陳厚群院士:四川各類大壩結構穩(wěn)定

11月30日，陳厚群院士指出，汶川大地震中，四川各類大壩結構整體穩(wěn)定，總體上經(jīng)受住了特大地震的考驗。一些小型水電站在地震當晚便恢復供電，為抗震救災出了大力。針對個別人“建設高壩大庫會引發(fā)水庫地震”的指責，陳厚群認為是沒有科學道理的。

來自中國水利水電工程抗震中心的陳厚群院士是在由水力發(fā)電工程學會、中國地震學會、中國大壩委員會、中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會網(wǎng)絡科普聯(lián)盟共同舉辦的《綠色能源論壇》上，發(fā)表上述言論的。

以下是陳厚群院士發(fā)言全文：

我今天匯報的題目是汶川大地震和大壩抗震安全。我們都知道，2008年5月12日我國四川省東部汶川附近發(fā)生了8.0級的強烈地震，是新中國成立以來破壞性最強、破及范圍最廣、救災難度最大的一次地震，四川省是我國水資源大省，特別是水能資源位居全國之首，因此水壩和水電站眾多，在這次地震中也遭到不同程度的損害。（圖）這是四川地震的時候有眾多水利工程在這個地方，這是四川省重要水利工程的分布區(qū)。首先匯報一下關于水利水電工程震災的概況，包括兩個部分：一是，眾多中小型工程，二是，4個百米以上的高壩。
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　　中小型工程在這次地震中遭受了不同程度的損害，四川省大概有1803座水壩都遭受不同程度損害，其中約96%是庫容不足500萬方的小型工程，占受損水壩（3%-4%）左右的高危土石壩，絕大部分為小型均質(zhì)土壩，最大庫容也不超過630萬，主要是在德陽、綿陽兩個汶川東部平原地區(qū)的強震區(qū)。

中小型土石壩的震害的主要表現(xiàn)為壩體縱向裂縫、壩頂開裂、護破局部脫落、壩破局部滑移等。壩區(qū)建在二千多年前的都江堰工程，工程雖然臨近震中，卻基本完好，只是支撐結構上部支柱全部破壞，魚嘴表面出現(xiàn)多條表面列目測最大寬度2-3mm。

震區(qū)岷江六月水電站震情，岷江六月投運的水電站公29座，其中干流上10座，支流上19座，岷江十六高山峽谷中基本都是飲水食水電站，壩低、庫容小，且大多為混凝土壩、閘、漫壩的承受力強。

位于震中的岷江干流上的水電站有映秀灣等四處，庫容都不大，壩也不高。岷江上游的大壩總體上都是穩(wěn)定的，而且下游有一個11億方庫容的紫坪鋪水庫，把它包著，所以它的安全性是沒有問題的。

紫坪鋪大壩地震損害使大壩部分變形、震陷、開裂，局部護坡松動，面板壩的面板部分脫空，有壓碎、隆起的現(xiàn)象，但是滲入量沒有明顯的增加，所以大壩的主體是穩(wěn)定的。

大家可以看到主要的一些破壞的現(xiàn)象，壩頂公路與下游護坡之間有明顯的開裂，面板止水壓條拱起，面板止水防浪墻拉裂。面板止水系統(tǒng)基本上是完好的，主要是泄洪洞閘門控制結構損害。這個是紫坪鋪的情況。整體上還是結構性穩(wěn)定。

2.砂牌碾壓混凝土拱（H=132m）

砂牌碾壓混凝土拱壩位于汶川縣境內(nèi)岷江的一個支流草坡河上，最大壩高132米、壩頂總長250.25米、壩頂厚9.5米、壩頂寬28米、厚高比0.238。目前沒有做仔細的檢查，初步看到，雖然存在由于碾壓拱壩，碾壓混凝土拱壩我們都知道，它的分布少，混凝土的影響比較大，因為它是分了兩條。地震時沙牌拱壩的水位基本上接近高水位，壩址位于震中區(qū)以及大概是局部地區(qū)。經(jīng)受了遠高大于震中區(qū)大概30公里左右，經(jīng)受了遠高于設計水準的地震作用。從空中觀察，震后拱壩和兩岸抗力體都是完整的，進去的一些工作人員查看也是這樣。所以壩體和壩尖的抗體是完整的，近壩庫案板破整體穩(wěn)定，主要一個震害就是發(fā)電引水鋼管，進水在右岸，廠房在左岸，拱橋由于被山體滾石砸壞，庫水通過飲水管道和淺空泄洪洞下泄，管道砸壞了以后，水噴出來，廠房被淹，目前的水位還控制在正常高水位20M。大壩現(xiàn)狀安全。LX度區(qū)的沙牌碾壓混凝土拱壩，壩體和兩岸行抗力體完好。左岸抗力體可以看到是完好的。

