(本網訊)9月14日上午,188BETApp 聯合中國大壩協會共同舉辦了《2013年全國科普日水利水電論壇》即:"水庫大壩:氣候變化與防災減災"科普論壇。論壇邀請行業內的知名專家,就我國的水庫大壩建設和水電開發對於氣候變化以及"保護生態環境,建設美麗中國"的重要意義,進行科普講座。
188BETApp 副秘書長張博庭教授發表了題為《科普:水電開發與地質減》的主題報告。
科普:水電開發與地質減災
張博庭 (9月14日在《2013年全國科普日水電論壇》上的演講)
水電工程的(地質)減災作用可分為兩方麵的問題來討論:
1、滑坡、崩岸、泥石流等常規的地質災害;(地質減災問題)
2、地震災害;(水庫地震問題)
一、水電工程的地質減災作用
由於水電站建成後的初期蓄水,會在短期內讓很多潛在的地質災害得到釋放,所以,蓄水初期地質災害增加的現象是存在的。因此,我們很多水電專業工作者並不敢否認水電工程會增加地質災害的指控。但事實並不是這樣。前不久我們專門就188體育官網app 的地質減災作用進行了調研。發現河流沿岸的地質災害,不管是滑坡、崩岸還是泥石流,都和河水的能量巨大不斷的深切河穀有關。
1.1、水壩建設可以減少新的滑坡體出現
西南地區的河流還處在發育期,地麵不斷的隆起上升,使得該地區變得山高水急,江水帶有極大的能量,不斷的切割山穀,造成該地區河穀不斷地加深,在高山峽穀發育的同時,崩塌、滑坡、泥石流等地質災害必然就會隨著地形的變遷經常發生。
把奔騰的江河水用來發電,勢必會大大降低水能對岸坡的衝蝕能力,減少江水對河穀的急速深切,使河流發育趨於緩慢、穩定,最終會大大減少地質災害的發生。水電開發就是把江水切割岸坡的能量利用起來發電,造福人類。
1.2、水壩建設中會處理危險的滑坡體
在工程修建過程中,為了減少滑坡通常都要對主要的滑坡體進行人工排除,或者護坡(包括混凝土噴塗、打入抗剪滑樁和預應力錨索固定等)處理。在著名的汶川大地震中,所有經過處理的邊坡沒有一處發生滑坡等次生災害。不僅是水電工程,在北川縣城原來認為非常危險,經過加固處理的邊坡,也同樣在地震中沒有滑坡。而原來認為比較穩定的沒有處理一些邊坡的滑坡,反倒造成了巨大的傷亡。
可見邊坡的人工處理,其安全保障作用有多大。
1.3、水庫蓄水期集中釋放了潛在的滑坡體
由於我們還不可能完全通過工程措施解決所有的地質災害隱患,所以,水庫蓄水的初期,必然是一個水庫新庫岸的再造期。
一些人總喜歡把水庫蓄水這一時期出現的滑坡,說是水庫造成的地質災害的證據。其實,水庫的蓄水並不是製造出了新的滑坡,而是,對工程處理之後還不能完全消除的滑坡體或者說是原有潛在的滑坡體,提供一個集中釋放的機會。實際上,蓄水所引發的滑坡,不過就是我們把未來若幹年內,遭遇暴雨、地震可能引發的隨機滑坡,都提前引發出來的免疫過程。
1.4、以上的三個因素,會使庫岸變得更加穩定
任何科學的工程建設,都會起到減少災害的效果,如以上的1.2節所述。但是水電工程除了可以通過"工程措施"(1.2)實現減災外,還可以通過"消能"(1.1)和"免疫"(1.3)的環節實現地質減災。所以,現實情況與社會上水電工程會加劇地質災害的炒作完全相反,水電工程的地質減災作用,比任何其它工程都突出。
然而,在現實當中反水壩宣傳對水電工程的汙蔑卻十分嚴重。在沒有修建水壩之前,如果地質災害嚴重,有人會大談該地區地質災害如何如何嚴重,不能修建水壩。可是,當水壩建設者們不聽他們的恐嚇,用科學的方法和手段,克服了當地的複雜地質條件,治理和減輕了地質災害,並成功的建設了水壩之後。他們就會立刻搖身一變,把該地區原有的地質危險環境全都忘得一幹二淨。一旦再發生任何地質災害,就立刻變成了是修建水壩造成地質災害的罪狀。
以前他們說三峽、說金沙江,現在他們又說怒江。說那裏地質災害太嚴重決不能建水電站。其實,我國西南地區都是地質災害高發的地區,但其根本原因就是,該地區河水的能量巨大,不斷的切割著河穀製造著各種的地質災害。
由於能量才是地質災害的主因,因此,凡是水能豐富又沒有得到開發的地區,一般都是地質災害高發區。而當水能被開發一段時間之後,則很少再出現地質災害。從國際上來看,情況也是一樣。法國是世界上水能資源開發利用最充分的國家之一。開發程度接近100%。由於河水的能量不會再用來衝擊河穀製造地質災害,因此,同時樣是水電開發非常密集的法國的地質災害,卻非常非常少。我國的情況也是一樣,大家還可以回顧一下,我國早期開發的新安江、豐滿等地區,什麼時候聽說發生那裏發生了地質災害?
