白鶴灘水電站工程是開發(fā)和治理長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，也是國家能源戰(zhàn)略布局“西電東送”的骨干電源點(diǎn)和長江防洪體系的重要組成部分。白鶴灘水電站工程抗震設(shè)計如何？白鶴灘水電站的建設(shè)對我國高混凝土壩抗震安全技術(shù)研究又有哪些推進(jìn)作用？針對這些問題，本報記者采訪了中國工程院院士、中國水利水電科學(xué)研究院工程抗震研究中心教授級高級工程師陳厚群。
本報記者：在翻查白鶴灘水電站地質(zhì)情況資料時，看到最多的字眼就是“地質(zhì)、地震、地形環(huán)境復(fù)雜”，請問白鶴灘水電站的地質(zhì)條件復(fù)雜在哪兒?
陳厚群：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(川滇臺背斜)和上楊子臺褶帶(滇東臺褶皺)兩個二級大地構(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)子臺褶帶兩個二級構(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)條件和地震活動特征分析,工程區(qū)40公里范圍內(nèi), 無6級以上地震發(fā)生, 但中小地震記錄頻繁, 表明壩址區(qū)地震危險性主要來自外圍強(qiáng)震影響, 歷史地震對壩址的最大影響烈度為8度, 為1733年東川7.75級地震(距壩址104公里)和1850年西昌7.5級地震(距壩址73公里)。其余外圍幾次強(qiáng)震對壩址產(chǎn)生的地震烈度都未超過7度。對壩址區(qū)影響最大的木河斷裂和小江斷裂所構(gòu)成的構(gòu)造活動帶, 極限分析未來百年對壩址的影響不會超過8度水平。
根據(jù)2016年2月中國地震災(zāi)害防御中心提出的《金沙江白鶴灘水電站壩址設(shè)計地震動參數(shù)復(fù)核報告》，壩址區(qū)地震基本烈度按50年超越概率10%地震動參數(shù)確定，為8度。
本報記者：汶川地震后，國家在大壩規(guī)劃設(shè)計上對工程的抗震性能提出了更高的要求，同時，社會大眾也對工程的安全性提出了更高的期望，請問這些給大壩抗震帶來了哪些挑戰(zhàn)？如何應(yīng)對？
陳厚群：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)計以及應(yīng)急管理機(jī)制等很不完善，對工程抗震設(shè)計和次生災(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，國家將工程和水庫抗震安全問題提上一個非常重要的高度，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。這些都對白鶴灘的抗震設(shè)計以及抗震水平提出了更高要求。同時，2015年，國家能源局等有關(guān)部門發(fā)布了《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》等一批新的行業(yè)規(guī)范和國家規(guī)范，對工程抗震設(shè)計等提出了新的要求，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, 開展地震安全性評價和抗震設(shè)計復(fù)核等工作。為了保證白鶴灘的抗震安全性，早在2005年，就對白鶴灘水電站拱壩抗震安全進(jìn)行了安全分析和評價；2011年，中國水利水電科學(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價研究》；2013年，華東勘測設(shè)計院作了《白鶴灘水電站可行性研究工程防震抗震研究設(shè)計專題報告》；2016年，中國水科院按照新的規(guī)定，對白鶴灘水電站項(xiàng)目地震安全評價報告進(jìn)行再次復(fù)核、改進(jìn)，并與中國地震災(zāi)害防御中心共同承擔(dān)了《白鶴灘拱壩抗震安全復(fù)核分析與評價研究報告》等。同時，還利用中國水科院自主研發(fā)的并行計算軟件，用天河一號的超級計算機(jī)對白鶴灘水電站項(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)計安全。
本報記者：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)心是否會誘發(fā)地震，對于這一點(diǎn)，您怎么看？
陳厚群：金沙江的四座梯級水電站都建有強(qiáng)震觀測臺，而且這四個觀測臺聯(lián)合成為一個大的地震觀測網(wǎng)絡(luò)，通過觀測和大量的分析后，我們得出的結(jié)論是：白鶴灘水庫不會觸發(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)動規(guī)律的認(rèn)識還很不足。因此,還很難建立一個物理模型對這一復(fù)雜的過程進(jìn)行描述,主要只能以統(tǒng)計和類比方法探討其本質(zhì)規(guī)律。我認(rèn)為對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。其最大震級不會超過3～ 4級,對工程和庫區(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)一段時間。由于庫水向巖層深部滲透過程較緩慢,主震發(fā)生的時間一般部要滯后于水庫蓄至最高水位或發(fā)生顯著變化的時刻。主震的最大震級可能較高,是工程抗震所主要關(guān)心的。迄今全球震級超過6級的4例水庫觸發(fā)地震都屬此類前震—主震—余震型。為社會和工程界所關(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多個國家報道的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，震級不大，一般不會超過3~4級，在離震中很近的地方，人們能夠感覺到，但不會對當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活造成大的影響，更不會對大壩造成危害。
（本文原載于《中國三峽工程報》于2017年8月3日出版的白鶴灘水電站主體工程全面建設(shè)特刊）