白鶴灘水電站工程是開發(fā)和治理長(zhǎng)江上游的重要水電工程，是西部大開發(fā)的重大基礎(chǔ)性工程，也是國(guó)家能源戰(zhàn)略布局“西電東送”的骨干電源點(diǎn)和長(zhǎng)江防洪體系的重要組成部分。

這樣大的一個(gè)水電工程，如何保證大壩在地震發(fā)生時(shí)的安全？以下，就由小微君帶你去看看記者對(duì)中國(guó)工程院院士陳厚群的專訪。

為什么說白鶴灘水電站壩區(qū)的地質(zhì)條件很復(fù)雜？

►西高東低、山高谷深、谷坡陡峻、河道狹窄的地理形勢(shì)

►復(fù)雜的地層巖性、斷裂較多但規(guī)模普遍較小的地質(zhì)構(gòu)造特征

►6級(jí)以下中小地震記錄頻繁的壩區(qū)地震活動(dòng)歷史

陳厚群表示，雖然歷史上僅發(fā)生過一次對(duì)壩址最大影響烈度為8度的地震，但為了保證強(qiáng)震發(fā)生時(shí)大壩的安全，中國(guó)地震災(zāi)害防御中心將壩址區(qū)抗震設(shè)防烈度確定為8度。

如何應(yīng)對(duì)汶川地震后因工程抗震性能要求提高所帶來的挑戰(zhàn)？

►2005年，白鶴灘水電站項(xiàng)目部對(duì)白鶴灘水電站拱壩抗震安全進(jìn)行了安全分析和評(píng)價(jià)

►2011年，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院作了《白鶴灘水電站可行性研究階段拱壩抗震安全分析與評(píng)價(jià)研究》

►2013年，華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院作了《白鶴灘水電站可行性研究工程防震抗震研究設(shè)計(jì)專題報(bào)告》

►2016年，中國(guó)水科院按照新規(guī)定，再次復(fù)核、改進(jìn)白鶴灘水電站項(xiàng)目地震安全評(píng)價(jià)報(bào)告，并與中國(guó)地震災(zāi)害防御中心共同承擔(dān)了《白鶴灘拱壩抗震安全復(fù)核分析與評(píng)價(jià)研究報(bào)告》

陳厚群表示，利用天河一號(hào)的超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)白鶴灘項(xiàng)目的抗震安全性進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析后，通過反復(fù)的研究論證以及試驗(yàn)，保證了白鶴灘抗震設(shè)計(jì)安全。

總庫容達(dá)到206億立方米的白鶴灘水電站是否會(huì)誘發(fā)地震？

陳厚群認(rèn)為，水庫蓄水誘發(fā)的地震按成因分為兩類：

►非構(gòu)造型淺層微震，起因于水庫蓄水前后水位的變化，導(dǎo)致區(qū)域應(yīng)力的重新調(diào)整，進(jìn)而引起地表巖石的滑移產(chǎn)生地震，最大震級(jí)不超過3-4級(jí)，不危害工程和庫區(qū)。

►構(gòu)造型水庫地震，因?yàn)閹焖虻叵律畈繚B透中扮演了“潤(rùn)滑劑”角色，激活了處于臨界狀態(tài)的發(fā)震斷層，導(dǎo)致深部巖層斷裂引發(fā)地震，最大震級(jí)較前者高，但未見超過6.5級(jí)。

建水庫后發(fā)生水庫地震的幾率是很小的，陳厚群表示，通過分析金沙江地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是白鶴灘水庫不會(huì)觸發(fā)超過天然構(gòu)造地震強(qiáng)度的地震。

如何看待金沙江下游四座梯級(jí)電站的建設(shè)對(duì)我國(guó)高混凝土壩抗震安全技術(shù)研究的推進(jìn)作用？

陳厚群說，通過向家壩等一系列水電工程的建設(shè)，取得了大量的研究成果，推動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新，但在高壩抗震設(shè)計(jì)過程中，需要迫切解決算法、規(guī)范的陳舊和缺失等問題，要用新的理念、方法和手段來編制新的規(guī)范，不要套用國(guó)外規(guī)范。