二、水庫誘發地震問題
2.1、地震的概念及產生機理
根據地震的成因,國家地震局把地震分為以下幾種:
1 .構造地震:由於地下深處岩層錯動、破裂所造成的地震稱為構造地震 。這類地震發生的次數最多,破壞力也最大,約占全世界地震的 90% 以上。
2 .火山地震:由於火山作用,如岩漿活動、氣體爆炸等引起的地震稱為火山地震。隻有在火山活動區才可能發生火山地震,這類地震隻占全世界地震的 7% 左右。
3 .塌陷地震:由於地下岩洞或礦井頂部塌陷而引起的地震稱為塌陷地震。這類地震的規模比較小,次數也很少,即使有,也往往發生在溶洞密布的石灰岩地區或大規模地下開采的礦區。
4 .誘發地震:由於水庫蓄水、油田注水等活動而引發的地震稱為誘發地震。這類地震僅僅在某些特定的水庫庫區或油田地區發生。
5 .人工地震:地下核爆炸、炸藥爆破等人為引起的地麵振動稱為人工地震。
2.1.1、水庫誘發地震的荷載作用
水庫水體的重量會改變地殼的受力狀態,引起地應力的某些調整(稱為荷載作用)。不過這種作用非常有限,隻會引起某些塌陷型的小地震,不可能引起板塊間錯動的構造地震。所以,我們國家地震局的地震分類,水庫誘發地震不屬於人工地震。
注意:人工與天然地震的區別在於地震能量的來源。為什麼說水庫地震不是人工地震呢?因為,水庫蓄水的能量不足以產生地震,水庫水體的重量相對於地球來說,是微乎其微的。
例如:三峽水庫蓄水392億(噸),但卻分布在1000多平方公裏的範圍上,地殼平均每平方米承受的重量隻有30多噸,每平方厘米的承壓強隻有3公斤多,還不如一輛載重汽車的輪胎對地殼的壓力大。既然,汽車行駛從不會壓出地震來,比它的壓強還要小的多水庫蓄水怎麼可能壓出地震來呢?要知道,人工地震"爆炸"產生的壓強和能量密度,至少要比蓄水高數百倍。
有人說,別管是作用在多大的麵積上,但水庫水體的總重量大。這種說法的邏輯不對,一場大洪水的總水量可能有上千億,對地殼造成的總壓力比水庫還要大的多。但是,我們誰聽說過"洪水可以,誘發地震呢?
