地震高发区水坝的抗震安全有保障
2012/8/24 9:02:21 新闻来源:中国水力发电工程学会
文/张博庭
关于如何才能科学的抗震,现代的理论,已经有了非常明确的结论。人们要想准确的预报地震基本上不大可能,但是,我们能够做到的是,让我们的建筑物能够经受住大地震的考验。
目前全世界的抗震结果,也已经验证这一结论的重要性。在我国的汶川大地震发生后不久,日本也发生了一次7级多的地震,但总死亡人数还不到10人。这是为什么呢?是因为日本的建筑物抗震已经非常科学了。我国的汶川大地震,以及很多欠发达国家的地震,之所以死亡人数非常大,其最本质的原因,就是城市建筑物普遍缺乏抗震措施。
一、抗震的三原则,足以保障建筑物的抗震安全:
科学的抗震措施,分为两部分,一个是根据建筑物“可以抗震,但不能抗裂”的特征,要求建筑物一定要躲开活动的地震断层。另一个是,根据当地可能产生的最大的地震强度,让建筑物具备大震不垮的抗震能力。
简单的归纳现代的建筑物抗震的三条原则是:1、摸清地震分布的情况,2躲开同震地表错动层,3具备足够的安全质量。
第一条是后两条的基础,不摸清情况,你就躲不开断层;不知道可能的最大地震动应力,你也不可能知道,采用什么安全系数才能保证建筑物的安全。
去年年初就有两位号称能用周易准确预测地震的地震大仙,声称“建怒江大坝‘违背常识’”。社会上的极端环保组织,乘机也把这个地震大仙,狠狠的炒作了一番。为此,我们特地召开了一次研讨会。请来了几位地震部门的专家。其中就有中国地震局地质研究所副所长,国家地震安全性评定委员会副主任委员,国家重大科学工程《城市地震活断层探测与地震危险性评价》的首席科学家徐锡伟。他介绍说,他们所承担的这个国家重大科学工程,已经取得了重大的成果,其作用,就是要在全国范围内解决第一条的“摸清地震情况”问题。
徐锡伟说:地面震动导致地面破坏,我们完全可以通过提高抗震设防标准,合理的抗震设防设计可以避免。但是“地震还有一种灾害是由发生断层在地震的同时产生同震的地表错动引起的地面建构筑物的毁坏,这种同震地表错动,是无坚不摧的。”。同震地表错动的断层,是必须要避开的。
汶川的白露中心学校,现在还可以看到,已经变成一个地质公园遗址保存馆。断层就从学校操场上通过。陡坎上部另一栋房子是2006年建造的,是按照7度设防,就在陡坎上,一点裂缝都没有。同样是文化大革命期间造的陡坎下部的房子,一栋男生宿舍,一栋女生宿舍,离开断层仅仅几米远,没有倒塌,一点问题没有。所以,在质量保证的条件下,离开断层就可以保证安全。
但是,在断层陡坎上的这栋房子就塌了,还砸死了人。位于陡坎上的这棵树也倾斜了,因为陡坎一侧相对抬升,另一侧相对下降,陡坎上地面倾斜,树便倾斜。因此,断层上的破坏是要严重得多。
这三条原则是现代工程抗震的根本。不理解这三条原则的,就不可能懂得为什么在日本的东京,美国的洛杉矶,以及我国的唐山这样的大地震断裂带上,还可以建城市的高楼大厦?同理,既然在大地震的高发区可以建高楼大厦,那么水坝则是一个比高楼大厦强度高得多实体建筑物,所以,建在地震高发区当然就更没有问题了。
我觉得,目前造成公众产生误解的问题之一,是我们“断层”与“断裂带”的混用。徐锡伟所长,在解释科学抗震理论的时候,不得不采用“同震地表错动层”来修饰“断层”,因为,我们以往的地震科学界通常都是把“断层”与“断裂带”混用的。不过,我觉得如果从文字定义上来分析,断层可以是一条线,而断裂带则可以是一个由很多条具体的“断层”构成的带状区域。
如果有了这样的定义,那么我们就可以说“断裂带”上即可以建高楼大厦,也可以建水坝,但是,一定要躲开“断层”。而现在由于我们经常把“断层”与“断裂带”混用,因此,目前只能强调躲开“同震地标错动”的断层。这样复杂化的表述,妨碍了地震科普的公众传播。所以,目前公众中很多人还不知道,其实,断裂带并不可怕,在那里既可以建高楼大厦,也可以建水坝电站,但首要问题是一定要躲开活动断层。
