陳厚群：大壩安全與水庫地震

　　最近這段時期，社會上對水電開發，特別是其中的地震、地質問題都很關注。本人長期從事大壩抗震研究，想從大壩抗震安全的角度談一點自己的看法。　

　　大力發展水電是國情決定的

　　談到水電開發，不能不從我國能源結構說起。我們主要還是以煤電為主，煤電占二次能源結構的百分之七八十，這是國情決定的。在可預見的將來，要完全改變也是有困難的。但是由于生態環境的要求，由于資源的制約，能源結構必須進行改善。

　　為應對氣候變化，國家領導人已在國際場合作出莊嚴承諾，2020年前我國一次能源里非化石能源比例要占到15%。據我了解，現在這個數字只有百分之七八，任務相當艱巨，而水電可能要承擔一半以上的任務。

　　我國水電資源在全世界占首位，開發程度只有20%多，而發達國家早就把水電資源開發得差不多了，我國還有很大潛力。如果按照100年計算，我國水電能源相當于全國各種能源加起來總和的40%，這是不可忽視的水電優勢。何況，水電開發不光解決能源問題，它還有防洪、航運、改善生態環境的綜合效應。考慮到我們的國情，大力發展水電將起到無可替代的作用。

　　我國地勢西高東低，河流源頭大部分在西部，西部落差很大，水電資源百分之七八十集中在西部。西部恰恰是我國地震最強烈的地區，而且這些高山陡坡對區域構造活動也有著不可分割的關聯。因此，水電抗震安全是不可回避的問題。這也是我們的國情。

　　大壩抗震安全有無保證

　　說到抗震安全，首先在概念上要區分“抗震”和“抗斷”。什么是抗震呢？就是地震動引起的地面震動，通常以某個地方加速度的多少來表征，這是地面震動對大壩造成的影響。抗斷是斷層斷裂，造成斷裂兩邊的位錯。

　　比如1999年臺灣的集集地震，石崗閘壩的幾個閘室被錯動了七八米，這種錯動是任何大壩都難以抗御的。大壩可以抗震，但抗斷很困難，一般不允許建設在活動斷層上。對于斷層，現在采取的是盡量避讓的辦法。現行的水工建筑抗震設計規范明確規定，壩址區分為有利地段、不利地段和危險地段，發生斷層的肯定是危險地段，要充分論證，加以避讓。

　　那么大壩抗震是不是安全呢？在強地震區，我國各有關部門對大壩抗震安全確實是非常關注的，主要反映在兩個方面。

　　首先是設防標準。一些重大的高壩工程，抗震設防標準是按五千年一遇。地震有很大的隨機性，只能從概率意義上估計它的風險度。洪水的百年一遇、千年一遇也是這個概念。我國規范規定100年內超越設計地震的概率只有2%，相當于五千年一遇的概率水準，應該說是相當高了。與此相比，一般建房子是按照50年的超越概率10%，大概相當于五百年一遇的抗震水平。

　　汶川大地震后，國家發改委專門下發文件，要求對重要的大壩工程，除了按照五千年一遇的設防水準進行設計校核外，還要對已建和在建的重要大壩工程，按照“極限地震”進行校核，就是保證在極限地震下不發生潰壩導致的對下游的嚴重次生災害的地震災變。據我了解，有關水電部門都認真執行了這樣的要求。　

　　關于極限地震，國際上也沒有非常明確的定義，總的來講就是根據壩址的具體的地震地質條件確定可能發生的極限地震。暫時是按照一萬年一遇的標準，即從概率意義上講，一萬年才可能發生這樣一次大地震，我們的重大水壩工程要按照這個標準進行校核。這是非常嚴格的要求。汶川地震以后，我們正在修訂國家的水利抗震設計規范。我本人負責水工抗震規范的總編和修訂工作，我們準備把發改委的要求正式列入正在修編的水工抗震規范。今后凡是重大的屬于甲類抗震設防的重大大壩工程，除了按照五千年一遇的抗震設防水準進行抗震設計以外，還要對極限地震進行校核。

　　其次，在金沙江、大渡河等一系列高壩工程建設的推動下，我國在保證大壩抗震安全方面做了大量的研究工作。這些工作包括壩址相關的地震動輸入、各種壩型在強烈地震作用下的響應、大壩材料在地震作用下動態抗裂的研究等。據我了解，這方面的研究工作是處于國際前列的。

