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1前 言
舉世矚目的三峽工程是開(kāi)發(fā)和治理長(zhǎng)江的關(guān)鍵性骨干工程,也是當(dāng)今世界最大的水利水電工程。自1994年12月正式開(kāi)工以來(lái),1997年順利實(shí)現(xiàn)了大江截流、2003年按期實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)蓄水到135.00 m、139.00 m高程,工程開(kāi)始發(fā)揮初期綜合效益,2006年10月實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)蓄水到156.00 m的目標(biāo),左岸14臺(tái)共980萬(wàn)kW 機(jī)組提前一年投產(chǎn)發(fā)電,船閘年通航運(yùn)量達(dá)到建壩前3倍,大壩全線達(dá)到185m設(shè)計(jì)高程提前兩年擋水,初步發(fā)揮了防洪、發(fā)電和航運(yùn)的綜合效益。2008年汛末成功地進(jìn)行了試驗(yàn)性蓄水,水庫(kù)最高水位達(dá)到172.8 m,工程的樞紐建筑物穩(wěn)定性、機(jī)組能量特性、庫(kù)區(qū)水質(zhì)、庫(kù)岸穩(wěn)定性和水庫(kù)地震震情等都在設(shè)計(jì)預(yù)期范圍內(nèi),整個(gè)工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行情況好于預(yù)期。三峽工程將于2009年底如期完成初步設(shè)計(jì)的建設(shè)任務(wù)[1]。
自2008年發(fā)生汶川大地震后,特別是通過(guò)對(duì)唐家山堰塞湖的成功排險(xiǎn)報(bào)導(dǎo),高壩大庫(kù)在遭受強(qiáng)震時(shí)是否會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重次生災(zāi)害影響抗震安全,以及水庫(kù)地震等涉水地震風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題,在國(guó)內(nèi)外受到廣泛關(guān)注。尤其是對(duì)三峽這類(lèi)大型工程更加關(guān)注。為此,本文借科協(xié)論壇對(duì)三峽工程的抗震安全和水庫(kù)地震問(wèn)題再次概述管見(jiàn),以供探討。
2三峽大壩的抗震是安全的
2.1壩址地震地質(zhì)條件相當(dāng)優(yōu)越[2]
根據(jù)長(zhǎng)期詳盡的勘察論證,三峽工程所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造格局清晰,具有較高穩(wěn)定程度的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境,壩址所在的黃陵地塊為約9億年前震旦紀(jì)的穩(wěn)定結(jié)晶巖基底。壩址的工程地質(zhì)條件良好,基巖的花崗巖體總體上堅(jiān)硬完整,平均飽和抗壓強(qiáng)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(qū)斷裂規(guī)模小,以陡傾角為主,且多膠結(jié)良好。
壩址區(qū)無(wú)孕育中強(qiáng)震的發(fā)震構(gòu)造。區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)水平不高、強(qiáng)度小、頻率低。在2000年的歷史記載中,壩址及周?chē)?00km范圍內(nèi),發(fā)生的4次6-63/4級(jí)地震的震中均距壩址200km以上,5級(jí)以上的地震也距壩址130km以上。只是在其外圍距壩址60km的遠(yuǎn)安、19km的仙女山和17km的九灣溪等斷裂有一定的活動(dòng)性,但均屬弱活動(dòng)斷裂,發(fā)生強(qiáng)震的可能性很小。
因此,三峽工程壩址的地震地質(zhì)條件是相當(dāng)優(yōu)越的。
2.2大壩的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)留有充分安全裕度
