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中国西部大坝地震灾害被低估

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【财新网】(记者 刘虹桥)近日,加拿大非政府组织“国际探索”发布题为《中国西部的地震灾害与大坝》的调查报告指出,中国在西部已知的地震高发区建设超过130座梯级大坝是一项“对其经济和国民有潜在的灾难性后果”的尝试。
 
  这项研究对中国西部的雅鲁藏布江、帕隆藏布江、怒江、澜沧江、雅砻江、大渡河、岷江及黄河上游等河流上已建、在建以及计划建造的水坝的大坝坝址与地震危险区进行比较研究后发现: 48.2%的水坝坐落于高至极高度地震危险区,其余有 50.4%在中度地震危险区,而仅有 1.4%的在低度地震危险区。就发电量而言,兆瓦级总容量的水坝中,67.2%位于高度地震危险区,32.5%在中度危险区,而只有 0.3%的在低度危险区。
  作者指出,1973年以来,水坝建设的高速度和选址于 4.9 级以上地震震中集中地带的大坝令人不得不担忧其带来的潜在地震风险。在过去十年间,已建和在建的水坝数量增长了267%。考虑到季节性的水库泄水所引起的水库诱发地震(Reservoir-Induced Seismicity,RIS)的风险,该地区原本高发的自然地震可能导致的地震破坏的风险也变得更加复杂。此外,水坝间距的梯级化使得水坝在遭遇地震后产生多重溃坝风险的几率增高。
  报告作者根据美国地质勘探局(USGS)的地震数据库绘制出中国西部地区地震震级高于4.9级的震中位置,并依据联合国全球地震危害评估计划于1999年发表的《地震灾害地图》绘制出中国西部的地震灾害区。此外,作者还使用了国际河流组织(International Rivers)提供的一个关于中国水坝的未公开数据库,并结合地球科学资源公司(ESRI)绘制的中国主要河流和国界地图,并通过谷歌地图最新卫星图片对水坝和城镇位置进行了核对。作者将上述数据、图表与地图进行叠加,绘制出中国西部水坝的地震灾害地图,并得出上述结论。
 
  自然地震风险
 
  作者指出,当前的地震灾害地图主要为城市建设规划服务,但它们也可以并应当用于水坝建设规划。值得注意的是发达国家几乎所有的主要水坝都是在地震危害地图创作之前被建的。为了评估地震对现存水坝的影响,美国联邦应急管理局(FEMA)于2005 年发布了《联邦水坝安全指南:地震分析与水坝设计》。此外,2011 年美国联邦能源委员会(FERC)在其出版物《水电站工程评估指导》里也加入了《地震危险评估》章节。
 
  上述文件中描述了不同类型的水坝,以及地震可以对它们造成的各种类型的 损害。例如,考虑到水坝的密度和固有谐振频率与其地基密度和水库水容的不同, 不同材质的基地会在地震中以破坏性的方式相互作用。其结果是,大型混凝土水坝,诸如中国西部大部分大坝所采用的材质,很有可能要承受与地面(在其底部和侧面)和水库接触面上的损害,尤其是在水坝最薄、最弱的顶部。
  报告指出,中国近年发生的汶川地震和玉树地震已导致中国西部的一些大坝受到损害,其原因有待重视。在2008年的7.9级汶川地震中,位于岷江的紫坪铺大坝严重受损。地震导致水坝结构裂缝及电厂墙壁倒塌,发电机组不得不关闭,水库被迫排空。地震诱发的山体滑坡进入水库,导致水库沿岸大量的建筑物受损。这个高达156米的水坝沉降达1米之多,并向下游移动了60厘米。在2010年的6.9级玉树地震中,位于长江支流上的三个水利枢纽(西航、当代和禅古水坝)均遭到破坏。
 
