地震專家與水電專家的成功合作——金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)通過驗收

周雙超

(中國長江三峽集團公司金沙江公司籌建處新聞中心，四川成都 610042)

8月29日至31日，中國地震局在成都召開會議，對向家壩和溪洛渡水電站蓄水前地震監(jiān)測系統(tǒng)進行專項驗收，同時也是對金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)(一期工程)建設進行總體驗收。

來自中國地震局、中國長江三峽集團公司、水電水利規(guī)劃設計總院、中國水利水電科學研究院、中國水電顧問集團中南勘測設計研究院、長江勘測規(guī)劃設計研究院、中國地震局下屬單位的專家組成了驗收專家組，許紹燮院士任驗收專家組組長。來自地震監(jiān)測領(lǐng)域和水電行業(yè)近50名專家聚集成都，對歷時5年半時間才完成的向家壩和溪洛渡水電站蓄水前地震監(jiān)測系統(tǒng)進行專項驗收。經(jīng)過認真討論和審議，驗收專家組認為，金沙江下游向家壩和溪洛渡水電站蓄水前一期工程滿足合同和設計要求，同意通過驗收。

驗收會議由中國地震局監(jiān)測預報司宋彥云副司長主持。中國地震局副局長陰朝民、中國長江三峽集團公司副總經(jīng)理樊啟祥參加會議并發(fā)表重要講話。

行業(yè)內(nèi)眾多知名學者和專家在一起切磋交流，既是對向家壩和溪洛渡水電站蓄水前地震監(jiān)測系統(tǒng)的專項驗收，也是金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)一期工程的總體驗收，同時對水庫地震監(jiān)測學科的發(fā)展將產(chǎn)生積極的推動作用。

充分發(fā)揮清潔能源——水電的優(yōu)勢

水電是我國第二大常規(guī)能源，更是目前可再生和非化石能源中資源最明確、技術(shù)最成熟、清潔而又經(jīng)濟的能源，在我國發(fā)展低碳經(jīng)濟中占有重要地位。而我國大量的水電資源都集中在西南地區(qū)，這些地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，是地震多發(fā)、烈度比較高的地區(qū)。為了工程的安全，必須對水庫工程蓄水前后的地震活動情況進行監(jiān)測，尤其對大型活動斷裂帶可能發(fā)生的強烈地震進行監(jiān)測，分析庫區(qū)地震發(fā)展趨勢，以提高庫區(qū)及工程防震減災能力，為水庫業(yè)主的職能部門提供決策依據(jù)。

我國歷來重視水庫大壩等重大建設工程防震減災工作，大型水電工程除必須作地震安全性評價外，還要對水庫誘發(fā)地震的可能性進行詳盡的論證，對壩高100米以上、庫容5億立方米以上，且可能誘發(fā)5級以上地震的水庫提出建設專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)的要求。

我國開展水庫地震監(jiān)測起步于上世紀60年代初新豐江水庫，半個世紀以來，已有十余座大型水庫建有不同規(guī)模的地震監(jiān)測網(wǎng)。三峽工程是我國建成的第一個大型的水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)。驗收專家組組長、許紹燮院士就是我國最早從事水庫地震研究的地震學專家之一，他還告訴記者，他大學畢業(yè)不久，趕上的第一個大型地震科研項目正是新豐江水庫的地震監(jiān)測研究，通過對大量的監(jiān)測資料進行科學分析，許紹燮首次提出了“水庫地震”的觀點，此后他一直關(guān)注水庫地震監(jiān)測專業(yè)。他還告訴記者:新豐江水庫以后，我國科研工作者對水庫誘發(fā)地震進行了較為系統(tǒng)的監(jiān)測和研究，我國水庫地震監(jiān)測已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，取得了豐碩的研究成果，并達到國際先進水平。我國已具有生產(chǎn)現(xiàn)代化地震監(jiān)測儀器設備和水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設、運行和維護的能力。我國自行研發(fā)的地震觀測設備還出口國外。