　　汶川地震是對我國大壩抗震安全的一次大檢驗，特別是在比較強烈的地震區內，有4個100米以上不同類型的高壩。紫坪鋪混凝土面板壩，是一個較新的壩型，158米高。另外，沙牌碾壓混凝土拱壩，也是一個較新的壩型，有130多米高的水頭，地震時幾乎是滿庫；還有碧口水電站的心墻土石壩，還有寶珠寺的混凝土重力壩。4種完全不同類型的壩，都在100米以上，經受了超乎預期設防標準的汶川大地震。也就是說，汶川大地震是超過它們的設防水準很多的大地震。但是，這些壩都沒有被毀壞。當然，紫坪鋪等壩有些損壞，但這些壩整體上是穩定的，經受住了特大強震的考驗。

　　汶川地震以后，在中國大壩委員會的組織下，國際大壩委員會有關專家到現場考察討論，一致的結論是，這些大壩經受住了考驗，我國在大壩抗震方面做了大量有成效的抗震設計和研究工作。

　　我國是多地震國家，大壩抗震安全是非常值得重視的關鍵技術問題，但要利用豐富的水能資源又無法回避抗震問題。但只要認真按照抗震實際規范的嚴格要求，對大壩進行認真設計，再保證優質的施工質量，然后再加上規范的運行管理，大壩安全就有保證。

　　百米左右高壩的抗震，在汶川地震里已經得到檢驗。現在正在修建一系列300米的高壩，要保證它們在極限地震下不發生嚴重的次生災害災變，我們還要做大量科研工作。當然，這些工作也都在進行之中。

　　地質災害也是水電開發里非常關注的問題。所謂岸坡穩定，我理解分成兩部分，一部分是壩址區的，另外一部分是庫區的。

　　壩址區的岸坡，必要的時候要采取加固措施。比如，對壩肩常會進行加固。汶川地震中對這些措施的有效性有了非常好的檢驗和證明。在紫坪鋪或者沙牌水電站，鄰近發生斷層地區的高壩可以看到，凡是經過處理的岸坡，都完好無損。

　　在庫區，水位上升時，岸坡，特別是比較陡峻的局部地區總會有一些不很穩定的地區，比如三峽工程1000多公里庫區中，就存在這樣一些不很穩定的局部地區。高壩大庫蓄水以后，局部庫區發生一些地質災害是正常現象。一般情況下，只要規模不是很大，不會造成太大影響，而且可以治理。以三峽庫區為例，國家投入幾十億元治理，國土資源部多年來做了大量工作。從三年試驗性蓄水情況看，2008年試驗性蓄水，一直到去年達到設計要求的175m水位，庫區的地質災害是逐年減少的，說明長期來的治理非常有效。

　　對大壩的地震和地質災害問題，既要高度重視，不能掉以輕心，但也不能因噎廢食。

　　該如何理解水庫地震

　　建大壩是不是就會引發地震？不一定。

　　全世界現在有幾十萬座大壩，其中高壩的數量很大。據我所知，到目前為止，各國報道水庫地震的事例也不過100多起。而這100多起是不是水庫地震、是不是跟水庫有關有的還存在爭議。國際大壩委員會下設地震專業委員會，我是該委員會副主席。該委員會有一個關于水庫地震的文件，列舉了39個比較公認的水庫地震。目前從統計資料看，全世界水庫引發地震的比例不到千分之零點幾，這個比例是很小的。

　　水庫地震可以分成兩種大的類型。一類是非構造型的水庫地震。庫岸里一些喀斯特溶洞，或者古老的礦洞，或者因為巖體地表較破碎，蓄水以后應力重新調整，這樣引發的地震跟發震構造沒有直接聯系，可稱之為非構造型水庫地震。這類水庫地震，按到目前為止的統計結果看，震級一般不高，也就是三到四級，對鄰近的壩體或者附近的民居建筑不會造成很大影響。到目前為止，所謂的水庫地震絕大部分屬于這種非構造型水庫地震。