  水库诱发地震
 
  水库诱发地震(RIS)是一种特殊的地震类型,又称水库地震。多项研究认为,水库蓄水时,水加载、卸载和通过孔隙、裂隙注入到地壳岩石之中,改变了岩石应力状态,有可能导致断层由稳定状态向失稳状态转换。
  根据印度学者H.K.古普塔(H.K.Gupta)于1992年出版的专著《水库诱发地震》一书中的统计,在1937年至1981年期间,全球至少发生过十起震级超过5级的水库地震,均造成水坝及其他建筑受损。其中,位于印度的柯依那(Koyna)水坝曾于1967年引发6.3级地震,导致水坝受损,这是目前已知的由水库诱发的震级最高的一起地震。
  虽然到目前为止还没有已知的由于水库诱发地震而导致的大坝溃坝事故,但有确切证据表明,水坝可以引发地震活动,并反过来被其所引发的地震破坏。H.K.古普塔在《水库诱发地震》一书中就确定了四个水坝引发6.1至6.3级水库诱发地震,其引发的地震反过来破坏水坝的事例。
  1962年,位于中国东南部的新丰江水库遭受6.1级水库地震,坝体在地震中遭到严重破坏,倒塌和损毁房屋两万余间,并造成六人死亡、80人受伤。新丰江水库地震是目前中国发生的最大震级的水库地震,其震级位列世界水库地震第四位。实际上,新丰江水库自1959年10月建成蓄水以来,周边地区一直地震不断。
  报告作者指出,水库诱发地震有两个基本前提:满载水库通过增加震源深度上的孔隙压力来润滑活动断层,而随后的水库水位下降使水库水量造成的摩擦力的稳定力减小。而中国西部地区由于受到印度板块相对较快的北移,在中国西部造成了一个向北、东北、东及东南的30-50毫米/年的地壳运动的大型区域力场;加之河道径流的季节性变化和水库的季节性出水量涨落,中国西部大坝兼具水库诱发地震的两个前提。
  报告作者在分析了位于浅层地震集群上的玉树、巴塘、丽江、长江(攀枝花段)、雅砻江(甘孜段)、岷江(汶川段)、 黄河(兰州以西段)以及萨尔温江(保山西南段)及附近的八个大型水坝后指出,由于水库兴建后的蓄水、放水活动,导致水库诱发地震的风险正在增加。
  基于上述分析,报告指出,刨除中国西部的自然地震灾害风险,水库诱发地震很可能增加该地区的地震频率甚至震级,且小型水库地震往往出现在较大的水库地震之前。
 
  溃坝风险
 
  作者在报告中不无忧虑地指出,中国西部大坝建设的频率、规模和密度是全球所未有,没有人能够预测一个大坝的崩溃是否会引起下游一个或者更多的大坝溃坝。
  报告指出,中国西部的水坝通常采用梯级开发模式,即下游水坝就建在紧邻的上游水坝的水库库尾。这可能导致的结果是,在灾难性的溃坝事件中,没有未被筑坝的自由河段可以消解上游奔腾而下的水浪所蕴含的巨大能量。因此,如果一个大坝崩溃,随之而来的水浪的全部能量将直接传递到紧邻的下游水坝。在最坏的情况下,上游水坝溃坝很可能导致下游水坝如多米诺骨牌一般全数崩溃,而这无疑是灾难性的。
  在金沙江,星罗棋布的水库大坝规划方案将江水分割为一段段静水,金沙江下游的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4座世界级电站已被列入开发计划,总装机规模相当于“两个三峡”。金沙江中游计划开发虎跳峡、两家人、梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩等“一库八级”电站,总装机规模也超过三峡。金沙江上游规划建设的果通至奔子栏共11级电站,总装机达1500万千瓦。加上今年初刚刚获批的四川攀枝花段金沙、银江两级电站,金沙江全流域共计划开发25级电站,总装机规模相当于4座三峡,占整个西南地区“8个三峡”的水电开发规模的一半。这些水坝均位于地震灾害高发和极高发地区。
  报告指出,如此大规模的梯级水坝建设在世界其它地区尚未进行过。梯级水坝的灾难性溃坝事故无疑会导致诸如成都及主要河谷沿岸和下游人口中心的空前数量的伤亡。因此,生活在这些地震危险区的大坝下游的人们有权获知可能的风险。
  报告建议,考虑到中国西部位于天然地震高发区及许多浅层地震的震源区域的诸条河流上的大坝建设的快速步伐,天然地震和水库诱发地震导致下游水坝破坏和人口伤亡的风险正在提高,中国政府和水电行业及地震学家应就地震危险与大坝进行一项区域性的科学研究,对上述风险及一个或多个水坝的灾难性溃坝的可能性进行评估。
  “人类历史上从未有过在如此地震高发地区建设超过130个大坝的先例,中国正在独立进行一项非常危险的试验。因此,中国西部地震灾害与大坝风险的研究需尽快着手实施,并向公众及时披露相关信息。如此,中国公众才能更好的监督水电行业投资者、立法者和监管者,使其对中国西部正在建设的大坝所耗费的财政和人为代价负责。”报告写道。

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