金沙江下游4個梯級水電站位于我國西南部地震活動性較強的地區(qū)，中國長江三峽集團非常重視金沙江下游水電開發(fā)中的水庫抗震安全問題，按照國家有關(guān)法律法規(guī)和相關(guān)規(guī)范的要求，開展了地震安全性評價和抗震設計復核等工作。為了有效地監(jiān)視金沙江下游河段庫區(qū)的潛在震源區(qū)和可能誘發(fā)水庫地震區(qū)的地震活動情況，獲取庫區(qū)的天然構(gòu)造地震和水庫誘發(fā)地震資料，中國長江三峽集團在金沙江下游梯級電站建設初期，就著手全面規(guī)劃流域監(jiān)測系統(tǒng)的建設。

許紹燮院士十分關(guān)心金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設。他語重心長地告訴記者:綜合比較煤炭、核電、石油等能源特點，水電是干凈、經(jīng)濟的，我們一定要保護好水電作為清潔能源的優(yōu)勢，保護好水電的好名聲，要讓水電長久為子孫后代服務。這次會議，全國的地震專家和水電專家聚集在一起，就是要盡可能把問題想得全面一點，考慮更充分一點，不能讓老百姓因為害怕地震而對水電產(chǎn)生誤解。

國內(nèi)規(guī)模最大、組網(wǎng)難度最高的流域水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)

金沙江向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德等四個梯級電站位于金沙江下游，全長792公里，水庫首尾相接，建立整個流域的工程地震監(jiān)測預警系統(tǒng)，不僅可實現(xiàn)總體規(guī)劃和綜合專題研究，達到資源共享、節(jié)約投資的目的，也為規(guī)劃和建設大規(guī)模水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)造了客觀條件，因此，金沙江下游河段水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)的建設打破了以前單個電站、單個水庫進行水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)研究的模式，從流域梯級的角度對四個梯級電站進行整體規(guī)劃設計，監(jiān)測網(wǎng)絡覆蓋金沙江下游向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德四個梯級水電站工程區(qū)、水庫區(qū)及附近范圍，其建設規(guī)模和建設周期都遠遠超過國內(nèi)現(xiàn)有大型水電工程的地震監(jiān)測臺網(wǎng)。

金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)主要構(gòu)成分為4個部分:一是庫區(qū)地震監(jiān)測網(wǎng)絡，包括分布于梯級電站庫區(qū)的80個遙測數(shù)字測震子臺(含中繼站)、分布于7條斷裂帶的28個強震觀測臺、以及15個可于現(xiàn)場快速布設開展地震觀測的流動觀測子臺;二是地殼形變監(jiān)測網(wǎng)絡，由4座電站庫區(qū)12個跨斷層精密水準與精密測距觀測網(wǎng)、4座電站庫首區(qū)流動形變與流動重力監(jiān)測網(wǎng)、4處庫盆谷寬觀測網(wǎng)組成。三是地下水動態(tài)監(jiān)測井網(wǎng)，由溪洛渡和向家壩庫區(qū)7口地下水觀測井組成。四是系統(tǒng)網(wǎng)絡管理中心，包括1個系統(tǒng)網(wǎng)絡管理中心和設在梯級電站施工區(qū)內(nèi)的4個臺網(wǎng)分中心。

金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)所承擔的的主要任務有:

(1)采用地震觀測與強震動觀測相結(jié)合的方法，監(jiān)測梯級電站工程的重點庫段0.5級以上天然構(gòu)造地震以及水庫誘發(fā)地震活動，及時分析和提供庫區(qū)地震觀測資料及地震趨勢分析結(jié)果;進行震害速報，直接為工程應急救援服務。

(2)采用強震動觀測手段監(jiān)測梯級電站庫區(qū)及其附近范圍內(nèi)活動斷裂帶上可能發(fā)生的強烈地震事件，在破壞性地震波到達大壩工程之前提供地震監(jiān)測信息，進而為采取應急措施提供寶貴時間，達到減少經(jīng)濟損失與人員傷亡的目的。

(3)監(jiān)測4個水電工程庫首區(qū)、庫盆區(qū)及其附近范圍內(nèi)主要晚更新世和全新世活動斷裂帶的運動及變形，監(jiān)測庫首區(qū)庫盆沉降和庫盆谷寬的動態(tài)變化，取得觀測資料并進行分析處理報告。