突破傳統(tǒng)理念和思維

在水電工程抗震領(lǐng)域取得新突破

白鶴灘水電站工程是開發(fā)和治理長(zhǎng)江上游的重要水電工程，是西部大開發(fā)的重大基礎(chǔ)性工程，也是國(guó)家能源戰(zhàn)略布局“西電東送”的骨干電源點(diǎn)和長(zhǎng)江防洪體系的重要組成部分。白鶴灘水電站工程抗震設(shè)計(jì)如何？白鶴灘水電站的建設(shè)對(duì)我國(guó)高混凝土壩抗震安全技術(shù)研究又有哪些推進(jìn)作用？針對(duì)這些問題，本報(bào)記者采訪了中國(guó)工程院院士、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院工程抗震研究中心教授級(jí)高級(jí)工程師陳厚群。

“在翻查白鶴灘水電站地質(zhì)情況資料時(shí)，看到最多的字眼就是“地質(zhì)、地震、地形環(huán)境復(fù)雜”，請(qǐng)問白鶴灘水電站的地質(zhì)條件復(fù)雜在哪兒?”

金沙江下游地區(qū)位于青藏高原和云貴高原向四川盆地過渡的斜坡地帶,地勢(shì)總體西高東低,區(qū)內(nèi)山高谷深，谷坡陡峻，河道狹窄。在地質(zhì)構(gòu)造單元上是康滇地軸(川滇臺(tái)背斜)和上揚(yáng)子臺(tái)褶帶(滇東臺(tái)褶皺)兩個(gè)二級(jí)大地構(gòu)造單元過渡的地帶,地層巖性條件相當(dāng)復(fù)雜。而白鶴灘工程所在區(qū)域位于康滇地軸與上揚(yáng)子臺(tái)褶帶兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元的過渡帶,壩址區(qū)位于涼山構(gòu)造帶東側(cè)與蓮峰—巧家構(gòu)造帶相夾持的三角形區(qū)域內(nèi),區(qū)內(nèi)斷裂規(guī)模普遍較小，對(duì)區(qū)域地殼穩(wěn)定性不構(gòu)成影響。壩址區(qū)地殼穩(wěn)定性條件總體較好。根據(jù)區(qū)域地震地質(zhì)條件和地震活動(dòng)特征分析，工程區(qū)40公里范圍內(nèi)，無6級(jí)以上地震發(fā)生，但中小地震記錄頻繁，表明壩址區(qū)地震危險(xiǎn)性主要來自外圍強(qiáng)震影響，歷史地震對(duì)壩址的最大影響烈度為8度，為1733年東川7.75級(jí)地震(距壩址104公里)和1850年西昌7.5級(jí)地震(距壩址73公里)。其余外圍幾次強(qiáng)震對(duì)壩址產(chǎn)生的地震烈度都未超過7度。對(duì)壩址區(qū)影響最大的木河斷裂和小江斷裂所構(gòu)成的構(gòu)造活動(dòng)帶，極限分析未來百年對(duì)壩址的影響不會(huì)超過8度水平。

根據(jù)2016年2月中國(guó)地震災(zāi)害防御中心提出的《金沙江白鶴灘水電站壩址設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)復(fù)核報(bào)告》，壩址區(qū)地震基本烈度按50年超越概率10%地震動(dòng)參數(shù)確定，為8度。

“汶川地震后，國(guó)家在大壩規(guī)劃設(shè)計(jì)上對(duì)工程的抗震性能提出了更高的要求，同時(shí)，社會(huì)大眾也對(duì)工程的安全性提出了更高的期望，請(qǐng)問這些給大壩抗震帶來了哪些挑戰(zhàn)？如何應(yīng)對(duì)？”

