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张博庭:地震周年,回眸我国西南水电
发布时间:2009/6/8  浏览次数:2354 次  来源:中国水力发电工程学会

   汶川特大地震影响波及全国,震中及周边地区震灾十分严重,人民生命财产遭受了巨大损失,基础设施受到严重破坏。但我国的水电站在地震中的表现却令人惊叹,没有一座水电站的主要建筑物在地震中被震毁,没有一座水电站引发了次生灾害。这些现象的原因何在,非常值得大家从理论上加以总结。

  因此,在汶川大地震发生一年之际,在社会各界都在纷纷总结一年多来抗震救灾经验的时候,中国水力发电工程学会也特地组织来自全国的地震和水电专家学者对社会各界极为关心的水坝、水电站在地震中的安全问题,召开了一个专门的学术交流会。盘点中国水电在地震中的表现,总结水坝、水电抗击特大地震的经验。

  结论一:我国水坝、水电站的设计规范是科学的,施工是可靠的,大坝是安全的。

  在汶川大地震之前,社会各界对地震高发区的水电建设的安全性到底如何的分歧意见很大。一种观点认为:现代的科学技术使得水坝的安全性完全可以保障。理由是:人们既然可以在东京、洛杉矶这样的地震高发区放心的建设大楼,大家不必担心水坝的抗震能力。现有的科技水平,只要正确的认识到了地质条件,完全可以避开地震的断层,解决水坝的抗震问题。

  另一种观点认为:地震高发区建设的大型水坝极其危险,一旦地震后果将不堪设想。很长时间以来,紫坪铺水库一旦遭遇松潘地震,后果不堪设想一直是中国反水坝精英们脍炙人口的口头禅。然而,他们做梦也没想到,大自然居然对那些喜欢以地球的保护者自居的伪环保精英们一点都不领情。你们不是喜欢造谣说紫坪铺一旦遭遇松潘地震,后果不堪设想吗?我就偏要给你震一个看看,似乎非要把这个不堪设想的谎言当众戳穿。

  512日,就在距离紫坪铺水库17公里的汶川,确实发生了比反坝精英们多次威胁说后果不堪设想的松潘大地震还要大几十倍的8级特大地震。然而,被反坝组织点名警告的四川岷江上的紫坪铺水库高坝,不仅没有发生任何不堪设想的后果。而且,还在地震中立了大功。例如,紫坪铺水库形成的宽阔水面,为地震后道路的严重塌方和空中气候受阻的救灾提供了可靠的水路保障;震后不几天(517日)紫坪铺水电站就率先恢复发电,为灾区的抢险救灾提供了巨大的帮助;不仅如此,水库的11亿库容,成为目前危机四伏的众多堰塞湖的最后屏障,保障着整个成都平原免受堰塞湖溃决洪水的威胁。

  524日上午,温家宝来到紫坪铺察看大坝安全情况。听说这座大坝在地震中经受住了考验,温家宝十分高兴。他说这表明大坝的设计、施工质量是过硬的,希翼大家继续努力,抓紧修复大坝的3条裂缝,进一步确保大坝的安全。

  紫坪铺这种成功抵御特大地震的现象,并不是偶然的。而是这次所有处在强地震区域内的水坝、水电站,都不负众望的经受住了特大地震的严峻考验。除了紫坪铺是一座高面板堆石坝之外,沙牌、碧口、宝珠寺等,这几座同样处在汶川震中地区百米以上的高坝,以及震区内的上千座各种水坝、水库、水电站都安然无恙的经历了超过地震设防的烈度的考验。

  事实证明:我国水坝、水电站的设计规范是科学的,施工是可靠的,大坝是安全的。

  结论二:汶川大地震不可能是水库诱发出的地震

  震惊世界的汶川特大地震暴发之后,全球各地的地质、地震科学工编辑们根据自己的多年研究和经验很快地做出自己的判断。

  汶川地震发生后不到1小时,日本东京大学地震研究所的网站上,就发表了一篇由东大变动地形学副教授池田安隆撰写的分析报道。认为,位于四川盆地边缘的龙门山断层整体移动,引发了里氏8级的大地震。