二、建筑物的抗震安全性,绝不仅仅取决于当地的地震强度
最近,有个加拿大的國際探索(Probe International)发表了一篇《中國西部的地震災害与水電大壩》的文章。财新网的記者劉虹橋也写了篇《中國西部大壩地震災害被低估》的文章。这篇文章的最大问题就是,作者根本就不懂得,一个建筑物的安全性如何,并不是仅仅由该地区的地震强度决定的。
首先说明。我高度怀疑该文章作者(约翰,杰克逊)不是一位地质学者,因为不仅这篇文章的观点违背科学常识、错误百出,而且,我们要想找作者探讨都没门。文章介绍说“約翰‧杰克遜(John Jackson)是一位熟知中國西部的地質學家的筆名,他希望匿名以保護其資料提供者。”但是,我看到整篇文章中,所有数据都有公开的出处,人们根本就看不到有任何信息的来源提供者需要保护。显然是作者的匿名,要保护的是他自己不会被揭露。
这个匿名的(约翰·杰克逊)严重错误之一,是把地震的烈度等同于建筑物的安全性。某一地区的地震烈度高,当然是那里地震的破坏力大一些,但是,那里的建筑物是否安全,则不是仅取决于地震的可能烈度。必须强调:要安全,首先是躲开活动断层,否则的话即使是不太大的地震,建在同震错动层上的建筑物也会倒塌。躲开了断层之后,其安全性如何,主要是取决于该建筑物的抗震能力。
为什么日本的7级地震只有不到10个人死亡,而我们的某些地区的发生的地震比日本的小几十倍,但是,死亡人数却可能是日本的几倍,甚至几十倍呢?其根本原因就是,地震烈度并不当然的代表建筑的安全度。也就是说,建筑物的安全性主要取决于它的抗震能力,而不是它所处的地区的地震烈度。正因为此,我们人类才能在日本东京、美国的洛杉矶以及中国的唐山这样的地区放心的建设高楼大厦。水坝的建设也是一样,某个水坝的安全性到底如何,(在躲开了地震断层之后)不是取决于它建在了什么区域,而是取决于它设计的抗震能力和建筑质量。我的水电站大坝就是按照这样的规范设计建设的,所以在汶川大地震的区域内的两千多座水电站,没有一个水坝出现问题,造成次生灾害的。
现实当中,我们常常根据某个水库的重要性,来确定该水坝的抗震强度。当然这里也一定要把可能发生的最大地震考虑进去的。但是,似乎从来也没有一个工程技术人员,会傻到按照水坝所处的地区的地震烈度,来判别水坝的安全性的。从这一点上看,这个匿名的地質學家的约翰,杰克逊,不仅可能不是什么地质学家,而且很可能都不是一个工程技术人员。
三、水电站的建设,应该有助于当地的抗震减灾
关于这个问题,我们还可以结合那篇冒充地质学家的骗人文章来谈。由于这个作者,根本就不懂专业,所以,他在文章中的一些表述也是只能糊弄外行的笑话。例如,他说“2008年汶川地震導致約80,000人死亡,并使岷江上的紫坪鋪大壩受損。這次地震造成了水壩結构裂縫及電厂牆壁倒塌。發電机組不得不關閉,并且排空水庫以評估損害程度。山体滑坡進入了水庫導致水庫沿岸大量的建筑物受損。”等等。
而实际情况是,在汶川大地震中,不仅没有一个人是死于紫坪铺水库的修建,而且,如果没有紫坪铺水库的话,汶川地震的死亡人数,肯定还要大幅度的上升。首先。紫坪铺电站所在的区域就是强震的震中区域,如果不是因为修建水库让紫坪铺的村民全都搬迁出去的话,我们不知道紫坪铺村能有多少人能躲过这场劫难。因此,才有地震后水库的一些移民敲锣打鼓的到紫坪铺电站表示感激。其次,汶川大地震发生之后,通往重灾区所有的道路几乎都被山体掩埋。而只有水库的水面,成为当时唯一的救生通道。如果没有这条生命通道,我们不知道还有多少人要因为得不到及时的挖掘和救援而死去。
再有,所谓水坝结构裂缝和厂房倒塌,都不是地震后发电机不得不关闭的原因,震后发电机的关闭,主要是由于当时的输出线路和变压器受损。否则的话,紫坪铺电站怎么可能5天之内就恢复供电?有点常识的人都应该知道,厂房倒塌和大坝裂缝,岂止是几天之内就能解决的问题?