(4)對溪洛渡、向家壩庫區(qū)地下水井水溫、水位綜合觀測及氣壓、氣溫、降雨等輔助觀測，取得觀測資料并進行分析處理報告。

(5)當梯級電站庫區(qū)及周邊出現(xiàn)誘發(fā)地震跡象，需要進一步強化局部地區(qū)的監(jiān)測，或庫區(qū)及其周邊已經(jīng)發(fā)生了較大的地震，為正確判斷地震趨勢需要追蹤震情捕捉異常時，出動流動測震臺網(wǎng)，用作臨時加密強化監(jiān)測。

(6)對庫區(qū)地震活動進行動態(tài)跟蹤分析研究。在地震活動出現(xiàn)異常變化及大震發(fā)生時，進行地震活動趨勢判斷、預測意見和震害分布預測信息，以及應急救援和防震減災對策建議。

金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施”原則，根據(jù)工程不同階段分兩期實施。一期工程建設內(nèi)容為系統(tǒng)總體規(guī)劃和溪洛渡、向家壩水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)設計、建設、運行，工期自2006年至2015年12月，根據(jù)溪洛渡、向家壩工程大江截流、電站蓄水發(fā)電的時間安排，一期建設與運行又分為截流前和截流后兩時段分期開展。二期工程建設內(nèi)容為烏東德、白鶴灘水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)設計、建設、運行，工期自2010年7月至2022年6月。

金沙江下游河段為四川、云南兩省界河，區(qū)域人口眾多同時可利用的土地資源量少，人地矛盾突出，加之部分地區(qū)為少數(shù)民族聚居區(qū)，建設征地難問題較為突出。為保證地震數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，地震臺站的臺址均選擇在遠離道路、通視條件好、巖性完整穩(wěn)定的山巔之上，交通條件差，建筑材料采購和運輸需要經(jīng)歷必要的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，施工受天氣氣候因素制約，建設難度較大。金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)被業(yè)內(nèi)人土稱為目前國內(nèi)規(guī)模最大、組網(wǎng)難度最高的流域水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)。

為加強對系統(tǒng)建設的統(tǒng)一領(lǐng)導和協(xié)調(diào)，金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)在組織形式上采取了中國地震局統(tǒng)一牽頭、四川省地震局、云南省地震局參與，各梯級電站主體工程設計單位配合的專業(yè)化分工協(xié)作方式，中國地震局工程力學研究所負責項目規(guī)劃、設計、建設、運行總承包任務，中國水利水電科學研究院承擔系統(tǒng)的設計監(jiān)理、建設監(jiān)理、運行監(jiān)理任務，并依據(jù)合同履行部分代行業(yè)主職能。

具有世界先進水平的數(shù)字化無線與有線信道組合的遙測地震臺網(wǎng)

我國開展水庫地震監(jiān)測預測40多年來，經(jīng)歷了從人工值守到遙測、從借用觀測天然構(gòu)造地震的設備到研制水庫地震專用設備、從分散記錄到集中記錄、從單臺到組網(wǎng)、從手工處理到計算機處理數(shù)據(jù)、從模擬系統(tǒng)到數(shù)字系統(tǒng)等一系列的變化和進步。金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)全面采用了國內(nèi)最先進的觀測儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，促進了我國水庫地震監(jiān)測預測水平更上一個臺階。

自2006年3月開始建設，在歷時5年半的時間里，金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)一期工程建成35個遙測數(shù)字測震臺、1個中繼站、15個流動測震臺、20個數(shù)字強震動觀測臺、6個跨斷層精密水準與精密測距觀測場地、2個庫盆流動形變與流動重力閉合環(huán)路監(jiān)測網(wǎng)、2處庫首谷寬觀測網(wǎng)、6口地下水動態(tài)監(jiān)測井、2個臺網(wǎng)分中心，溪洛渡和向家壩庫區(qū)測震、活斷層強震動、地殼形變、地下水等監(jiān)測網(wǎng)絡和系統(tǒng)網(wǎng)絡管理中心均已投入運行或試運行。