汶川大地震中,岷江上游河段已建大中型水電工程,特別是紫坪鋪和沙牌兩座高壩，經(jīng)受住了遠(yuǎn)超設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)震考驗(yàn)，大壩整體安全穩(wěn)定，但輔助設(shè)施抗震設(shè)計(jì)以及應(yīng)急管理機(jī)制等很不完善，對(duì)工程抗震設(shè)計(jì)和次生災(zāi)害問題提出了新的要求。因此，汶川地震以后，在金沙江下游水電開發(fā)中，國(guó)家將工程和水庫抗震安全問題提上一個(gè)非常重要的高度，要求極端地震下不能潰壩，不能產(chǎn)生失控下瀉而造成次生災(zāi)害。這些都對(duì)白鶴灘的抗震設(shè)計(jì)以及抗震水平提出了更高要求。同時(shí)，2015年，國(guó)家能源局等有關(guān)部門發(fā)布了《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》等一批新的行業(yè)規(guī)范和國(guó)家規(guī)范，對(duì)工程抗震設(shè)計(jì)等提出了新的要求，這就要求白鶴灘水電站項(xiàng)目需要按照國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)和相關(guān)規(guī)范的要求,開展地震安全性評(píng)價(jià)和抗震設(shè)計(jì)復(fù)核等工作。為了保證白鶴灘的抗震安全性，早在2005年，就對(duì)白鶴灘水電站拱壩抗震安全進(jìn)行了安全分析和評(píng)價(jià)；2011年，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院作了《白鶴灘水電站可行性研究階段拱壩抗震安全分析與評(píng)價(jià)研究》；2013年，華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院作了《白鶴灘水電站可行性研究工程防震抗震研究設(shè)計(jì)專題報(bào)告》；2016年，中國(guó)水科院按照新的規(guī)定，對(duì)白鶴灘水電站項(xiàng)目地震安全評(píng)價(jià)報(bào)告進(jìn)行再次復(fù)核、改進(jìn)，并與中國(guó)地震災(zāi)害防御中心共同承擔(dān)了《白鶴灘拱壩抗震安全復(fù)核分析與評(píng)價(jià)研究報(bào)告》等。同時(shí)，還利用中國(guó)水科院自主研發(fā)的并行計(jì)算軟件，用天河一號(hào)的超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)白鶴灘水電站項(xiàng)目的抗震安全性進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析，通過反復(fù)的研究論證以及試驗(yàn)，保證了白鶴灘抗震設(shè)計(jì)安全。

“白鶴灘水電站作為世界第二大水電站，其庫容達(dá)到206億立方米，有些讀者關(guān)心是否會(huì)誘發(fā)地震，對(duì)于這一點(diǎn)，您怎么看？”

金沙江的四座梯級(jí)水電站都建有強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)，而且這四個(gè)觀測(cè)臺(tái)聯(lián)合成為一個(gè)大的地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過觀測(cè)和大量的分析后，我們得出的結(jié)論是：白鶴灘水庫不會(huì)觸發(fā)超過天然構(gòu)造地震強(qiáng)度的地震。

水庫地震的成因機(jī)制很復(fù)雜，至今并未解決。主要是由于目前對(duì)水庫地震源處所處巖層深部高溫高壓條件下，巖體性態(tài)和水體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)還很不足。因此,還很難建立一個(gè)物理模型對(duì)這一復(fù)雜的過程進(jìn)行描述，主要只能以統(tǒng)計(jì)和類比方法探討其本質(zhì)規(guī)律。我認(rèn)為對(duì)水庫地震按其成因大致可區(qū)分為兩類:

一類是與巖溶、礦洞、地表巖體應(yīng)力調(diào)整有關(guān)的非構(gòu)造型淺層微震，一般在水庫蓄水和水位變動(dòng)不久發(fā)生，與水位有較明顯相關(guān)性。這類水庫地震一般都在水庫蓄水或水位變動(dòng)較大后不久發(fā)生，常與水位有一定的相關(guān)性。其最大震級(jí)不會(huì)超過3～4級(jí),對(duì)工程和庫區(qū)不致造成危害。全球已有水庫地震的震例絕大多數(shù)屬于此類。

另一類是由庫水觸發(fā)穿過或鄰近庫區(qū)的、已處于臨界狀態(tài)的發(fā)震斷層的構(gòu)造型水庫地震。其在水庫蓄水后的微震震中常逐漸呈現(xiàn)出與發(fā)震構(gòu)造有一定關(guān)聯(lián)的較連續(xù)的條帶狀，震級(jí)強(qiáng)度隨之增大，直至發(fā)生主震，在其后的巖層應(yīng)力的調(diào)整中余震將持續(xù)一段時(shí)間。由于庫水向巖層深部滲透過程較緩慢,主震發(fā)生的時(shí)間一般都要滯后于水庫蓄至最高水位或發(fā)生顯著變化的時(shí)刻。主震的最大震級(jí)可能較高,是工程抗震所主要關(guān)心的。迄今全球震級(jí)超過6級(jí)的4例水庫觸發(fā)地震都屬此類前震—主震—余震型。為社會(huì)和工程界所關(guān)心的主要是這類水庫觸發(fā)的地震。

