從汶川大地震看我國水工建筑物的防震減災

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2008年5月12日14時28分,在四川省汶川縣境內(nèi)發(fā)生8級特大地震,震中烈度達10度以上。據(jù)歷史不完全記載,我國曾發(fā)生7.8級以上大地震25次,給人民生命財產(chǎn)造成重大損失。不僅如此,強地震還會造成震區(qū)大量水利工程震損。1976年7月28日發(fā)生的唐山7.8級大地震,就使各類水利工程遭到嚴重破壞:地震區(qū)58座庫容在100萬立方米以上各型水庫,除15座無明顯震害外,其余43座均遭受不同程度的震害,尤以陡河、密云兩座大型水庫遭受的破壞最為嚴重;180多座大中型水閘、40余座10立方米每秒以上大型排灌站遭受不同程度的震害;800多公里長的河道堤防、7萬多眼機井遭受震害。
    這次汶川大地震,同樣也給四川地震區(qū)及波及區(qū)的重慶等地水利工程造成不同程度的震害,尤其是造成眾多水庫出現(xiàn)險情。汶川大地震,具有以下特點:
    一是震級大,震中烈度高,破壞范圍廣。汶川、茂縣、綿竹、安縣、北川等縣及都江堰市均遭到嚴重破壞。二是主震后,強余震不斷。在震后兩天內(nèi),就發(fā)生余震2000多次,其中震級為6級以上的3次,震級為5級以上的14次。強余震不僅加重了對建筑物的破壞,也對搶險救災人員的生命安全構(gòu)成威脅。三是大地震發(fā)生在高山峽谷地區(qū),往往誘發(fā)山體崩塌、滑坡,不僅阻塞交通,給搶險救災造成困難,而且滑坡體落入河中,形成眾多堰塞湖,一旦湖滿潰決,還會造成次生水災。四是地震區(qū)穿過岷江,岷江上的各類水工建筑物,如都江堰樞紐工程、映秀灣水電站、漁子溪水電站、紫坪鋪水庫、圖龍水庫等,均經(jīng)受強烈地震的考驗。
    一次大的地震過后,水利工程結(jié)構(gòu)不可避免地受到一定影響和損害。為將嚴重的地震災害減小到最低限度,長期以來,國內(nèi)外地震專家和工程界人士一直進行著各種探討和研究。歸納起來,當今水利工程的防震減災主要有三個途徑。
    一是地震預報。通過建立地震臺網(wǎng),精確測定地震的時間、強度、地點,結(jié)合測地電、地磁、地下水等地震前兆,進行綜合分析,提出地震預報。人們可在地震發(fā)生前逃出,就能有效減少人員傷亡,而建筑物是無法搬走的。但由于問題的復雜性和預報手段的局限性,地震預報工作至今仍然是世界上尚待解決的難題。
    二是工程抗震。根據(jù)工程運用期間可能發(fā)生的地震,確定工程的設計烈度,再按照設計烈度進行抗震計算和采取相應的抗震措施,當遭遇設計烈度地震時,可達到小震不壞、中震可修、大震不倒的目標,不僅可以有效減少人員傷亡,還可減輕工程的災害。此途徑是非常有效的。發(fā)展中國家資金不足,房屋多未進行抗震設計,一旦發(fā)生大地震,人員傷亡慘重,而發(fā)達國家(如日本等)多進行了抗震設計,當遭遇同樣震級地震時,人員傷亡則要少許多。我國是發(fā)展中國家,隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,對重要工程、重要城市以及生命線工程,必須按照抗震設計規(guī)范的要求進行抗震設計。
    三是應急搶險救災。強震發(fā)生后,應立即啟動應急預案,盡快恢復被破壞的一交(交通)、二電(電信和電力)、一水(供水),為搶險救災人員和救災物資進入災區(qū)搶救傷員和保障災區(qū)人民正常生活服務。同時,全面清查次生災害源,采取措施,防止次生災害的發(fā)生。
    水工建筑物不僅屬生命線工程,而且是次生災害源。因此,必須對工程抗震非常重視。早在1966年3月8日河北邢臺地震后,周恩來總理就明確指示,抗震工作的重點是保衛(wèi)“四大”,即保衛(wèi)大城市、大交通樞紐、大水庫,大電力樞紐。當時的水電部立即組織力量對京津地區(qū)的大水庫進行抗震鑒定,對不滿足抗震設計要求的大水庫進行抗震加固。1973—1978年,又組織力量編寫出我國第一部水工建筑物抗震設計規(guī)范,并頒布試行。這一規(guī)范特別強調(diào),對于1級高壩,還應深入進行地震危險性分析,結(jié)構(gòu)動力有限元分析,抗震模型動力試驗和在大壩上布置強震儀進行大壩安全監(jiān)測。1983—1989年又組織力量完成修編任務。根據(jù)這一規(guī)范,水利部分期分批對達不到規(guī)范要求的病險水庫進行除險加固,新建工程則嚴格按照規(guī)范進行設計。按新水工建筑物抗震設計規(guī)范設計的四川紫坪鋪大型水庫,去年剛剛竣工,在這次汶川大地震中,經(jīng)受住了考驗。這充分顯示出工程抗震是防震減災的有效措施。