3.珠寶四混凝土重力壩（132m）

鑒于1997年，庫容252.億M3，基本烈度VI度，設計烈度VII度，汶川地震中位于VII度區(qū)邊緣。

存在對重力壩抗震有利條件

現(xiàn)在世界上現(xiàn)有三座遭到8度以上強震的重力壩，基本上逐步會有開裂，但是這個沒有開裂，沒有開裂的原因有這樣幾個有利的條件：一是各壩段橫縫之間設置了梯形鍵草，在550.00M工程以下埋設灌漿系統(tǒng)進行灌漿，550.00m工程以上設鍵坪不灌漿地震時水庫水位558.5m，接近死水位558.0m，從擱置壩頂?shù)钠桨彘l門抓梁，震后向右岸平移20cm，平移以后，這次地震的方向主要的分量還是壩中的方向，這些因素對重點壩的抗震都是屬于比較隱蔽的條件下，所以寶珠市雖然經(jīng)過接近8級地震，但是它壩頂上，特別是在下游壩坡的地方，沒有出現(xiàn)裂縫。都說橫縫沒有明顯的滲水，廊道滲水率以后也恢復了，這說明壩體上游面，四水位（音）以下部分是沒有貫穿性的裂縫的。所以說寶珠寺基本上完好。

這是寶珠市下游壩面震后的照片，這個是下游折坡沒有看到任何的裂縫，這個是邊坡，基本上完好無損。

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　　第四個是碧口心墻土壩（101.8m）

建于1976年，庫容為5億，汶川地震的時候，位于8度地區(qū)邊緣，初步了解，震后只是呈現(xiàn)和位移大約20公分左右，主要的一些還是壩體沉降，下游坡表層滑移，壩體結構完好。

兩個是離震中很近的，兩個離震中很遠，這四個壩和所有的中小型高壩總的結論是可以歸成這兩點，地區(qū)眾多水壩隨有震害，但無一垮壩。

二，經(jīng)受超設計水準墻震的白米以上高壩，仍可維持結構整體穩(wěn)定和擋水功能。

因此，我認為各類大壩總體上經(jīng)受住了特大地震的考驗。

下面我想談一下，汶川地震對大壩抗震安全的啟迪，是個人的一些看法。第一個我們都知道實踐是檢驗真理的唯一標準，所以首先應緊抓經(jīng)受汶川這樣特大地震的高壩震例，深入調(diào)查總結，當前我國正在進行屬世界一流和學科前沿的壩工建設，雖國內(nèi)外都少優(yōu)先例，但是主要還是基于已有工程經(jīng)驗的傳統(tǒng)方法，可能隱含著一些風險，所以要抓緊住汶川地震的震例不放，認真搜集資料，深入分析總結，檢驗現(xiàn)有的傳統(tǒng)理念方法，以便采取耿有效抗震，更好地滿足工程需求，使我們給國際工程界和后人留下的不僅只是記載，而能作出有所創(chuàng)新和貢獻。

2，盡管汶川地震中，一些如沙牌、紫坪鋪這類的高壩，經(jīng)受遠超過設計抗震水準的強震作用，壩體仍基本完好或雖有損害但仍保持結構整體穩(wěn)定。這說明只要規(guī)范要求認真設計、精心施工和管理到位，高壩工程是具有較好的抗震性能的，我國現(xiàn)行水工抗震規(guī)范規(guī)定，對重大工程要進行專門的壩址地震危險性分析，按照100年2%超過概率確定最大設計地震，并取可修復的損壞作其功能目標，這些高要求的必要性在汶川地震中得到了檢驗。

3，汶川地震表明地震存在較大不確定性，同時各類高壩的地震響應也十分復雜，對其安全性評價也尚待更深入探討，而高壩大庫一旦潰決，次生災害完全不可設想。因此為了防止次生災害的發(fā)生，對重大大壩工程不僅僅滿足目前抗震設計中最大設計地震單一水準的要求，需要和地震部門協(xié)作，對場地地震地質(zhì)條件下可能發(fā)生的極端地震，即所謂最大可信地震，以及對地震動參數(shù)進行專門研究，水工抗震規(guī)范再修編時，對此也應該做相應的補充。