事实上,不仅紫坪铺水电站在地震中发挥了重要的减灾作用,任何水电站修建之后,一定会提高该地区的整体抗震能力。因为,我们不仅要保障水库大坝电站具有抵御地震的能力,而且还必须要对周围的山体边坡进行抗震处理。
上图是紫坪铺水电站大坝坝肩周围的山体,经过这样的处理之后,你说它还能不安全吗?实际上,通过我们的汶川大地震后的真损调查发现,汶川震区内所有的水电站周围,凡是经过工程处理的边坡,没有一处发生问题的。也就是说,无论我们在哪里建电站,不仅要保障大坝、电站的安全,同时也还要保证周围山体的安全。所以,当大地震发生时,修建了水电站的地方,肯定要比没建电站的地方更安全。
不仅如此,大地震之后我们惊奇的发现已经建成十年之久的沙牌水电站的水库库岸,居然没有出现一点点滑坡,而紧连着大坝下游的河道则是满目疮痍,惨不忍睹。这说明水库的修建和反复的水位波动,已经让水库周围的不稳定的地质滑坡体都释放出来了,所以即使发生了大地震,水库库岸也没有什么可滑下来的东西了。
震后的沙牌水电站上游 震后的沙牌水电站下游
汶川大地震的结果充分证明了,水库水电站的修建一定会从客观上大大的减少滑坡、崩岸、泥石流等地质灾害的发生。主要有三点原因:一是,人们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,最终会从根本上大大减少地质灾害的发生。二是,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。大大减少了滑坡体的数量。三是,水库蓄水的初期,对前面工程处理之后还不能完全消除的滑坡体或者说是潜在的滑坡体,提供一个集中释放的机会。经过几次蓄水、泄水,这些滑坡体都被释放之后,新的库岸肯定会变得更加稳定安全。
因此,那篇冒充地质学家的骗人文章中所说的紫坪铺“山体滑坡進入了水庫導致水庫沿岸大量的建筑物受損。”绝对是在造谣。记得汶川地震后《南方周末》的记者曹海东就报道过这类的谣言,当然,曹记者说的还比较隐晦,只是说“有目击者称”如何、如何。而我们曾要求他找出这个目击者,他们一直也找不出来。其实,找到找不到目击者,都不重要,无非是能判定一下,到底是目击者造谣,还是记者自己造谣的问题。总之,汶川地震后所有的证据都已说明,水电站确实在地震中具有重要的减灾的作用。
四、科学认知水库诱发(触发)地震的机理
水库水体的重量会改变地壳的受力状态,引起地应力的调整(可称为荷载作用)。水库蓄水后,通过基岩中了裂隙,产生了向地下高压注水的效果,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(可以称为渗透作用)。
目前学术界普遍认为,水库诱发地震的荷载作用很小,主要是渗流的作用。这一判断也能得到现实的支持。例如,城市化的建筑群没有因为城区受力过重而诱发过地震。而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。再比如,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,也出现过诱发地震的现象。
在水库的渗透作用下,为什么会产生地震呢?根据地震板块运动地震理论的分析,断层地震爆发的原因,主要在于抗拒地壳板块运动的地应力的积累,达到一定极限之后使断层产生了突然的破裂或者错动。而断层地震的发生的临界条件就在于,所积累的地应力克服了断层之间的摩擦力。当断层板块间的摩擦力越大时,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,但这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。如下图所示,显然不管是走滑断层,还是逆冲断层一旦遭受水压力的浸润(润滑)之后,都会降低摩擦力。因此,高压注水诱发的地震,一定是提前释放地震能量,具有减小地震强度的作用。美国在上个世纪70年代就曾经采用过高压注水的方式,提前释放地震能量的减灾实验。
五、水库触发地震的震级,不可能太大
