张楚汉院士：安全是水电站立命之本
2010/11/26 9:37:53 新闻来源：中国能源报
安全是水电站立命之本
中国科学院院士、水工结构专家张楚汉谈汶川地震的启示
简要内容：张楚汉，中国水利水电工程专家，广东梅州人，长期从事水工结构工程与抗震研究。汶川地震后中科院咨询项目《唐家山堰塞湖综合整治》报告由张楚汉主笔，并经中国科学院院长路甬祥院长签发报送国务院。
张楚汉，中国水利水电工程专家，广东梅州人，长期从事水工结构工程与抗震研究。他提出了无限边界单元和拱坝－地基－库水动力相互作用的时域模型，将该模型与拱坝横缝非线性结构耦合，已应用于我国300米级高拱坝抗震设计。2001年当选为中国科学院院士。
“我国水电工程大多数集发电和防洪功能于一身，工程安全是水电站立命之本，安全工作不能有丝毫马虎。”
“快看，快看。”张楚汉语速突然加快，眼睛盯着电脑屏幕，右手抓着鼠标招呼我。此时他给我看的是《唐家山堰塞湖综合整治》报告中模拟堰塞湖溃堰的三维动画。
汶川地震后中科院咨询项目《唐家山堰塞湖综合整治》报告由张楚汉主笔，并经中国科学院院长路甬祥院长签发报送国务院。张楚汉认为，这是他学术生涯中又一具有重要意义的工作。
堰塞湖，就是由灾害所致的临时水库。由于挡水的土石坝未经科学设计和施工，遇到上游大暴雨水位猛涨，随时会漫坝溃决，危及下游百姓的生命安全。
据统计，汶川地震形成113处堰塞湖，其中规模较大（约100万立方米以上）的就有36座，危险性最大的唐家山堰塞湖可能威胁下游绵阳地区。唐家山堰塞湖地处涪江支流通口河北川原县城上游5公里，是汶川地震中由右岸2400万方巨大滑坡形成的80—120米高天然水坝，一旦溃坝，饱受地震涂炭之苦的绵阳、北川就会再遭遇一次洪灾。
2008年6月2日，张楚汉和王思敬院士一起赶赴唐家山考察咨询，水利部陈雷部长也亲自在现场督战。“唐家山堰塞湖的成功疏导从技术层面上看有几个关键把握住了：一个是对上游水情的把握，根据水情抢挖溢流道；二是对堰体构造和特性的把握；三是判断出堰塞湖最大可能性是1/3溃决；最后就是把握了堰体溃决过程和溃堰洪水的时空分布。”张楚汉说。
到唐家山处理堰塞湖问题的都是水利水电工程专家，水电工程和水利工程本是一家，分工不同，却异曲同工。张楚汉说：“我国水电工程大多数集发电和防洪功能于一身，工程安全是水电站立命之本，安全工作不能有丝毫马虎。”
未来我国要修建一系列250米、300米级高坝，目前世界上还没有这类高坝遭遇强震考验的经验，决不可掉以轻心。
汶川地震后，根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院的统计，四川省大中型水电站与其他水利工程共2743座水电站出现不同程度的险情，但无一发生垮坝。其中牵动世人神经的紫平铺面板堆石坝和沙排拱坝都处于IX+强震区，只出现了局部震损，并未影响其整体稳定和蓄水功能。但是中小水电站遭受了相当严重的损毁，铜钟、太平驿、姜射坝等漫顶，鱼子溪厂房被淹，映秀湾厂房倒塌。
“全世界来看，遭受了IX度强震考验的拱坝除了美国的帕柯依玛，就是沙排了；面板堆石坝只有紫平铺一个。”张楚汉认为，汶川地震后水坝和水电站总体表现良好，这说明了我国水电建设技术是过硬的，并且只要按照正常的勘测——设计——施工——管理程序来建设和运行，我国水电站安全是有保障的。
但对于未来水电站的安全问题，张楚汉表示决不可掉以轻心。