   这一结论得到了美国地质调查局(USGS)专家的认同。USGS地震专家哈利本茨(Harley Benz)认为:引发地震的断层绵延在四川盆地的西北和正北方向,大家认为这次地震发生在龙门山断层

  台湾中央大学地质学系教授王乾盈说印度板块向欧亚板块移动,发生喜马拉雅造山运动,但是喜马拉雅山只有印度那么宽,东边和西边多余的部分只能冲到两边的大陆板块下面,板块交界处活动最为频繁。所以,喜马拉雅山西边的阿富汗和巴基斯坦地震不断,东边和四川盆地交接的地方也多发地震。

  他的同事赵丰教授说:第一次造山运动完成之后,印度板块并没有就此静止不动,而是继续挤压欧亚板块,大地内部聚积了大量能量,导致青藏高原不断隆升,又不断向东部扩展,使中国西部地区形成了很多断裂带。。断裂和地震又相辅相成——断裂引发地震,地震又造成断裂,因此中国西部的地震频率远比东部高,据统计,两者的比率为61

  同济大学地质学家、工程院院士卢耀如:汶川属川西地区,属地震多发带,正处我国地势第一阶梯第二阶梯交界处,青藏高原隆起后,该地区的板块构造运动比较活跃,比较容易发生地震,其中大部分为7级以上。

  中国地震局地震预测研究所研究员张国民:从大的方面来说,汶川地震处于中国一个大地震带——南北地震带上,涉及地区包括从宁夏经甘肃东部、四川西部直至云南,属于地震密集带。从小的方面说,汶川又在四川龙门山地震带上,发生地震的几率较高。

  中科院地质与地球物理研究所研究员王二七:汶川地震发生在青藏高原的东南边缘、川西龙门山的中心,位于汶川-茂汶大断裂带上。从历史记录来看,尽管龙门山主体没有发生过大地震,但它北边的松潘在1976年曾经发生过7.2级强震。因此,虽然龙门山地区看上去构造活动性不强,但很可能是处在应力的蓄积过程中,蓄积到了一定程度,地壳就会破裂,从而发生地震。

  日本东京大学地震研究所:这次地震位于龙门山断裂带,过去几百年里,这一断裂带附近多次发生7级以上大地震,但龙门山主体并没有强烈活动,直到这次地震的发生。断裂自东北向西南沿着四川盆地的边缘分布,长300多千米,宽约60千米,沿断裂青藏高原推覆在四川盆地之上,由于蓄积的应力超过了岩石强度的临界点,地震就发生了。

  美国加州地震研究中心认为:来自青藏高原深部的物质向东流动到四川盆地受阻,向上运动,两者边界即为断层面。如果断裂每年运动数厘米,每隔5070米,积聚的应力和能量就能产生一次7级以上大地震。

  朴次茅斯大学结构地质学家约翰惠利博士:地震是由建立在液体状地幔之上的陆地之间的运动引起的,喜马拉雅山就是这一过程的证明。除了造成大范围的高原地区外,印度板块的推进还促使青藏高原的物质向东扩张。在四川地区,青藏高原的边缘正被推进到较为脆弱的沉积岩下。这次地震正好发生在标志着这些沉积物边缘的一个断裂带上。