三峽工程經(jīng)過(guò)我國(guó)地震部門(mén)進(jìn)行了深入的地震危險(xiǎn)性分析和地震動(dòng)參數(shù)研究[ 3],壩區(qū)的基本烈度定為Ⅵ度。建議的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)取年超越概率為10-4 ,相應(yīng)的峰值加速度為125gal。按照我國(guó)現(xiàn)行的《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,對(duì)于像三峽大壩這種屬于甲類(lèi)抗震設(shè)防類(lèi)別的壅水建筑物,應(yīng)按100年內(nèi)超越概率2%、即大致年超概率為5×10-4 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防,相應(yīng)的功能目標(biāo)為只產(chǎn)生可以修復(fù)的損壞。考慮到地震的不確定性及其一旦引發(fā)大壩次生災(zāi)害后果的嚴(yán)重性,我國(guó)大壩的抗震設(shè)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),已遠(yuǎn)高于一般房屋建筑對(duì)應(yīng)相應(yīng)功能目標(biāo)的50年內(nèi)10%的設(shè)防概率水平,與國(guó)外同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)相比也是較高的[4]。此次汶川大地震中不少大壩經(jīng)受了檢驗(yàn)。三峽大壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),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(qū)地震地質(zhì)條件優(yōu)越,地震活動(dòng)水平不高,鑒于三峽工程的重要性,對(duì)其主要建筑物,尤其是對(duì)大壩的抗震性能,都進(jìn)行了深入的專(zhuān)門(mén)研究[5] [6] [7]。三峽大壩有限元?jiǎng)恿Ψ治黾罢駝?dòng)臺(tái)動(dòng)力模型試驗(yàn)研究的結(jié)果表明,三峽大壩的抗震性能滿(mǎn)足規(guī)范要求并有相當(dāng)安全裕度。
綜上所述,可以認(rèn)為,三峽大壩的抗震是安全的。
3三峽工程的水庫(kù)地震
3.1關(guān)于水庫(kù)地震的基本認(rèn)識(shí)[8]
汶川大地震后,水庫(kù)地震問(wèn)題,深為國(guó)內(nèi)外所關(guān)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(guān)等這樣的問(wèn)題。顯然,國(guó)內(nèi)外各界對(duì)高壩大庫(kù)的抗震安全的關(guān)注、不同觀點(diǎn)的探討,有利于促進(jìn)對(duì)高壩大庫(kù)抗震安全的重視,并加強(qiáng)其深化研究。然而,學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴需要基于實(shí)事求是的科學(xué)依據(jù)。這些不同觀點(diǎn)的分歧主要涉及對(duì)水庫(kù)地震的理解。為此,首先簡(jiǎn)單概述對(duì)水庫(kù)地震的基本認(rèn)識(shí)。
水庫(kù)地震是指由于水庫(kù)蓄水導(dǎo)致環(huán)境物理狀態(tài)的改變,從而在壩址和正常蓄水位淹沒(méi)范圍的庫(kù)區(qū)引發(fā)地震的現(xiàn)象。世界上已有30多個(gè)國(guó)家先后報(bào)導(dǎo)了100多個(gè)與水庫(kù)蓄水有關(guān)的地震事例,但其中一些事例是否與水庫(kù)蓄水有關(guān)尚存有爭(zhēng)議,被較普遍確認(rèn)的不到一半。在最近國(guó)際大壩委員會(huì)(ICOLD)頒布的公報(bào)《水庫(kù)觸發(fā)地震-知識(shí)概述》中[11],只列出了39個(gè)水庫(kù)地震震例??梢?jiàn),在全球8萬(wàn)多座水庫(kù)中,因水庫(kù)蓄水引發(fā)水庫(kù)地震的事例所占比率極小。高壩中的比率雖略高,但被確認(rèn)的不多。目前,在世界范圍內(nèi)水庫(kù)地震震級(jí)超過(guò)6級(jí)的僅有4例,即: 中國(guó)新豐江(6.1級(jí)),贊比亞的卡里巴(6.1級(jí)) ,希臘克里瑪斯塔(6.3級(jí)) ,以及最大震級(jí)的印度柯依納(6.5級(jí)) 。所以,水庫(kù)地震發(fā)生的概率是很低的,水庫(kù)蓄水引發(fā)強(qiáng)震的更少。當(dāng)然,并不是所建的水庫(kù)都會(huì)引發(fā)地震、或凡發(fā)生在水庫(kù)的地震都是水庫(kù)蓄水造成的。世界上至今沒(méi)有因水庫(kù)引發(fā)地震而導(dǎo)致大壩失事的事例。