2010年是水电建设的关键年，中国水电人同见证了几件大事：举世瞩目的三峡工程实现175米蓄水目标、中国水电100周年、水电装机2亿千瓦。如火如荼的金沙江下游水电开发正在紧张有序地推进：溪洛渡、向家坝正在施工；白鹤滩、乌东德正在开展前期工作，这四座水电站装机加起来等于再造两个“三峡工程”。
对于未来即将建设的超大型工程，张楚汉表露了他的谨慎：“未来在金沙江、大渡河、雅砻江、澜沧江和怒江修建一系列250米、300米级高坝，包括面板堆石坝、混凝土拱坝、重力坝，目前世界上还没有这类高坝遭遇强震考验的经验，这是最大的问题。”对此，在一次水利水电规划设计总院召开的讨论会中他提出重大水电工程要做到“中震不坏，大震可修，极震不倒”，并建议确定一级校核地震标准，就是考虑到300米级高坝的重要性，建议在原来一级设防的基础上，再增加校核地震一级。
按理，300米级高坝，中震概率是475年，大震约为4750年，也就是100年超越概率0.02。因此，张楚汉提出的增加校核地震一级，就是按极限地震或100年超越概率0.01，也就是按大约9000年的概率校核，这样才可以做到万无一失。
另外，张楚汉特别强调的一点就是，地震学家认为现在平静的地方也不见得将来没有大的地震，特别是对高坝大库要求还要更高一些。
“例如三峡大坝，三峡地区基本烈度为VI度，设计烈度是VII度，按照这个烈度设防是必要的，但是还不够。”他说，因为地震的不确定性，所以建议像三峡这样的大坝，尽管按照危险性分析算不出大的地震，还要用极限抗震能力反过来校核，看看如果承受VIII度甚至IX度地震会有什么样的破损，即使有这样的强震也要做到可修。
“我们必须学会从每一次案例中总结教训，尽管我们做到了世界第一，但需牢记的是：水电站安全是涉及国计民生的重大问题。”
张楚汉告诉记者，地震危及水坝安全只是水电工程安全的一个方面，我们还要应对复杂地质条件下的地质灾害、大坝开裂、坝肩稳定和大功率泄洪可能产生的事故等等。
“我们必须学会从每一次案例中总结教训，尽管我们做到了世界第一，但需牢记的是：水电站安全是涉及国计民生的重大问题。”张楚汉说。
例如，1963年10月，意大利瓦依昂拱坝库区山体滑坡，2.7亿立方米的滑坡体迅速填满了上游水库并造成高125米的涌浪翻越坝顶，仅7分钟，导致下游生命财产巨大损失。目前我国在建的200米级和300米级高拱坝均存在一定的地质高边坡安全稳定问题，必须在各个环节消除隐患，防止灾害发生。
1978年，奥地利科隆布雷恩拱坝发生开裂，其修复加固过程历经10年、耗资1.9亿美元，造成巨大经济损失。我国小湾、溪洛渡、拉西瓦和锦屏等高拱坝在1000万—1500万吨水推力荷载下，大坝局部区域存在较大拉应力，存在开裂风险。
1959年12月，法国马尔帕塞拱坝由于坝肩失稳发生溃决，导致500人死亡，经济损失300亿法郎。目前，我国水利科技和工程界已针对拱坝坝肩失稳机理与大变形溃决仿真分析方面展开了研究，总结出三种破坏模式，并将研究成果应用于锦屏和溪洛渡等高拱坝设计与坝肩安全分析中。
赞比亚的卡里巴拱坝在上下游水位差仅80—100米的条件下泄洪，结果下泄洪水在下游河道中冲刷出深达79米的大坑，严重威胁了大坝安全。如今，我国多数高坝的泄洪流量大大超过卡里巴的水平，其中溪洛渡拱坝泄洪功率高达1亿千瓦，居世界首位。因此，必须采取有效的泄洪消能措施，保障高坝泄洪安全，避免下游坝基冲刷、泄洪建筑物气蚀、坝体振动、雾化降雨等问题。