也有人說,水庫中水的深度是不一樣的,所以對地殼構成的壓力不應按平均值計算。即便如此,由於構成水庫岸坡和庫底的是岩石和泥土,它們的比重都要比水大得多。此外,水庫的上表麵一定是水平的,因而,在單位的地殼麵積上,水和土體的總體積是相等的。

圖1、水庫水越深的部位實際對地殼的壓強越小
如上圖所示,所以,整體上看水庫和周圍的土體對地殼構成的綜合壓力,實際上是水越深的地方,壓強越小。因此,世界上無論是多麼大的水庫,蓄多麼深的水,也不可能壓出構造地震來。
2.1.2、水庫誘發地震的滲流作用
水庫蓄水後,通過基岩中的裂隙,產生了向地下的斷層高壓注水的效果,從而改變了地殼基岩局部的應變極限,或者說改變了原來板塊之間的摩擦力(可稱為滲透作用)。滲流是可以誘發地震的。國家地震局之所以把"水庫蓄水和油田注水引發的地震"統稱為"誘發地震",也說明國家也認為水庫誘發地震的機理是滲流,而不是蓄水的壓力。
為什麼水庫蓄水或者油田注水會誘發構造地震呢?這裏我們先要看看構造地震的機理。
2.1.3、板塊構造地震
在地球的最外層,由地殼和地幔最上部分構成的厚約幾十千米的岩石圈。由於地球內部的熱運動,地球的岩石圈已分裂成為若幹巨大的板塊,像一個裂了縫的雞蛋殼。
至今地球的熱運動都在繼續,岩石圈板塊也不斷的沿著塑性軟流圈上發生大規模水平運動(漂移)。板塊與板塊之間相互分離,相互擠壓,或相互平移,引起了地震、火山和各種構造運動。
我國西南地區由於受到印度洋板塊與歐亞板塊的擠壓,不僅已經抬升出了青藏高原,而且還在繼續不斷的上升。
當板塊的飄移受到其它板塊的阻礙之後,就會在板塊間的斷層之處產生變形並不斷地繼續能量。一旦所積蓄的能量使得該處的板塊破裂,或者漂移的力量超過了板塊間的摩擦力發生了板塊間的突然錯動,就會發生構造地震。
2.2、水庫誘發地震的機理
斷層地震爆發的原因,主要在於阻礙板塊運動的地應力的積累、變化使斷層處產生了突然的破裂或者錯動。斷層發生錯動的條件在於,阻礙板塊運動的應變所積蓄的地應力克服了斷層之間的摩擦力。當斷層的摩擦力越大時,需要克服摩擦力所積蓄的作用力就越大。這種情況下地震不容易輕易發生。然而,一旦發生後地震的能量也就比較大。如果斷層之間的摩擦力越小,需要克服摩擦力的地震作用力就越小,越容易產生地震,但同時地震發生後所釋放的能量也比較低。
所以說,決定構造地震爆發時能量強弱的關鍵,在於斷層之間的摩擦力。而水庫蓄水(和深井高壓注水)之所以能誘發地震,主要就是通過庫水壓力和 滲流影響和改變了板塊間的摩擦力。
2.3、科學地認識水庫誘發地震的利弊
由於水庫蓄水後將會加大地下滲流,水的侵潤隻能使原有的斷層之間摩擦力有所降低。所以,水庫觸發的地震一般都會起到加速原有地震地區地震發生的作用。因此,如果科學的、辯證的看待水庫觸發地震的話,水庫蓄水的結果,要麼對原有的地震沒有影響,要麼就提前釋放了正在孕育中地震的能量,從客觀上避免了更大地震的發生。從這一點上來看,即使水庫蓄水觸發了地震,也應該具有提前釋放能量,減小該地區原有地震震級的作用的有利一麵
上個世紀70年代,國外曾有過通過向深井高壓注水的方式,使其提前釋放地震能量最終能夠減小地震災害的嚐試。但是,由於注水後誘發地震的時間和震級,人們還無法控製,容易引起公眾的誤解,所以,就終止了這種地震減災的方式。