4，對大壩特別是拱壩，強震時壩基的穩(wěn)定是保證其抗震安全的首要關鍵，沙牌碾壓混凝土拱壩在正常水位下經(jīng)受8級強震仍能基本完好，重要的是兩岸壩肩基巖的的抗力體未遭到破壞。此外，在震區(qū)眾多山體塌壩的情況下，臨近震中區(qū)眾多的沙牌和紫坪鋪大壩中，壩肩邊坡經(jīng)過保護處理后在強震中都沒有受到傷害。盡管在處理區(qū)以外的邊坡，這次汶川地震的特點是上體滑坡比較突出，但是經(jīng)過處理的地方都沒有得到傷害，所以檢驗了檢驗了這類對山體邊坡的加固措施對抗震的有效性。

5，此次地震中，很重要的一個措施就是管理到位，及時釋放庫水、降低庫水位是保障工程安全，防止次生災害的重要和有效的措施。因此必須重視高壩工程泄水結構和閘門結構的抗震性能，其啟避裝置和備用電源設備和燃料了常為不懈、防止泄洪結構出水口由于附近山體邊坡塌壩造成堵塞。按照抗震防災法，應急預案的制訂和管理的到位非常重要，這對于防止土石壩工程漫頂尤為重要。

6，沙牌的碾壓混凝土拱壩和紫坪鋪的面板堆試壩是近年發(fā)展較快的新壩型，汶川地震對這些新壩型的抗震性做了初次檢驗，對在地震區(qū)修建這類高壩的工程參考和深化研究都有重要的意義。但需要指出的是這類百米級大壩工程震離，與我國西部在建設和擬建的300m級高壩相比，其抗震性狀還可能有較本質(zhì)的差異。因此，一方面通過汶川地震增強了對大壩抗震性能的信心，另外一方面對300m級高壩的抗震安全仍不能掉以輕心，所以研究開發(fā)能合理反映拱壩在強震作用下壩肩動態(tài)響應的新的概念和方法，是評價其抗震安全性的關鍵。

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　　下面我想?yún)R報一下高壩大庫是不是會引發(fā)水庫地震。

首先我們對水庫地震的認識，全球數(shù)十萬座水中，目前為止，普遍認可是由水庫引發(fā)的水庫地震事件，僅百離左右，概率遠小1%，所以并不是建水庫就會引發(fā)水庫地震。

第二個概念，水庫地震分為兩類，一個非構造型，是由庫水深入導致臨近庫區(qū)溶洞、礦硐坍塌或掩體地表裂隙的局部裂隙調(diào)整等引發(fā)的，這一類非構造型地震的震源很淺，震級不會超過3-4級，不會對工程和周圍形成威脅，目前為止發(fā)生的絕大部分水庫地震都屬此類。

構造型是和構造有聯(lián)系的，由于庫水的觸發(fā)而使發(fā)震構造孕育的天然地震稍提前發(fā)生。對構造型的水庫來講，水庫實際上起的作用是觸發(fā)，因為地震發(fā)震構造是原先就孕育的，不過是水庫使它提前，這個提前有三個主要的條件：第一個條件是庫區(qū)及其周圍約10公里范圍內(nèi)存在發(fā)生；第二個條件是這種發(fā)生構造及其應變的積累已接近臨界狀態(tài)，不建水庫的話，應變的狀態(tài)也已接近臨界；第三個條件是水庫去觸發(fā)這些發(fā)生構造的話，需要由庫水下發(fā)生構造滲透的水文地質(zhì)條件。這一類地震其震級可超過4級，但是因為其能量只是發(fā)自天然地震，所以不可能超過天然地震的最大震級。因為它不過是觸發(fā)，不是它本身原來沒有地震，由它來引起的地震。不是這樣的情況。對于構造型我個人是這樣理解的。

第三，水庫地震的發(fā)生機理，目前為止還沒有完全搞清楚，對于構造型水庫地震，較為普遍被接受的解釋是，主要由于庫水沿斷層發(fā)生斷層入滲，導致有效正應力減小和抗剪參數(shù)弱化，因而引發(fā)斷層錯動，但是從這個水體的重量來講，即使百米以上高壩的庫水重量，在地下數(shù)公里下震源處所產(chǎn)生地應力與巖層本身重量產(chǎn)生的地應力相比，還是微乎其微。所以現(xiàn)在比較普通地認為，主要還是庫水入滲、滲透的壓力導致整個引發(fā)水庫地震的主要因素。