  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说:这次地震与人为因素和环境因素完全无关,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1012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,汶川大地震也让一些非地震专业的人士得到了炒作的机会。四川省地矿局旅游地质调查大队总工程师范晓,这位以一贯地质工编辑的身份造谣反坝的所谓专家,看到自己以前所编造的:一旦发生大地震,紫坪铺水电站的后果不堪设想的谎言被事实彻底揭穿。立即来一个180度的大转弯,急不可待的转而开始炒作是紫坪铺水库引发了汶川大地震。仅仅在地震后的一个月后,他就在多次发表其反坝的造谣文章《中国国家地理》上,发表了混淆视听的造谣文章汶川地震:地下的奥妙。并且别有用心的把紫坪铺水库蓄水前的原始地震监测数据,当作蓄水后所引发的地震的证据欺骗公众。公开的制造是水库蓄水诱发了汶川大地震的谣言。

  国外某些对中国的发展具有酸葡萄心理的人士,也不甘寂寞的加入了这种炒作的行列。美国《科学》杂志亚太资讯编辑理查德石磊,在2009116日出版的美国《科学》杂志上刊发的一篇耸人听闻的资讯报道《人类触发了四川大地震吗?》。这篇文章除了依据中国造谣专家范晓的种种谎言和猜测之外,还引用了一个名为美国哥伦比亚大学的所谓地球物理灾害学家克里斯汀克劳泽博士所作的报告。不过后来经查明:不仅这个克劳泽博士早已经离开哥伦比亚大学的拉蒙特多尔蒂地球观测站,成为哥伦比亚大学生物医学工程系的一名博士后,已不属于地震研究领域。而且,据他的同行们透露,这个博士连龙门山地区的历史地震都毫无概念,缺乏地震科学方面的学术背景。

    美国《科学》杂志资讯报告所依据的唯一具有地震方面学术背景的资料,是一篇由我国国内雷兴林等地震工编辑发表在《地震地质》杂志上的地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析一文。不过,该文章编辑们自己也强调他们的研究,只是建立在所设想的一系列假定之上的一种学术观点。

   国内外很多的地震研究人员都不认同该文章的假设。因为目前大家人类无法对于深层的地质构造进行实际观测,大家还有很多不太清楚的地方。该文章的计算中,引入了大量的人为假设。而这些假设却存在着明显的漏洞。例如,水库的荷载作用和渗透作用都不会是无限深的向下传递。地质界的通说认为:由于地下的岩层将会不可避免地随着深度的增加而增高温度。所以,在地下十公里以下的岩层温度通常都会达到摄氏250400度。在地下1015公里处一般还会有一层脆-韧性变形转换带,这使得该段地层完全失去了大家弹性假设的各种特点。不仅该处岩石的塑性变形将大幅增加,而且,水也不可能再是普通的液体。因此,原来在弹性理论下,所有关于水库诱发地震的分析和机理都已经失去了意义。一方面弹性压力的传导会被脆-韧性变形转换带的任意塑性变形所吸取,另一方面,在脆-韧性变形转换带内即使还有液体存在,也不可能会再起到原来所设想的弹性板块间的润滑作用。

此外,不仅该文章的计算结果与实际数据并不存合理的联系,而且,按照该文的一些推论,其所开发的App已经能定量的计算水库诱发地震的问题。试想,如果大家已经可以用数学方法定量的计算出水库诱发地震问题了,那么预测地震似乎就更不应该在话下了。这显然不大可能。因此,这种计算App很可能与很多所谓的地震预报方法一样,都不会有太大的实际意义。因为大家谁也说不清楚,计算中的各种假设到底有多大的可信度。

  总之,在讨论汶川地震中水库作用的问题上,普遍出现了这样一种现象。一些不太了解地震科学的人,反倒喜欢炒作有可能是水库诱发了汶川大地震,而越是严谨的职业地震科学工编辑,则越是倾向认为:根据现有的现象和力学分析,汶川地震不可能是由于水库诱发的。

