业于昆明地校，之后在成都地质学院进修过学位，主要从事旅游地学研究与旅游资源开发等，这样的背景和身份说明他很难算是合格的地震和地质学家。"。
笔者从另外一方面，印证了科学时报的这种说法。尽管目前范晓的工作单位是"四川地矿局区域地质调查大队"但是，以前该单位的正式名称是"旅游地质调查大队"。显然，以前单位的名称更能反映出范晓先生的工作范围，这也更符合科学时报对范晓的评论 。
旅游地质调查，顾名思义，当然是为了旅游的开发而进行地质调查。例如，很多旅游地的导游，都会指着山上的某个岩石，问大家你们看哪像不像"什么、什么"? 紧接着，导游就会给你讲述一个关于那块岩石动人的传说。因为旅游就是一种娱乐，没有人会追究这种传说的真实性。旅游开发的工作性质，往往需要从业者有较丰富编造传说的"想象力"，因此，从事旅游开发的总工程师范晓先生的"编纂故事"能力当然是没得说了。
编故事、搞娱乐吸引旅游者是可以的，但是，用科学和专家的名义骗人就有问题了。我们今天之所以要进行有关"水库地震"的科普讲座，其重要目的之一，就是要揭露范晓在《小谷围科学讲坛》上散布的关于水库地震的伪科学宣传。
简言之，范晓对"水库地震"的解释，故意隐瞒了"水库地震的能量是来自天然的板块构造地震"这一最重要的前提。让人误以为，水库地震是水库的蓄水压出来的。为此，每当有大地震发生之后，他们总是不断的编造各种谣言，想办法把责任推给水库蓄水。当然，他们不断的造谣和进行伪科学炒作的目的，也不排除故意要把自然的灾害，说成是人祸。在制造社会恐慌的同时，挑拨公众的情绪。
所以，在当前的形势下科学的认识水库地震，不仅是简单的科学普及，同时也是一项揭露网络谣言和维护社会稳定的重要任务。因此，把水库地震的真相告诉公众和普及水库地震的科学知识，是我们每一位科技工者和媒体记者，义不容辞的社会责任。