到現(xiàn)在全球發(fā)生6級以上的水庫地震僅有4例，就是一個是中國新豐江，還有一個贊比亞的卡里巴、還有一個是希臘克•里瑪斯塔，以及印度柯依納這樣四個地震。由于庫水滲透機制，水庫地震一般在空間上限于庫區(qū)，第一分水嶺以內(nèi)，大概沿庫岸5-10KM范圍以內(nèi)，這是在空間上。在時間上，構造型的主震滯后于頻發(fā)的前震，那么它的地震的類型對于構造型的水庫地震，目前已有的這些構造地震都是前震、主震、余震型。因為自然地震有的是沒有前震的，有的有前震的形式，而這個水庫地震一定是屬于前震、主震、余震型。

規(guī)模巨大的構造，庫區(qū)局部滲透能否引發(fā)水庫地震，取決于剛才說的三個條件。根據(jù)這些基本概念，我們來判斷紫坪鋪的水庫蓄水與汶川地震為什么無關？這是大家關心的問題。

第一個原因是我們從庫水滲透的水文地質(zhì)條件來看，紫坪鋪蓄水對北川映秀灣斷裂原有的水文地質(zhì)條件沒有產(chǎn)生影響。根據(jù)是什么，根據(jù)是這樣的？紫坪鋪水庫位龍門山斷裂帶的北川—映秀、江油一灌縣斷裂帶之間，紫坪鋪水庫的最高運行水位是875m標高，而映秀灣一帶河道的天然水庫是877m，就是這個地方，就是水庫離震中最近的地方，就有4.5公里，這個地方的天然水位就是877米，所以紫坪鋪最高水位還沒有超過北川映秀灣通過岷江當?shù)氐奶烊凰弧Ｋ运豢赡軐λ械乃牡刭|(zhì)條件有所改變。這是從地理位置上看，從水文地質(zhì)條件來看。

第二個，從蓄水前后地震活動性來看，水庫蓄水前后地震活動性沒有變化，與庫水位變化不存在相關性。這個根據(jù)是因為我們在水庫蓄水以前13個月就設置了比較完整的監(jiān)測，對庫區(qū)的地震完全是在監(jiān)測之中。（見圖）這個是他監(jiān)測臺網(wǎng)的分布圖。這張（圖）就是紫坪鋪水庫蓄水前后分布圖，我們蓄水前13個月，蓄水以后有兩年多，我們把每13個月做成一個分布，我們可以看出蓄水前是這樣的，（圖）蓄水以后同樣的期間水庫地震的強度和頻度。這個圈越大，就是震級越大，就是說無論是無論是從頻度或者是分布的位置來看，蓄水前和蓄水后的三個圖來看，沒有顯著的變化，甚至于從圖上看還少了一點。這張圖就是它的頻度區(qū)域，震級和頻度。這個是蓄水，蓄水以后，水位雖有變化，但是頻度和震級都沒有顯著的變化。所以從蓄水前后地震監(jiān)測資料的對比來分析，2005年10月1日下閘蓄水到2008年4月的兩年零七個月期間，紫坪鋪水庫的庫盆和臨近地區(qū)的地震活動，從發(fā)生的地域、地震的頻度以及它的強度都處在本地區(qū)多年地震活動正常的變動范圍以內(nèi)。因為小的變動總是有的，就是不建水庫也是在變。

下面還有一個問題就是汶川地震與三峽水庫蓄水也是沒有關系的，因為社會上有反映說有。沒有關系，我們的根據(jù)是什么呢？

首先從區(qū)域構筑條件來分析，導致汶川地震的龍門山斷裂帶與三峽水庫庫區(qū)根本是屬于兩個完全不同的地震區(qū)，一個是屬于青藏地震區(qū)，一個是屬于青藏地區(qū)龍門山地震帶，另外一個是華南地震區(qū)長江中游地震帶。這兩個地震區(qū)和地震帶，沒有區(qū)域構筑上的連系。這是地震部門給的汶川地震青藏地區(qū)區(qū)的龍門山地震帶、三峽工程以及華南地震帶、長江中游地震帶，這個是中國地震局的資料。

第二，我們從庫區(qū)水文地質(zhì)條件和水庫地震成因分析來看，根據(jù)水文地質(zhì)條件，庫水向外滲透距離一般不會超過庫區(qū)第一分水嶺，一般距庫岸邊約3-5公里，最大不大于10km。三峽庫區(qū)，詳細地看一下，有厚度大的隔水層環(huán)繞，封閉條件比較好，不存在水庫滲透問題。三峽大壩距汶川地震震中約700km，庫尾離震中也在300km以上，所以它不存在水文地質(zhì)條件。因此，汶川地震不可能被三峽水庫蓄水觸發(fā)。