专门研究水库地震的专家几乎都认为,水库蓄水的影响深度一定是非常有限的。不管是压力的传导,还是渗透作用都不可能影响到地下深部的断层。因为,随着地层深度的增加,温度不断的升高,岩石的性质已经发生了本质的变化。高温下岩石的塑性变形将会吸收一切所谓的压力变化,在地层下的十几公里处,地质上都有一个区域叫作脆纫转换带。在韧性的岩层里不可能再有什么缝隙,因此,所谓渗透已经不会存在了。所以,水库蓄水所能影响的地震,只能是一些不超过十公里深的浅层地震。
至今世界上所有的水库诱发地震,都是发生在十公里之内,而且,6级以上的仅有四次,最大的地震只有6.5级。
从另一方面看,在地壳的浅层(例如十公里以内)根本就不大可能积蓄起来8级地震的能量。所以,世界上还没有过发生在十公里以内的8级地震。因此,由水库触发的地震,都不可能太大。
关于水库的渗流作用影响深度有限,是任何人都不能否认的。不过,为了能把汶川地震的责任,强加给紫坪铺,加拿大的这篇文章,也引用国内某反坝人士发明的新说法。说什么汶川地震有可能是先在浅层发生破裂的,然后才引起了深层的更强烈震动。这样说就有可能算是水库触发的了。不过,我觉得这种说法非常牵强,已经完全篡改了所谓“震源”的定义。
结论
一方面,现代科学技术的抗震三原则,已经完全可以保障我们所建设的水坝,有足够的抗震安全性。另一方面,加拿大蒙特利尔大学工学院嵇少丞教授,在表达岩层与地震关系的科普知识的时候,精辟地总结出地震有“强岩强震,弱岩弱震,软岩无震”的特点。据此,我们也可以总结出:在水库诱发地震的区域内,由于高压水体的浸润,可能会产生强岩变弱,弱岩变软的效果。所以,水库的蓄水之后,很有可能会有助于减小该地区地震的强度。
综上所述:无论在什么样的地震高发区,只要我们按照抗震规范修建的水电大坝,它抗震安全完全是有保障的。这个科学道理和在东京、洛杉矶以及唐山等地震高发区照样可以建高楼大厦,完全一样。
参考对照:中國西部大壩地震災害被低估
http://china.caixin.com/2012-07-20/100413388.html
中國西部的地震災害与水電大壩
http://www.sanxia2008.org/content.aspx?z=859&f=4&s=63&t=1
关于如何才能科学的抗震,现代的理论,已经有了非常明确的结论。人们要想准确的预报地震基本上不大可能,但是,我们能够做到的是,让我们的建筑物能够经受住大地震的考验。
目前全世界的抗震结果,也已经验证这一结论的重要性。在我国的汶川大地震发生后不久,日本也发生了一次7级多的地震,但总死亡人数还不到10人。这是为什么呢?是因为日本的建筑物抗震已经非常科学了。我国的汶川大地震,以及很多欠发达国家的地震,之所以死亡人数非常大,其最本质的原因,就是城市建筑物普遍缺乏抗震措施。
一、抗震的三原则,足以保障建筑物的抗震安全:
科学的抗震措施,分为两部分,一个是根据建筑物“可以抗震,但不能抗裂”的特征,要求建筑物一定要躲开活动的地震断层。另一个是,根据当地可能产生的最大的地震强度,让建筑物具备大震不垮的抗震能力。
简单的归纳现代的建筑物抗震的三条原则是:1、摸清地震分布的情况,2躲开同震地表错动层,3具备足够的安全质量。
第一条是后两条的基础,不摸清情况,你就躲不开断层;不知道可能的最大地震动应力,你也不可能知道,采用什么安全系数才能保证建筑物的安全。
去年年初就有两位号称能用周易准确预测地震的地震大仙,声称“建怒江大坝‘违背常识’”。社会上的极端环保组织,乘机也把这个地震大仙,狠狠的炒作了一番。为此,我们特地召开了一次研讨会。请来了几位地震部门的专家。其中就有中国地震局地质研究所副所长,国家地震安全性评定委员会副主任委员,国家重大科学工程《城市地震活断层探测与地震危险性评价》的首席科学家徐锡伟。他介绍说,他们所承担的这个国家重大科学工程,已经取得了重大的成果,其作用,就是要在全国范围内解决第一条的“摸清地震情况”问题。