  结论三、水库触发地震,让地震的能量提前释放,具有减小震级的积极作用

  3.1水库地震的能量来自于地壳运动

  以往地震科学界和工程界内水库地震的研究人员,都统称水库蓄水后发生的地震为水库诱发地震。后来工程界研究水库地震的科技工编辑逐渐发现,所谓水库诱发地震的说法并不科学。目前,根据全世界水库地震工程界只关注较大的水库地震的现实,提出应该用水库触发地震的说法取代水库诱发地震的说法。根据这一定义,大家可以明确地阐明:水库触发地震的能量不是来自于水库的蓄水,而是来自地球的天然地震。现实中这个结论也非常容易得到证明,例如,世界上所有发生过较大的水库地震的地方,经过多年的运行之后几乎都不再发生水库地震,无论大家再怎么样的蓄水、放水,都不会再发生较大的水库地震。这说明水库地震的能量不是来自水库的蓄水,而该地区的原有的地震。该能量一旦已经被释放掉了,就不会再发生较大的水库地震。以下是我国最大水库地震新丰江水库地震的监测图,它可以充分的显示出:水库地震的能量一旦被释放出来之后,几乎不再会发生地震的现实。这种现象在全世界也是普遍存在的。

此外,从逻辑概念上大家也不难想象,即使几亿、几十亿甚至几百亿水体重量对地壳岩体的压力变化所产生的能量,相对于巨大的地球大陆板块的漂移运动而言,几乎可以忽略不计

 

  3.2由水库触发的地震不可能太大

   通过地震界关于汶川大地震,会不会是由紫坪铺水库触发的争论。大家也可以得到这样一个结论,即:由水库触发的地震不可能太大。为什么这么说呢?因为水库蓄水的影响区和特大地震发生区没有重合的可能。从水库地震的机理上分析,前面大家已经说明了,水库的蓄水作用对地层的影响深度是有限的,几乎不可能超过地下十公里。因为地球地壳的特性中还存在一个脆-韧性变形转换带,无论是水库蓄水的压力作用还是渗透作用,都不可能穿越这个区域。而另一方面,全世界所有发生地震的实际记录说明,没有一次8级以上的特大地震能够发生在浅于地面十公里的底层内。也就是说历史纪录说明,在浅于十公里的地壳内,还不足以积蓄起8级以上大地震的能量。由此可见,水库蓄水的影响区域仅仅能存在于地面几公里以内,而特大地震的能量积蓄又都是地下十公里以下。所以,水库作用与深层的地震根本就不属于同一个区域,因此,水库不会对深层的特大地震产生实际影响。

  从现实来看也不例外,虽然世界上的水库触发地震的次数非常多,例如某一个大库蓄水后就可能会促成千上万次的小地震。但是,绝大多数水库地震都是三级以下的微小地震、无感地震。目前,全世界几十万座水库上已经记录到了超过5级的水库触发地震,只有20多次,而超过6级的只有4次。最大的一次也只有6.5级。而且,所有这些水库地震都是浅层地震。因此,根据目前的理论和实际,大家虽然不能肯定水库触发地震的震级永远不会超过6.5级,但是,大家完全可以得出结论说:水库不大可能触发出深层的特大地震。

  3.3水库触发了地震却有利于地震能量的提前释放

  既然有了前面的结论,水库地震的能量来自于天然,而且水库也不可能触发出特大地震,那么,通过水库蓄水有意识的让某一地区的地震能量提前释放出来,减少该地区的地震威胁是不是可行的呢?

  在上个世纪70年代,地震科学界曾经有过多次用高压注水主动触发地震(主动释放地震能量)的方法,进行控制地震的尝试。但是,最后往往因为对地下断层和结构的判断不够准确,注水之后很难达到预期的效果,而逐渐放弃。但是,现在的水库蓄水,实际上就相当于是一种不需要额外花费的控制地震试验。不管它能否达到触发地震的效果,都应该算是一件有益无害的事情。

