中国水力发电工程学会 张博庭

摘要

最近，我国四川省的汶川地区爆发7.8强烈地震，公众对我国西部水电开发与地震的关系，以及我国水电工程的安全性产生了一系列的疑问。为了回答这些疑问，本文将对水坝建设与地震灾害的问题进行科普性的介绍和一些辩证的分析。

（关键词：水电 大坝 水库诱发地震）

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。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，很难出现使库区的地下岩层发生断裂的强烈地震现象。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，大多数都是人们难以察觉的微震（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，最远10千米。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。

由于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，原有的地应力积累就已经孕育着地震的发生，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。如果辩证的看水坝诱发地震不仅不是坏事，反而可能是好事。因为地震的强度取决于地下能量的积累，如果由于某种原因使地震的能量提前释放，一般来说是会起到把大地震分解成多个小地震的作用。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。

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。

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。

4、结论

以上的看法也得到了地质地震学者的支持。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，还有人说是搞地下核爆炸诱发了地震”是这样回答的：

“这些说法都是没有什么科学根据的。这次地震与人为因素和环境因素完全无关，正像我昨天说的那样，它是印度大陆板块向北漂移并和欧亚大陆板块碰撞挤压，所引起的一系列造山运动的必然结果。我这样来形容一下吧，印度大陆就像一架巨型的推土机，往北使劲地推，推起了青藏高原，当青藏高原增高到一定的高度后再也推不动了，其下地壳的物质就被挤向东移，碰到了坚硬的四川盆地地壳，形成了北东走向的龙门山。青藏高原和四川盆地的交接部位——龙门山破裂带注定是地震的高发区。任何人为破坏因素和环境变化因素全加起来，也达不到这种造山运动所能产生的能量。这次汶川7.9级大地震释放出来的能量相当于四、五百颗原子弹同时爆炸，在一分钟之内在地壳岩石中形成一条深10到12公里，长300公里的大破裂。水库蓄水和地下核爆炸最多也就能诱发3级以下的地震，而8级地震所产生的能量是3级地震的一千多万倍。”

然而，尽管水电建设本身不会加剧地震灾害，但是，地震对人类社会的破坏性是不能否认的。特别是强烈地震对水利水电工程的破坏性，我们丝毫不能忽视。尽管迄今为止世界上还没有一座水坝直接因为地震垮坝，但是，谁也不能保证今后也永远不会这种情况出现。我国西南地区的水库众多，任何一座水库出现的险情，如处理不当都可能引起灾难性的后果。此外，除了应该对我们现有的水库安全高度重视之外，对于自然中的河流我们也不能够掉以轻心。因为在地震之后，往往都会由于河道受阻形成天然的堰塞湖，这些天然堰塞湖积蓄到一定的时间、水量之后，必然要发生垮塌。这种次生的地震灾害，不仅破坏性巨大，而且在历史上也屡见不鲜，特别应该引起我们水利水电工作者的高度重视。