徐锡伟说:地面震动导致地面破坏,我们完全可以通过提高抗震设防标准,合理的抗震设防设计可以避免。但是“地震还有一种灾害是由发生断层在地震的同时产生同震的地表错动引起的地面建构筑物的毁坏,这种同震地表错动,是无坚不摧的。”。同震地表错动的断层,是必须要避开的。
汶川的白露中心学校,现在还可以看到,已经变成一个地质公园遗址保存馆。断层就从学校操场上通过。陡坎上部另一栋房子是2006年建造的,是按照7度设防,就在陡坎上,一点裂缝都没有。同样是文化大革命期间造的陡坎下部的房子,一栋男生宿舍,一栋女生宿舍,离开断层仅仅几米远,没有倒塌,一点问题没有。所以,在质量保证的条件下,离开断层就可以保证安全。
但是,在断层陡坎上的这栋房子就塌了,还砸死了人。位于陡坎上的这棵树也倾斜了,因为陡坎一侧相对抬升,另一侧相对下降,陡坎上地面倾斜,树便倾斜。因此,断层上的破坏是要严重得多。
这三条原则是现代工程抗震的根本。不理解这三条原则的,就不可能懂得为什么在日本的东京,美国的洛杉矶,以及我国的唐山这样的大地震断裂带上,还可以建城市的高楼大厦?同理,既然在大地震的高发区可以建高楼大厦,那么水坝则是一个比高楼大厦强度高得多实体建筑物,所以,建在地震高发区当然就更没有问题了。
我觉得,目前造成公众产生误解的问题之一,是我们“断层”与“断裂带”的混用。徐锡伟所长,在解释科学抗震理论的时候,不得不采用“同震地表错动层”来修饰“断层”,因为,我们以往的地震科学界通常都是把“断层”与“断裂带”混用的。不过,我觉得如果从文字定义上来分析,断层可以是一条线,而断裂带则可以是一个由很多条具体的“断层”构成的带状区域。
如果有了这样的定义,那么我们就可以说“断裂带”上即可以建高楼大厦,也可以建水坝,但是,一定要躲开“断层”。而现在由于我们经常把“断层”与“断裂带”混用,因此,目前只能强调躲开“同震地标错动”的断层。这样复杂化的表述,妨碍了地震科普的公众传播。所以,目前公众中很多人还不知道,其实,断裂带并不可怕,在那里既可以建高楼大厦,也可以建水坝电站,但首要问题是一定要躲开活动断层。
二、建筑物的抗震安全性,绝不仅仅取决于当地的地震强度
最近,有个加拿大的國際探索(Probe International)发表了一篇《中國西部的地震災害与水電大壩》的文章。财新网的記者劉虹橋也写了篇《中國西部大壩地震災害被低估》的文章。这篇文章的最大问题就是,作者根本就不懂得,一个建筑物的安全性如何,并不是仅仅由该地区的地震强度决定的。
首先说明。我高度怀疑该文章作者(约翰,杰克逊)不是一位地质学者,因为不仅这篇文章的观点违背科学常识、错误百出,而且,我们要想找作者探讨都没门。文章介绍说“約翰‧杰克遜(John Jackson)是一位熟知中國西部的地質學家的筆名,他希望匿名以保護其資料提供者。”但是,我看到整篇文章中,所有数据都有公开的出处,人们根本就看不到有任何信息的来源提供者需要保护。显然是作者的匿名,要保护的是他自己不会被揭露。
这个匿名的(约翰·杰克逊)严重错误之一,是把地震的烈度等同于建筑物的安全性。某一地区的地震烈度高,当然是那里地震的破坏力大一些,但是,那里的建筑物是否安全,则不是仅取决于地震的可能烈度。必须强调:要安全,首先是躲开活动断层,否则的话即使是不太大的地震,建在同震错动层上的建筑物也会倒塌。躲开了断层之后,其安全性如何,主要是取决于该建筑物的抗震能力。
为什么日本的7级地震只有不到10个人死亡,而我们的某些地区的发生的地震比日本的小几十倍,但是,死亡人数却可能是日本的几倍,甚至几十倍呢?其根本原因就是,地震烈度并不当然的代表建筑的安全度。也就是说,建筑物的安全性主要取决于它的抗震能力,而不是它所处的地区的地震烈度。正因为此,我们人类才能在日本东京、美国的洛杉矶以及中国的唐山这样的地区放心的建设高楼大厦。水坝的建设也是一样,某个水坝的安全性到底如何,(在躲开了地震断层之后)不是取决于它建在了什么区域,而是取决于它设计的抗震能力和建筑质量。我的水电站大坝就是按照这样的规范设计建设的,所以在汶川大地震的区域内的两千多座水电站,没有一个水坝出现问题,造成次生灾害的。