  此外,加拿大蒙特利尔大学工学院华裔教授嵇少丞,在总结岩层与地震关系的科普常识的时候,已经精辟地总结出地震有强岩强震,弱岩弱震,软岩无震的特点。显然,由于高压水体的浸润,可能会使库区产生强岩变弱,弱岩变软的效果。所以,尽管在蓄水的过程中,如果该地区已经积蓄了较大的地震能量,水库的蓄水也很可能会使得地震的能量爆发出来,构成一次有破坏性的水库地震。然而,水库蓄水的结果,要么对原有的自然地震没有太大的影响,要么会提前释放了正在孕育中的浅层地震的能量,从客观上避免了更大地震的发生。因此,客观的看即使水库蓄水触发了较大的地震,也应该是具有减小该地区原有地震震级的作用的好事情。遗憾的是大家现在还没有能力,如愿以偿的利用水库触发地震(即高压注水)的办法,主动的减小自然地震的灾害。

  3.4如何理解一些水库建成蓄水后地震增强的现象?

  尽管大家水库蓄水有可能提前释放能量的推测,有一定的科学道理,但是,至今有很多人对这种结论持否定态度。因为在很多地方大家所观察到的实际现象,经常不是水库建成蓄水后减小了地震,而是加大和增加了地震。甚至一些原来根本没有地震的地区,蓄水后出现了地震。如果不能合理的说明这种现象,谁还能相信水库触发地震,会有助于减小地震灾害呢?

  大家认为这种水库诱发的地震频度和强度均高于当地正常水平的原因,恰恰是由于水库蓄水后,使得当地的地层的应变极限或者断层摩擦力突然降低,因而使得原来正在积蓄中的地震能量有了一个集中释放期。而出现这种情况的结果,必然会导致该地区的地震能量,在短期内被释放掉。所以,尽管很多水库刚刚蓄水后的一段时间内会出现水库诱发的地震频度和强度均高于当地正常水平的情况,但是,随着时间的推移,该地区的地震频度和强度都会逐渐的下降,最后不仅要恢复到正常水平,而且,若干年之后,最终还有可能低于该地区原来的正常水平。例如,上面我国新丰江水库地震后的历史记录就已经显示出这一特性。

  当然大家也不能排除另外一种情况,即在某水库修建前,该地区的周围的应变极限较低,所以该地区地震的能量,总是要选择周围薄弱的环节释放出去。因此,该地区基本上不会发生地震。但是,当水库蓄水之后,由于该地区的应变极限已经下降到了比周围地区更低的水平,因此,原来经常在周围地区的释放的地震能量,可能变成经常在水库地区出现了。所以,水库蓄水后,某个原来无震地区频繁发震的现象也是有可能出现的。不过,如果从全局来看,只要大家了解了具有破坏力的地震的能量,主要是来自地壳运动的结果,大家就不能否认水库蓄水后减小了地壳的应变极限,绝对是件好事情。尽管可能会出现让地震的频率和强度在一段时间内、或者在某一局部地区增加,但是,总体上是会有利于释放地震的能量,减小地震的危害。

  经验四、既不能因噎废食,也要高度重视水库地震和大坝安全问题

  大家应该看到,用科学的态度改造自然,建设必要的水库、水电站,真正实现人与自然的和谐发展,是大家战胜地震和各种自然灾害的最有效的保障和手段。西南地区的青藏高原是我国的天然的水塔,这个水塔能不能存储足够的水资源和能源,在很大程度上就取决于大家能不能以科学的态度,建造起足够多的大型水库、水电站。能否充分的利用我国的自然资源在西南地区开发建设好大型水库、水电站,不仅具有巨大的节能减排效益,而更重要的意义还在于,为我国现代化日益增长的水资源需求,建立足够的水资源调节基地。西南地区的水利水电开发对大家的国家发展、水资源以及能源安全具有无可替代的重要意义。