中国科学院院士、水工结构专家张楚汉谈汶川地震的启示
简要内容：张楚汉，中国水利水电工程专家，广东梅州人，长期从事水工结构工程与抗震研究。汶川地震后中科院咨询项目《唐家山堰塞湖综合整治》报告由张楚汉主笔，并经中国科学院院长路甬祥院长签发报送国务院。
张楚汉
张楚汉，中国水利水电工程专家，广东梅州人，长期从事水工结构工程与抗震研究。他提出了无限边界单元和拱坝－地基－库水动力相互作用的时域模型，将该模型与拱坝横缝非线性结构耦合，已应用于我国300米级高拱坝抗震设计。2001年当选为中国科学院院士。
“我国水电工程大多数集发电和防洪功能于一身，工程安全是水电站立命之本，安全工作不能有丝毫马虎。”
“快看，快看。”张楚汉语速突然加快，眼睛盯着电脑屏幕，右手抓着鼠标招呼我。此时他给我看的是《唐家山堰塞湖综合整治》报告中模拟堰塞湖溃堰的三维动画。
汶川地震后中科院咨询项目《唐家山堰塞湖综合整治》报告由张楚汉主笔，并经中国科学院院长路甬祥院长签发报送国务院。张楚汉认为，这是他学术生涯中又一具有重要意义的工作。
堰塞湖，就是由灾害所致的临时水库。由于挡水的土石坝未经科学设计和施工，遇到上游大暴雨水位猛涨，随时会漫坝溃决，危及下游百姓的生命安全。
据统计，汶川地震形成113处堰塞湖，其中规模较大（约100万立方米以上）的就有36座，危险性最大的唐家山堰塞湖可能威胁下游绵阳地区。唐家山堰塞湖地处涪江支流通口河北川原县城上游5公里，是汶川地震中由右岸2400万方巨大滑坡形成的80—120米高天然水坝，一旦溃坝，饱受地震涂炭之苦的绵阳、北川就会再遭遇一次洪灾。
2008年6月2日，张楚汉和王思敬院士一起赶赴唐家山考察咨询，水利部陈雷部长也亲自在现场督战。“唐家山堰塞湖的成功疏导从技术层面上看有几个关键把握住了：一个是对上游水情的把握，根据水情抢挖溢流道；二是对堰体构造和特性的把握；三是判断出堰塞湖最大可能性是1/3溃决；最后就是把握了堰体溃决过程和溃堰洪水的时空分布。”张楚汉说。
到唐家山处理堰塞湖问题的都是水利水电工程专家，水电工程和水利工程本是一家，分工不同，却异曲同工。张楚汉说：“我国水电工程大多数集发电和防洪功能于一身，工程安全是水电站立命之本，安全工作不能有丝毫马虎。”
未来我国要修建一系列250米、300米级高坝，目前世界上还没有这类高坝遭遇强震考验的经验，决不可掉以轻心。
汶川地震后，根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院的统计，四川省大中型水电站与其他水利工程共2743座水电站出现不同程度的险情，但无一发生垮坝。其中牵动世人神经的紫平铺面板堆石坝和沙排拱坝都处于IX+强震区，只出现了局部震损，并未影响其整体稳定和蓄水功能。但是中小水电站遭受了相当严重的损毁，铜钟、太平驿、姜射坝等漫顶，鱼子溪厂房被淹，映秀湾厂房倒塌。
“全世界来看，遭受了IX度强震考验的拱坝除了美国的帕柯依玛，就是沙排了；面板堆石坝只有紫平铺一个。”张楚汉认为，汶川地震后水坝和水电站总体表现良好，这说明了我国水电建设技术是过硬的，并且只要按照正常的勘测——设计——施工——管理程序来建设和运行，我国水电站安全是有保障的。
但对于未来水电站的安全问题，张楚汉表示决不可掉以轻心。