现实当中,我们常常根据某个水库的重要性,来确定该水坝的抗震强度。当然这里也一定要把可能发生的最大地震考虑进去的。但是,似乎从来也没有一个工程技术人员,会傻到按照水坝所处的地区的地震烈度,来判别水坝的安全性的。从这一点上看,这个匿名的地質學家的约翰,杰克逊,不仅可能不是什么地质学家,而且很可能都不是一个工程技术人员。
三、水电站的建设,应该有助于当地的抗震减灾
关于这个问题,我们还可以结合那篇冒充地质学家的骗人文章来谈。由于这个作者,根本就不懂专业,所以,他在文章中的一些表述也是只能糊弄外行的笑话。例如,他说“2008年汶川地震導致約80,000人死亡,并使岷江上的紫坪鋪大壩受損。這次地震造成了水壩結构裂縫及電厂牆壁倒塌。發電机組不得不關閉,并且排空水庫以評估損害程度。山体滑坡進入了水庫導致水庫沿岸大量的建筑物受損。”等等。
而实际情况是,在汶川大地震中,不仅没有一个人是死于紫坪铺水库的修建,而且,如果没有紫坪铺水库的话,汶川地震的死亡人数,肯定还要大幅度的上升。首先。紫坪铺电站所在的区域就是强震的震中区域,如果不是因为修建水库让紫坪铺的村民全都搬迁出去的话,我们不知道紫坪铺村能有多少人能躲过这场劫难。因此,才有地震后水库的一些移民敲锣打鼓的到紫坪铺电站表示感激。其次,汶川大地震发生之后,通往重灾区所有的道路几乎都被山体掩埋。而只有水库的水面,成为当时唯一的救生通道。如果没有这条生命通道,我们不知道还有多少人要因为得不到及时的挖掘和救援而死去。
再有,所谓水坝结构裂缝和厂房倒塌,都不是地震后发电机不得不关闭的原因,震后发电机的关闭,主要是由于当时的输出线路和变压器受损。否则的话,紫坪铺电站怎么可能5天之内就恢复供电?有点常识的人都应该知道,厂房倒塌和大坝裂缝,岂止是几天之内就能解决的问题?
事实上,不仅紫坪铺水电站在地震中发挥了重要的减灾作用,任何水电站修建之后,一定会提高该地区的整体抗震能力。因为,我们不仅要保障水库大坝电站具有抵御地震的能力,而且还必须要对周围的山体边坡进行抗震处理。
上图是紫坪铺水电站大坝坝肩周围的山体,经过这样的处理之后,你说它还能不安全吗?实际上,通过我们的汶川大地震后的真损调查发现,汶川震区内所有的水电站周围,凡是经过工程处理的边坡,没有一处发生问题的。也就是说,无论我们在哪里建电站,不仅要保障大坝、电站的安全,同时也还要保证周围山体的安全。所以,当大地震发生时,修建了水电站的地方,肯定要比没建电站的地方更安全。
不仅如此,大地震之后我们惊奇的发现已经建成十年之久的沙牌水电站的水库库岸,居然没有出现一点点滑坡,而紧连着大坝下游的河道则是满目疮痍,惨不忍睹。这说明水库的修建和反复的水位波动,已经让水库周围的不稳定的地质滑坡体都释放出来了,所以即使发生了大地震,水库库岸也没有什么可滑下来的东西了。
震后的沙牌水电站上游 震后的沙牌水电站下游
汶川大地震的结果充分证明了,水库水电站的修建一定会从客观上大大的减少滑坡、崩岸、泥石流等地质灾害的发生。主要有三点原因:一是,人们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,最终会从根本上大大减少地质灾害的发生。二是,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。大大减少了滑坡体的数量。三是,水库蓄水的初期,对前面工程处理之后还不能完全消除的滑坡体或者说是潜在的滑坡体,提供一个集中释放的机会。经过几次蓄水、泄水,这些滑坡体都被释放之后,新的库岸肯定会变得更加稳定安全。
因此,那篇冒充地质学家的骗人文章中所说的紫坪铺“山体滑坡進入了水庫導致水庫沿岸大量的建筑物受損。”绝对是在造谣。记得汶川地震后《南方周末》的记者曹海东就报道过这类的谣言,当然,曹记者说的还比较隐晦,只是说“有目击者称”如何、如何。而我们曾要求他找出这个目击者,他们一直也找不出来。其实,找到找不到目击者,都不重要,无非是能判定一下,到底是目击者造谣,还是记者自己造谣的问题。总之,汶川地震后所有的证据都已说明,水电站确实在地震中具有重要的减灾的作用。