另外，我們對汶川地震的類型特征，汶川地震為典型的主震、余震的型，這個地震部門給予了肯定。震源深度約15km，大多數(shù)余震的震源深度也在10km左右，從余震空間分布看，主要沿北東向的斷裂帶展布，延伸超過300km。其分布的遠離庫區(qū)，因此從其序列特性，余震分布與震源深度都不符合構造型水庫地震震源較淺，而且屬于前震、主震、余震的特點。所以從這些方面來看，我們認為紫坪鋪和三峽工程水庫蓄水不具備觸發(fā)汶川大地震的條件。而汶川大地震也不具有水庫觸發(fā)地震的特點。

最后，我簡單地談一下對保障我國高壩抗震安全的建議

第一，眾多分布在地震區(qū)的小型水壩，一般這些水壩都沒有進行抗震設防，有些本來就屬于病險庫。因此我們建議，對一些位于強震區(qū)，其可能對下游地區(qū)造成比較大次生災害威脅的工程，應有重點地對其抗震安全性進行復核。特別在病險庫鑒定和加固處理時，應把抗震安全列為鑒定和加固的內(nèi)容要求。這是第一個。當然，因為量大面廣，主要還是對一些可能對下游造成威脅的工程應該進行抗震安全性的復核。

第二，目前對3級以下的大壩還沒有抗震設防的標準規(guī)定。因為我們的抗震規(guī)范只是對3級壩，3級以下的壩可以參考。建議有關部門對這類量大面廣的工程，基于對已有震害經(jīng)驗教訓的總結，編制著重于采取有效和可行的工程抗震措施以及綜合分析水庫使用的年限以及當?shù)氐膶嶋H情況等因素以后，制定出一個經(jīng)濟合理又可操作性強的專門的抗震設計標準，并作出其相應的行政管理規(guī)定。對3級以下的大壩也作出相應的行政管理規(guī)定，這是對中小型壩，建議通過這次汶川地震能不能作出具體這樣一些工作。

第三，為了防止發(fā)生嚴重次生災害的重大地震災變，建議對我國地震區(qū)的重大水壩工程有部署的地進行全面的地震安全性復核和評價。這些工作在發(fā)改委、能源局的領導下，現(xiàn)在正在開展。我們認為這對存在問題的落實和相應的抗震安全的保障措施，這類工程在立項報審的時候，應提出對其抗震安全評估的專題報告。

第四，汶川大地震是中華人民共和國建國以來震害最為嚴重的強烈地震，大量水庫大壩經(jīng)受了不同程度的震害，需要對震害實例進行比較詳盡的深入的調(diào)研、認真分析總結經(jīng)驗教訓，并在此基礎上，結合近期的有關科研成果，對我國已頒行10多年的《水工建筑物抗震設計規(guī)范》進行全面修編。建議有關部門對此作出統(tǒng)籌規(guī)劃，具體的專門安排，并確實落實各項措施。

第五，建議對較重要的水壩工程，要對其按《中華人民共和國抗震減災法》要求的抗震設防應急預案的制定和落實情況作定期檢查。由于地震后及時泄放庫水，降低庫水位是保障工程安全，尤其是防治土石壩漫頂、避免發(fā)生次生災害的最重要和有效的措施。因而應急預案里面要重點檢查大壩工程泄水結構和閘門結構的抗震性能，它的啟閉裝置和備用電源設備和燃料的設備，應該常備不懈。要注意防治泄水結構和出水口附近山體邊部塌方可能造成的堵塞，切實改善汶川地震中出現(xiàn)的這方面存在的薄弱環(huán)節(jié)。

第六，從保障抗震安全，防治遭受強震可能引發(fā)次生災害嚴重后果的戰(zhàn)略任務高度出發(fā)，亟需按照綜合評價、創(chuàng)新突破的戰(zhàn)略思想、緊密結合實際工程，大力加強學科交叉。建議由國家科研單位發(fā)揮骨干和引領作用，高校發(fā)揮基礎和生力軍作用，產(chǎn)、學、研相結合的國家級的創(chuàng)新基地和專門的科研攻關項目，充分發(fā)揮我國能夠集中力量辦大事的優(yōu)勢，以滿足工程抗震安全和社會經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，我的匯報在此結束，謝謝。