2010年是水电建设的关键年，中国水电人同见证了几件大事：举世瞩目的三峡工程实现175米蓄水目标、中国水电100周年、水电装机2亿千瓦。如火如荼的金沙江下游水电开发正在紧张有序地推进：溪洛渡、向家坝正在施工；白鹤滩、乌东德正在开展前期工作，这四座水电站装机加起来等于再造两个“三峡工程”。
对于未来即将建设的超大型工程，张楚汉表露了他的谨慎：“未来在金沙江、大渡河、雅砻江、澜沧江和怒江修建一系列250米、300米级高坝，包括面板堆石坝、混凝土拱坝、重力坝，目前世界上还没有这类高坝遭遇强震考验的经验，这是最大的问题。”对此，在一次水利水电规划设计总院召开的讨论会中他提出重大水电工程要做到“中震不坏，大震可修，极震不倒”，并建议确定一级校核地震标准，就是考虑到300米级高坝的重要性，建议在原来一级设防的基础上，再增加校核地震一级。
按理，300米级高坝，中震概率是475年，大震约为4750年，也就是100年超越概率0.02。因此，张楚汉提出的增加校核地震一级，就是按极限地震或100年超越概率0.01，也就是按大约9000年的概率校核，这样才可以做到万无一失。
另外，张楚汉特别强调的一点就是，地震学家认为现在平静的地方也不见得将来没有大的地震，特别是对高坝大库要求还要更高一些。
“例如三峡大坝，三峡地区基本烈度为VI度，设计烈度是VII度，按照这个烈度设防是必要的，但是还不够。”他说，因为地震的不确定性，所以建议像三峡这样的大坝，尽管按照危险性分析算不出大的地震，还要用极限抗震能力反过来校核，看看如果承受VIII度甚至IX度地震会有什么样的破损，即使有这样的强震也要做到可修。
“我们必须学会从每一次案例中总结教训，尽管我们做到了世界第一，但需牢记的是：水电站安全是涉及国计民生的重大问题。”
张楚汉告诉记者，地震危及水坝安全只是水电工程安全的一个方面，我们还要应对复杂地质条件下的地质灾害、大坝开裂、坝肩稳定和大功率泄洪可能产生的事故等等。
“我们必须学会从每一次案例中总结教训，尽管我们做到了世界第一，但需牢记的是：水电站安全是涉及国计民生的重大问题。”张楚汉说。
例如，1963年10月，意大利瓦依昂拱坝库区山体滑坡，2.7亿立方米的滑坡体迅速填满了上游水库并造成高125米的涌浪翻越坝顶，仅7分钟，导致下游生命财产巨大损失。目前我国在建的200米级和300米级高拱坝均存在一定的地质高边坡安全稳定问题，必须在各个环节消除隐患，防止灾害发生。
1978年，奥地利科隆布雷恩拱坝发生开裂，其修复加固过程历经10年、耗资1.9亿美元，造成巨大经济损失。我国小湾、溪洛渡、拉西瓦和锦屏等高拱坝在1000万—1500万吨水推力荷载下，大坝局部区域存在较大拉应力，存在开裂风险。
1959年12月，法国马尔帕塞拱坝由于坝肩失稳发生溃决，导致500人死亡，经济损失300亿法郎。目前，我国水利科技和工程界已针对拱坝坝肩失稳机理与大变形溃决仿真分析方面展开了研究，总结出三种破坏模式，并将研究成果应用于锦屏和溪洛渡等高拱坝设计与坝肩安全分析中。
赞比亚的卡里巴拱坝在上下游水位差仅80—100米的条件下泄洪，结果下泄洪水在下游河道中冲刷出深达79米的大坑，严重威胁了大坝安全。如今，我国多数高坝的泄洪流量大大超过卡里巴的水平，其中溪洛渡拱坝泄洪功率高达1亿千瓦，居世界首位。因此，必须采取有效的泄洪消能措施，保障高坝泄洪安全，避免下游坝基冲刷、泄洪建筑物气蚀、坝体振动、雾化降雨等问题。