四、科学认知水库诱发(触发)地震的机理
水库水体的重量会改变地壳的受力状态,引起地应力的调整(可称为荷载作用)。水库蓄水后,通过基岩中了裂隙,产生了向地下高压注水的效果,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(可以称为渗透作用)。
目前学术界普遍认为,水库诱发地震的荷载作用很小,主要是渗流的作用。这一判断也能得到现实的支持。例如,城市化的建筑群没有因为城区受力过重而诱发过地震。而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。再比如,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,也出现过诱发地震的现象。
在水库的渗透作用下,为什么会产生地震呢?根据地震板块运动地震理论的分析,断层地震爆发的原因,主要在于抗拒地壳板块运动的地应力的积累,达到一定极限之后使断层产生了突然的破裂或者错动。而断层地震的发生的临界条件就在于,所积累的地应力克服了断层之间的摩擦力。当断层板块间的摩擦力越大时,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,但这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。如下图所示,显然不管是走滑断层,还是逆冲断层一旦遭受水压力的浸润(润滑)之后,都会降低摩擦力。因此,高压注水诱发的地震,一定是提前释放地震能量,具有减小地震强度的作用。美国在上个世纪70年代就曾经采用过高压注水的方式,提前释放地震能量的减灾实验。
五、水库触发地震的震级,不可能太大
专门研究水库地震的专家几乎都认为,水库蓄水的影响深度一定是非常有限的。不管是压力的传导,还是渗透作用都不可能影响到地下深部的断层。因为,随着地层深度的增加,温度不断的升高,岩石的性质已经发生了本质的变化。高温下岩石的塑性变形将会吸收一切所谓的压力变化,在地层下的十几公里处,地质上都有一个区域叫作脆纫转换带。在韧性的岩层里不可能再有什么缝隙,因此,所谓渗透已经不会存在了。所以,水库蓄水所能影响的地震,只能是一些不超过十公里深的浅层地震。
至今世界上所有的水库诱发地震,都是发生在十公里之内,而且,6级以上的仅有四次,最大的地震只有6.5级。
从另一方面看,在地壳的浅层(例如十公里以内)根本就不大可能积蓄起来8级地震的能量。所以,世界上还没有过发生在十公里以内的8级地震。因此,由水库触发的地震,都不可能太大。
关于水库的渗流作用影响深度有限,是任何人都不能否认的。不过,为了能把汶川地震的责任,强加给紫坪铺,加拿大的这篇文章,也引用国内某反坝人士发明的新说法。说什么汶川地震有可能是先在浅层发生破裂的,然后才引起了深层的更强烈震动。这样说就有可能算是水库触发的了。不过,我觉得这种说法非常牵强,已经完全篡改了所谓“震源”的定义。
结论
一方面,现代科学技术的抗震三原则,已经完全可以保障我们所建设的水坝,有足够的抗震安全性。另一方面,加拿大蒙特利尔大学工学院嵇少丞教授,在表达岩层与地震关系的科普知识的时候,精辟地总结出地震有“强岩强震,弱岩弱震,软岩无震”的特点。据此,我们也可以总结出:在水库诱发地震的区域内,由于高压水体的浸润,可能会产生强岩变弱,弱岩变软的效果。所以,水库的蓄水之后,很有可能会有助于减小该地区地震的强度。
综上所述:无论在什么样的地震高发区,只要我们按照抗震规范修建的水电大坝,它抗震安全完全是有保障的。这个科学道理和在东京、洛杉矶以及唐山等地震高发区照样可以建高楼大厦,完全一样。
参考对照:中國西部大壩地震災害被低估
http://china.caixin.com/2012-07-20/100413388.html
中國西部的地震災害与水電大壩
http://www.sanxia2008.org/content.aspx?z=859&f=4&s=63&t=1