迄今全球水庫蓄水引發(fā)水庫地震震例占水庫總數(shù)的比例是極小的。在30多個(gè)國(guó)家報(bào)道的100多例水庫地震中，絕大部分都屬于非構(gòu)造型水庫地震。非構(gòu)造型水庫地震的震源很淺，震級(jí)不大，一般不會(huì)超過3~4級(jí)，在離震中很近的地方，人們能夠感覺到，但不會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活造成大的影響，更不會(huì)對(duì)大壩造成危害。社會(huì)和工程界最為關(guān)心的構(gòu)造型水庫觸發(fā)地震，只有在特定的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下才能發(fā)生，其最大震級(jí)不可能超過被其觸發(fā)斷層的自然地震的最大震級(jí)。目前，全球僅有4個(gè)最大震級(jí)超過6級(jí)的水庫地震震例，其最大震級(jí)不超過6.5級(jí)。

所以，建水庫后發(fā)生水庫地震的機(jī)率是非常小的。絕不是建了水庫就會(huì)引發(fā)水庫地震。中國(guó)是多地震國(guó)家，好多地方?jīng)]有水庫也發(fā)生地震，北京是8度區(qū)，如果用精密的儀器測(cè)量，就會(huì)發(fā)現(xiàn)小震不斷。而且水庫地震能量的釋放，在應(yīng)力調(diào)整后又漸趨于平衡。一般認(rèn)為，水庫地震主要發(fā)生在建水庫后的幾年，五年十年，一般不會(huì)超過二十年，所以水庫地震會(huì)隨著蓄水后時(shí)間的推移而衰減的。

“通過金沙江下游四座梯級(jí)電站的建設(shè)，對(duì)我國(guó)高混凝土壩抗震安全技術(shù)的研究有哪些推進(jìn)作用？”

我國(guó)從“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)開始，到現(xiàn)在的“十三五”科技攻關(guān)，正是通過向家壩、溪洛渡、白鶴灘和烏東德等一個(gè)又一個(gè)開發(fā)工程的建設(shè)，在高壩抗震設(shè)防的多尺度關(guān)鍵技術(shù)、大壩結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析的精細(xì)化計(jì)算、混凝土高壩抗震設(shè)計(jì)的突破創(chuàng)新、水電工程場(chǎng)地相關(guān)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜及加速度時(shí)程、卸荷巖體力學(xué)理論的研究進(jìn)展等方面取得了大量成果。

但是，我們也應(yīng)該看到在大壩抗震設(shè)計(jì)，尤其是高壩抗震設(shè)計(jì)過程中，沿用的算法、規(guī)范的陳舊和缺失，成為當(dāng)前迫切需要解決的問題。中國(guó)水電已成為世界水電行業(yè)的引領(lǐng)者，在世界水電工程招標(biāo)中，大多數(shù)是中國(guó)企業(yè)中標(biāo)，然而在工程建設(shè)中卻套用國(guó)外規(guī)范。習(xí)近平總書記在談到自主創(chuàng)新時(shí)說，我們要引進(jìn)和學(xué)習(xí)世界先進(jìn)科技成果，更要走前人沒有走過的路，努力在自主創(chuàng)新上大有作為。現(xiàn)在，我們是已是世界上高壩建設(shè)大國(guó)，我們有責(zé)任，也有義務(wù)在設(shè)計(jì)、方法、理念上有所創(chuàng)新，不能再用老一套，要突破，要成為規(guī)范的制定者。我們要用新的理念、新的方法、新的手段來編制新的規(guī)范。在新的規(guī)范里，要將如何合理確定河段地震、極端地震的特性、經(jīng)常大震的特性，給出合理的定量標(biāo)準(zhǔn)，形成共識(shí)。

目前，在白鶴灘水電項(xiàng)目上，我們已經(jīng)在所能做到的方面，全部都做到了。下一步，我們要結(jié)合烏東德、白鶴灘等工程建設(shè)，進(jìn)一步深化研究，突破傳統(tǒng)理念和思維，在水電工程抗震領(lǐng)域取得新的突破。正如習(xí)近平總書記所說，廣大科技工作者要把論文寫在祖國(guó)的大地上！

原標(biāo)題:院士談 | 陳厚群：突破傳統(tǒng)理念和思維，在水電抗震領(lǐng)域取得新突破