　　另外，確實有少數跟發震構造有一定聯系，稱之為構造型水庫地震。該類地震震級可能較高，但水庫只是起觸發作用，因而水庫地震的震級不會超過被觸發的天然地震的震級。大家關注的也正是該類可能造成損害的地震。

　　水庫引發地震的機理，全世界還都并沒有搞清。因為“地底下幾公里、十幾公里的地層中，水是怎么作用的，水在地底下幾公里以下的高溫高壓條件下，是什么性質？”“巖石的性質又會有什么變化？”等很多問題還沒有搞得很清楚。但是，有關專家形成一個初步共識，即無非有兩類作用：水庫的水體重量和水沿著斷層裂隙的滲透作用。

　　關于水體的重量，很多研究表明它不起主要作用。一個水庫哪怕兩三百米高，但是地震發生在地底下起碼5~10公里，這些5~10公里的巖石比重是2.6~2.7，而水的比重是1，庫水的重量跟巖體的重量比是微不足道的。所以，主要是水體對發震斷層的滲透作用，有可能造成巖體抗滑強度的降低，導致斷層錯動，并最終引發地震。這是目前比較形成共識的解釋。

　　發生構造型水庫地震需要3個前提條件。其一，該庫區確實存在發震斷層，發震斷層的定義，世界上沒有非常嚴格的統一認定，我國地質專家的認定是10萬年以內有過活動的發生斷層。

　　其二，該發生斷層原有的應力積累，已到其臨界狀態。庫水的作用只是起到觸發它的作用。現在，國際大壩委員會已經在文件上規定，把這樣的水庫地震稱為“水庫觸發地震”。它實際上是個天然地震，庫水不觸發也存在，而且接近臨界狀態了。

　　其三，要有庫水向深部滲透到發震斷層的水文地質條件。目前為止，世界上只有4個震級超過6級的水庫地震。我國廣東的新豐江大壩的水庫地震就是其中之一。這4個水庫地震中的最大震級，有的資料說6.3級，有的說6.5級，并不是非常精確。6級多一點，這是目前為止水庫地震的上限。

　　另外，水庫地震本身還有一些特點。它一般震源比較淺，有明顯的前震，前震持續一段時間再發生主震，因為水體向深部滲透有個過程。主震以后，還發生余震。所以，它在地震類型上屬于前震、主震、余震型。我國的構造地震很大部分都屬于主震、余震型，比如汶川地震就沒有明顯的前震。

　　有人曾提出汶川地震是不是跟紫坪鋪有關。事實上，我們的抗震規范規定，對于可能發生水庫地震的水庫，都要經過嚴格的勘探，如果有可能發生地震，至少在蓄水以前一年要設立強震觀察臺站，嚴密監視。比如三峽水庫早就設置了當時世界上規模最大、數字化的專門監測水庫地震的臺網。有24個臺站密布在認為容易發生水庫地震的庫區，一直工作到現在。

　　紫坪鋪也是這樣，它在建壩前13個月就設置了7個臺站，基本上把容易發生水庫地震的地區都控制住了。水庫蓄水兩年半以后才發生汶川地震，所以蓄水前13個月跟蓄水后兩年半時間地震活動的頻度、強度都有對比。地震部門把這些資料跟蓄水前的13個月，蓄水以后每13個月都作了統計，無論強度和頻度都沒有什么變化。也就是說，從監測資料來看，紫坪鋪水庫蓄水前后的地震活動性沒有明顯的變化。

　　監測水庫地震的臺網比較密，一般很微小的地震都能測到。因此，這些資料很有說服力，說明紫坪鋪本身并不可能觸發汶川地震這么大的地震。我們把這些觀點寫成文章，在國際刊物上發表了。發表以后，原來發表過質疑文章的美國Science News亞太地區主編Richard Stone先生對我進行了專訪，隨后發表了一篇反映我們觀點的文章。在這些方面，很多誤解的造成，是因為交流溝通不夠。只要尊重事實，尊重科學的依據，一些問題應該可以說清楚。

　　社會關心水電開發中的一些問題，特別是關于地震地質方面的安全問題，這是正常的。科學問題是容許有各種不同意見的，需要共同探討。真理總是越辯越明的，但作為技術人員，我們都應該以科學的態度，依據科學資料來說明自己的論點。