在美國地質調查局的網站,仍有這樣的解釋"由於我們對地震機理的掌握還十分膚淺,盡管我們知道高壓注水是有可能把大地震的能量提前釋放,起到減小震級的作用,但是,我們畢竟還不能判斷人為誘發出來的地震的量級到底如何。"
總之,由於我們現在對地質構造和觸發地震的機理還並不十分深入。即使我們想要采用高壓注水的辦法讓地震提早發生,我們恐怕也不知道怎麼樣注水,在什麼地方注水,才能達到我們所預想的目標。然而,雖然目前我們還沒有能力主動地、有意識的通過注水釋放地震能量,但是,人造水庫的蓄水卻有可能在某種程度上,有意無意的起到了用高壓注水觸發地震,提前釋放地震能量,並減小震級的減災作用。
另一方麵因水庫地震的震級往往能夠都不大,所以,水庫地震常常是利大於弊的。
2.3.1、水庫地震的震級都不會太大
一方麵,水庫蓄水的時候,能有機會向板塊間的縫隙滲水的機率本來就不太大。能正好趕上該板塊處積蓄的能量已經較大的(甚至接近臨界爆發的)機率就更小了。另一方麵,由於地殼的構造,是一個隨著底層的深度不同,從固態到液態的漸變的過程。在地下十餘公裏處,地層會有一個"脆韌轉換帶"。韌性的材料不可能還有縫隙存在,因此,任何縫隙的滲流,都不可能通過這個脆韌轉換帶。因此,水庫滲流的影響深度是一定有限的(一般不可能超過地下10公裏)。
同時,在地殼(小於10公裏深度)的表層,阻礙板塊間運動的摩擦力也不可能積蓄起太大的能量。例如,地球上8級以上的地震,從來也沒有發生在地下10公裏以內的。如果以地下10公裏為界,水庫地震與特大地震沒有交集。因此,從邏輯上分析,水庫不可能誘發出特大型的地震。
目前,實際記錄到的水庫地震也證明了這一點。全世界幾十萬座水庫,隻發生過6級以上的地震4次。5級以上的也隻有十餘次。4級以上的也不算多。絕大多數的水庫地震都是3級以下的"無感地震"。也就是說,絕大多數水庫地震不僅不會造成危害,同時還具有釋放了地震能量的好處。
關於水庫地震的結論
結論1:構造地震是不可能被水庫壓出來的,但可能會因為斷層處的滲流誘發。
例如:城市化的建築群沒有因為受力過重而誘發地震。美國丹佛市因為大量廢水高壓注入地下,卻引發了長達數年的一係列誘發地震。
很多百米以上的大壩,百億庫容以上的水庫,反倒沒有造成地震,而我國12米高的小壩,幾十萬庫容的小水庫,也能誘發出水庫地震 。
結論2:水庫誘發地震本質如同高壓注水觸發的地震,地震的能量來自於地球的板塊運動,與水體的重量無關。
結論3、水庫地震一方麵,具有時間、量級不可控性並有可能會帶來一定的災害,(具有有害的一麵);另一方麵也具有提前釋放地震能量,並減小震級的減災作用(有利的一麵)。
結論4、由於水庫地震的震級一般都不會太大,因而絕大多數的水庫地震不僅不會造成危害,同時還釋放了地震能量,減小了未來的地震危害。
總之,水庫誘發地震也是具有減災作用的,我門科學的了解它、重視它,具有重要的社會意義。
科普應用實例:雅安地震後 水庫地震的偽科學炒作
2013年4月20日。四川雅安盧山發生了7級地震。經常造謠誣蔑中國水電的《第一財經日報》的記者章柯和騙人專家範曉,在第一時間內(地震當天)就配合發出了誤導社會的欺騙報導稱《中國西南部進入水庫誘發地震危險期》 (下稱報導), 並在社會上引起了極大的恐慌。
報導稱"四川地礦局區域地質調查大隊總工程師範曉表示,從現在到未來的十多年間,西南地區的大型電站水庫群,將進入一個密集的建成蓄水時期,這對水庫誘發地震來說,也將是一個極為危險的時期。" 該報導同時還利用騙子專家編造了一係列的謠言。