    水工建筑物的管理條例,特別強調(diào)在發(fā)生強烈地震時,應立即對大壩進行震害檢查,結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)所設的強震監(jiān)測儀器取得的地震監(jiān)測記錄數(shù)據(jù),對大壩安全作出評估。若屬危險大壩,應上報主管部門,啟動應急預案,進行抗震搶險,以防次生水災的發(fā)生。歷次大地震發(fā)生后,水利部均選派有關人員立即奔赴災區(qū),與地方政府及水利部門,共同進行水工建筑物震害調(diào)查,查出險庫,共同研究除險方案。如1976年7月28日河北唐山7.8級大地震發(fā)生后,當時的水電部立即決定派正在潘家口水庫施工的工程兵部隊赴唐山陡河水庫、陡河電廠抗震救災,并請派部隊到密云水庫進行搶險;部相關領導奔赴地震災區(qū),與地方領導共同在現(xiàn)場指揮抗震救災工作,還組織3個抗震救災小分隊,到現(xiàn)場進行救災和震害調(diào)查,以防次生水災的發(fā)生。此次汶川8級大地震后,水利部矯勇副部長又立即帶領有關人員奔赴災區(qū),進行抗震救災工作。
    發(fā)生在高山峽谷地區(qū)的大地震,往往誘發(fā)山體崩塌、滑坡、泥石流,有時還會形成堰塞湖,甚至造成次生水災。如1933年8月25日四川迭溪發(fā)生7.5級大地震,山崩滑坡堵塞岷江,形成銀瓶崖、大橋、迭溪三大堰塞湖。地震后45天,迭溪堰由盈溢導致潰決,將沿岸的茂縣、汶川、灌縣大部分村鎮(zhèn)席卷而去,奪去了2500余人的生命。1961年4月14日新疆巴楚發(fā)生6.8級強震,西克爾水庫大壩南北向壩段發(fā)生了嚴重坍塌和裂縫,壩基出現(xiàn)液化。1974年云南昭通地震時,手扒崖山崩塌,使木桿河斷流,形成堰塞湖。由于采取人工爆破拆除措施,避免了次生水災的發(fā)生。
    大災過后,需要人們進行深刻的反思。我國目前在水利工程地震臨震應急方面還有很多工作要做,大壩結(jié)構(gòu)的強震監(jiān)測、震后安全快速反應分析及大壩地震安全的網(wǎng)絡信息化建設有待加強。從1962年新豐江建立第一個強震觀測臺站至今,我國設立了地震臺站的大型水利水電工程僅有近40座,設立過3個子臺以上地震臺的工程約20多處。現(xiàn)狀水工結(jié)構(gòu)強震安全監(jiān)測臺只是零星的“點”,國內(nèi)水利工程地震監(jiān)測臺站數(shù)量少且分散,還遠未形成“臺網(wǎng)”的規(guī)模,并存在一些亟待解決的問題:已有的各水利工程地震監(jiān)測臺站信息資源管理分散,資料缺乏統(tǒng)一的規(guī)格和標準,利用率低,規(guī)模小,數(shù)據(jù)的完整性不夠,設備落后,準確性不高,數(shù)據(jù)交換接口不規(guī)范;應用系統(tǒng)互聯(lián)互通性差,臺站分析人員水平參差不齊,監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和分析質(zhì)量不高,資料的實際利用價值發(fā)揮不夠,缺乏可供決策部門宏觀調(diào)度的中央管理分析系統(tǒng)。這些問題,在某種程度上大大削弱了在水利工程抗震減災中解決實際問題的力度。
    我國的水能資源約80%集中在西部地區(qū)。我國是世界上地震活動性的國家之一,地震烈度總體上看,以西部地區(qū)為。因此,水利工程抗震安全具有十分特殊的重要性。一座大型水利工程投資高達幾十億甚至幾百億元,一旦發(fā)生嚴重震害,不僅危及工程本身安全,還會產(chǎn)生連鎖反應,引發(fā)次生水災,而且次生災害造成的損失往往超過地震本身造成的損失。為確保擬開發(fā)的水電工程和已建水利樞紐的安全建設與生產(chǎn),必須做到一旦發(fā)生地震,技術(shù)支持及時到位,快速對大壩的安全作出地震反應評價,提出應急措施,制定抗震減災方案,并通過遠程通信網(wǎng)絡將抗震減災的方案與措施在最短的時間內(nèi)呈報至決策部門,使地震引起的直接災害與次生性災害降至最低限度。
    因此,如何推動水利工程抗震防災工作的深入開展,是這次汶川大地震后,應該引起我們重視的問題。