  当前,大家面临着艰巨的灾后重建任务,特大地震已经给了大家太多的教训和启迪。相对于大量倒塌的民房、学校和公共建筑,地震中水电站的表现确实让大家十分振奋。不仅本身经受了特大地震的严峻考验,而且还在抗震救灾中发挥出了重要作用。例如,除了劳苦功高的紫坪铺之外,映秀湾电厂的地下厂房,曾经成为当地群众避难最可靠的建筑物;很多水电站的黑启动,为当地的恢复供电提供了保障,没有这些水电站大家的抢险救灾、交通、通信都很难正常进行。

  此外,处在地震带上的北川县在地震中遭受了灭顶之灾。震后大家都认为应该迁址,早就不应该在这里建县城。其实,我国这种城市建在危险的滑坡体上的情况还有很多。例如,在大渡河上的瀑布沟水电站的建设中,就是因为汉源县城的地质灾害危险极高,大家才特意在规划中要把汉源县淹掉。如果北川县城也具备这种开发水电的条件,大家借着水电建设把危险的县城都搬迁了,岂不也是件大好事? 

  综上所述,地震中水电站的出色抗震表现,足以让大家对我国西南地区的水电建设充满信心。无论是理论上还是现实已经证明:不仅地震高发区可以建设水电站,而且,越是地震高度危险的区域,越应该考虑变成水电站的淹没库区,以便最大限度的减少大地震给社会带来的人员财产损失。即便是水库的蓄水触发了地震,也会有助于降低原有的地震震级,减轻地震所造成的灾害。

  因此,大家根据科学发展观,地震高发区不仅可以建设大型水电站,而且,也应该进行科学、合理、必要的水电建设,并且,这还是大家进行灾后重建和减少地震灾害的重要措施之一。

  不过,从另一个方面看,尽管以往大家的水库、水坝、水电站全都成功的经受住了大地震的考验,但是,大家仍然不能对大型水坝的安全问题掉以轻心。特别是汶川大地震刚刚发生之后,曾经很多反对建坝的人士称其大肆炒作水坝的安全问题,甚至还曾经有一大批多次发表反坝建议的人士,再次发出所谓暂停西南地震高发地区所有的水电站建设的倡议。为了应对这些地震之后,乘机制造紧张气氛,攻击诬蔑我国发展建设的种种危言耸听,大家科学工编辑当时非常有必要站出来告诉公众:水坝的抗震安全性要比普通的工民建筑物高得多,由现代科学技术建造出的水坝、水电站的安全是有保障的。迄今为止,全世界还没有发生过一次由于水坝被地震震垮,而引发的次生灾害等等信息。以便消除反坝组织所散布的危言耸听,给公众带来的恐惧心理。

  这些科普宣传虽然在当时起到了很好的稳定人心的作用,但是,现在当地震发生已经一年,当反坝组织的所散布的种种恐怖消息,也早已经被事实所揭穿之后,媒体和公众反到难免会产生一些对水坝抗震安全的麻痹心理。再加上,过去由于一些反坝人士,为了增加公众对水电建设的反感和恐惧,曾经大肆炒作过紫坪铺水库一旦遭遇大地震后果不堪设想的虚假宣传,被汶川地震后的事实揭露了之后,他们似乎已经都不再敢炒作水坝的抗震安全性问题了。因而,都改为去炒作水库诱发地震问题了。

  然而,此时此刻大家水利水电科技工编辑却不能对水坝的抗震安全问题有一丝一毫的懈怠。大家不仅自己必须要保持清醒的头脑,而且也有必要如实地告诉公众:其实,水库诱发地震并不可怕,大家今后必须要关注的重点,仍然是水坝本身的抗震能力问题。因为,大家国家今后还要建造一批比紫坪铺大坝高出一倍的300米以上的巨型大坝;大家的水坝、水电站确实还有可能经历要比汶川大地震更大的地震。

总之,大家水利水电科技工编辑,不仅有责任用一切可能的科学技术手段,保证大家所建造的水库、大坝、水电站的安全可靠。而且也有义务,传播科学的真理,正确引导社会舆论,维护社会的和谐与稳定。

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