謊言1、十年危險期的說法違反邏輯
中國水電資源的大規模開發至少應該持續30年以上。實際上,中國的大規模188體育官網app 是從三峽開始的。因此,所謂密集的水庫蓄水大概應該是從三峽蓄水開始的。
按照中國的188體育官網app 的特點,即使存在所謂的"由水庫誘發地震的高發期"至少應該從2003年就已開始,已經持續了近十年應該說目前正處在一個平穩期,若幹年後應該進入下降期。眾所周知,目前我國的水電資源除了怒江和雅魯藏布江之外,基本上都已經得到開發,各大電力集團都已經感覺到國內已經沒有更多的項目可幹,而開始揮師海外了。
謊言2、瀑布溝疑多次發生水庫地震
造謠記者在報導中宣稱:"據範曉所作的調研結果顯示,此次雅安地震震中南約80公裏 ,就是大渡河幹流上的漢源瀑布溝水電站,壩高186米、庫容53.9億立方米、裝機容量330萬千瓦,2009年已蓄水。根據四川省地震局的專家對該區域2006年10月14日至2011年12月31日期間觀測到的1834次地震的分析,在庫區中部、大壩附近、大壩下遊等幾個地方出現了小震集中分布的現象。"
這哪裏什麼調研?分明是故意用不相幹的數據 蒙騙公眾,讓大家以為,瀑布溝水庫經常會發生水庫地震。理所當然,這次廬山的地震也能不排除是它的責任。請注意,瀑布溝水電站是2009年11月才蓄水的, 2006年10月至水庫蓄水前的3年與蓄水後的數據,有完全不同的意義。蓄水前監測到的地震數據是瀑布溝地區的"天然本底地震",是用來與蓄水後的地震情況進行比較的。因為我國的西南地區的任何地方都會經常發生小級別的地震,如果不了解水庫蓄水前的本底地震,就無法判別蓄水後是否發生了水庫地震。實際上瀑布溝這些數據的前後對比已經表明了,瀑布溝蓄水後當地的地震的頻率和強度都沒有發生變化。即:結論應該是瀑布溝水庫蓄水後沒有發生水庫地震。然而,為了製造是水庫造成了雅安地震的假象,這位所謂的"專家"居然故意拿我們監測到的蓄水前的本底地震作為自己的調研結果,來魚目混珠的欺騙人。
謊言3、蓄水速度過快,引發了地震
此外,造謠記者的報導還宣稱(範曉說)"金沙江下遊幹流上的向家壩電站,壩高162米、庫容51.63億立方米、裝機容量640萬千瓦,被稱為中國目前的第三大水電站。向家壩電站於2012年10月完成了第一期蓄水,值得關注的是,在2012年10月10日至16日僅僅6天的蓄水期中,水庫的水位就由海拔278米提升到海拔354米,水位升幅高達76米,如此快速地大幅度提高水位,在國內外的大型電站水庫蓄水過程中尚無先例。"
這裏,範曉所說的"向家壩電站蓄水,僅僅6天的蓄水期中,水位升幅高達76米,如此快速地大幅度提高水位,在國內外的大型電站水庫蓄水過程中尚無先例。"完全是他自己編造出來的謊言。大家都可以到三峽公司的網站上去查,向家壩的蓄水是6天76米,還是7天60多米?範曉不但在數據上造假,他所說的"在國內外的大型電站水庫蓄水過程中尚無先例",更是明目張膽的欺騙。別說什麼國內外,就是在向家壩電站所在的四川省內,我們就能找到蓄水速度比向家壩更快的水電站。例如,二灘水電站,蓄水的第一天水位上漲了28米,比向家壩水電站的上漲水位還要快。大型水庫類似的蓄水速度,非常普遍,可見"專家"造謠的膽子有多大?
警惕偽環保有組織、有預謀的配合炒作
大家看看,這些偽環保欺騙宣傳有多麼猖狂?他們不僅在雅安地震後的第一時間內在全國的範圍內製造水庫地震的謠言,而且還敢把自己編造出謠言,標榜成專家經調查的結果。
值得一提的是,那個把一個編故事的專家範曉,描繪成地震專家的章柯也是經常造謠誣蔑水電開發的反水壩記者。利用突發事件,進行造謠炒作,是他慣用的手法。早在2007年記者章柯為了反對我國的水電開發,曾多次公開造謠說中國的水資源開發已經嚴重過度,並說"我國四川雲南等地的水資源開發程度已經達到100%"。然而,目前我國的雲南正在遭受著嚴重的幹旱,前不久雲南水利廳的廳長還介紹說,雲南的水資源並不缺,遭受幹旱的根本原因是水資源開發程度太低,目前才隻有百分之七。而七年前章柯就敢造謠說雲南的水資源開發已經達到百分之百。
這次,由於在第一時間內造謠記者和偽專家的有預謀的配合造謠和炒作,雅安地震曾一度引起了全社會對水庫地震的恐懼和擔心。據說,連我們的一些國家領導也被這些欺騙宣傳被蒙蔽了,對水庫地震的安全性表示了擔憂。更有外電報道說:"網絡瘋傳四川地震跟三峽水庫有關。用地震跟三峽做關鍵詞組合,僅新浪微博可查到的相關信息就超過14萬5千。"
還有外電稱讚造謠的範曉是"專家敢說真話,認為中國西南部進入水庫誘發地震危險期,也因此證明網絡上雅安地震跟三峽有關的傳言。" 。不僅如此,一向熱衷於反水壩宣傳的《南方都市報》還特地為欺騙人的範曉安排了一場《小穀圍科學講壇》講座。專門進行偽科學宣傳。
範曉總工程師到底是哪方麵的專家?
曾有媒體披露"2009年1月,美國的《科學》雜誌發表報道'四川大地震是人類活動觸發?'將爭論推向高潮。而範曉正是該報道主要采訪對象。不過"水庫誘發汶川地震"這一觀點目前遠未達成學界共識。"
針對《科學》雜誌的這篇"四川大地震是人類活動觸發?"報道,主要反映中國科技工作者意見的報紙《科學時報》還專門寫了篇回複的文章《《科學》雜誌一篇新聞報道值得商榷》,也就是在這篇文章中,科學時報把"專家"定義作了簡單描述,並具體的介紹了範曉的"專業"背景。
科學時報強調"科學新聞報道的慣例是,在提及一位科學家時,會首先明確指出這位科學家的學術身份,即他的學科、所在機構、所在部門和具體職位,以說明他的意見的可信度。"。具體關於所謂的地質專家範曉,科學時報介紹說"範曉於1980年初畢業於昆明地校,之後在成都地質學院進修過學位,主要從事旅遊地學研究與旅遊資源開發等,這樣的背景和身份說明他很難算是合格的地震和地質學家。"。
筆者從另外一方麵,印證了科學時報的這種說法。盡管目前範曉的工作單位是"四川地礦局區域地質調查大隊"但是,以前該單位的正式名稱是"旅遊地質調查大隊"。顯然,以前單位的名稱更能反映出範曉先生的工作範圍,這也更符合科學時報對範曉的評論 。
旅遊地質調查,顧名思義,當然是為了旅遊的開發而進行地質調查。例如,很多旅遊地的導遊,都會指著山上的某個岩石,問大家你們看哪像不像"什麼、什麼"? 緊接著,導遊就會給你講述一個關於那塊岩石動人的傳說。因為旅遊就是一種娛樂,沒有人會追究這種傳說的真實性。旅遊開發的工作性質,往往需要從業者有較豐富編造傳說的"想象力",因此,從事旅遊開發的總工程師範曉先生的"編纂故事"能力當然是沒得說了。
編故事、搞娛樂吸引旅遊者是可以的,但是,用科學和專家的名義騙人就有問題了。我們今天之所以要進行有關"水庫地震"的科普講座,其重要目的之一,就是要揭露範曉在《小穀圍科學講壇》上散布的關於水庫地震的偽科學宣傳。
簡言之,範曉對"水庫地震"的解釋,故意隱瞞了"水庫地震的能量是來自天然的板塊構造地震"這一最重要的前提。讓人誤以為,水庫地震是水庫的蓄水壓出來的。為此,每當有大地震發生之後,他們總是不斷的編造各種謠言,想辦法把責任推給水庫蓄水。當然,他們不斷的造謠和進行偽科學炒作的目的,也不排除故意要把自然的災害,說成是人禍。在製造社會恐慌的同時,挑撥公眾的情緒。
所以,在當前的形勢下科學的認識水庫地震,不僅是簡單的科學普及,同時也是一項揭露網絡謠言和維護社會穩定的重要任務。因此,把水庫地震的真相告訴公眾和普及水庫地震的科學知識,是我們每一位科技工者和媒體記者,義不容辭的社會責任。