金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)、強震動觀測臺網(wǎng)、地殼形變監(jiān)測網(wǎng)絡、地下水動態(tài)監(jiān)測井網(wǎng)和系統(tǒng)網(wǎng)絡管理中心等多個不同專業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡構(gòu)成，采用了微震與強震觀測、固定測震與流動測震相結(jié)合的綜合監(jiān)測技術(shù)，測震、強震、地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)均通過組網(wǎng)傳輸至臺網(wǎng)管理中心進行分析處理。系統(tǒng)的寬頻帶、采樣率高，數(shù)據(jù)存儲量和分析處理海量數(shù)據(jù)能力遠遠高于一般地震臺網(wǎng)，其中繼站匯集轉(zhuǎn)發(fā)能力和臺網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)收集存儲和處理能力更是其它水庫臺網(wǎng)無法比擬的，該項目被業(yè)內(nèi)人士認為是具有世界先進水平的數(shù)字化無線與有線信道組合的水庫遙測地震臺網(wǎng)。

項目開始建設以來，根據(jù)工程實際進展先后進行了14次階段性驗收。8月19日到27日，由山東省地震局研究員林榕光任組長的檢查測試專家組對向家壩和溪洛渡水電站蓄水前地震監(jiān)測系統(tǒng)進行專項驗收，同時也是對金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)(一期工程)建設進行總體驗收。現(xiàn)場檢查測試報告表明，技術(shù)系統(tǒng)功能各項指標要求達到了設計要求，運行情況良好，滿足了向家壩、溪洛渡兩個大型水庫地震監(jiān)測工作的要求。

林榕光是獲得國務院政府特殊津貼的專家，長期從事地震觀測技術(shù)工作，曾擔任“長江三峽工程誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)”監(jiān)理組長，他主持的烏江流域水電工程數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)勘選、設計、研制和建設獲得過中國地震局地震預測研究所頒發(fā)的一等獎。近年來，林榕光足跡遍及瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河，對西南片大型水電站建成的水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)十分了解。經(jīng)過9天的現(xiàn)場檢查測試，他對金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)(一期工程)給予了很高的評價。林榕光認為，金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)模大、功能全，監(jiān)測臺網(wǎng)布局合理，設備先進，運行穩(wěn)定，靈敏度高，在國內(nèi)水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)中，達到了國內(nèi)一流水平。林榕光告訴記者，經(jīng)過檢查測試，在重點監(jiān)測區(qū)，均記錄到0.5級及以下震級的地震，這顯示出系統(tǒng)有較強的靈敏度，實際監(jiān)測能力優(yōu)于理論設計的監(jiān)測能力。水庫周圍10—20公里范圍能記錄到0.5級地震，并記錄分析了包括2008年5月12日四川汶川特大地震在內(nèi)的眾多地震信息，在“5·12”汶川發(fā)生特大地震時，震中距溪洛渡臺網(wǎng)分中心300多公里，溪洛渡固定測震臺網(wǎng)仍記錄到較完整的地震波形，顯示該系統(tǒng)具有較高的動態(tài)范圍。

林榕光指出，水庫地震成因復雜，本底資料十分重要。在水庫建成前進行一定時間的地震觀測，獲得盡可能長時間的庫壩區(qū)的地震活動背景情況的高質(zhì)量監(jiān)測資料，不僅對誘發(fā)地震的預測判斷非常有價值，而且為分析水庫蓄水地震活動的發(fā)展提供了不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此地震監(jiān)測系統(tǒng)有必要在蓄水前全部投入正常運行。金沙江地震監(jiān)測系統(tǒng)投入運行以來，已取得了溪洛渡庫區(qū)近5年、向家壩庫區(qū)4年的地震本底監(jiān)測記錄。這樣的提前量，在一般水電工程中不多見，體現(xiàn)了中國長江三峽集團作為中央企業(yè)的社會責任感，不僅為大壩安全著想，為庫區(qū)人民生命財產(chǎn)安全考慮，還為社會服務，為公共利益負責。

留給子孫后代的寶貴財富

由于地震的周期長，具有不確定性，目前地震的準確預測是一個世界難題。哪個國家能拿出全面系統(tǒng)記錄地震活動規(guī)律的實測數(shù)據(jù)，哪個國家就為防震抗震研究作出了巨大貢獻。中國地震局地球物理研究所研究員楊大克告訴記者:由于監(jiān)測密度不夠，加上沒有好的設備，我國從事防震抗震研究采用的強震動地面衰減關(guān)系曲線圖一直是參照美國提供的數(shù)據(jù)，沒有我國自己的觀測數(shù)據(jù)可供參考。2008年汶川大地震發(fā)生時，也只是獲取了一些孤點數(shù)據(jù)，沒有能夠拿到系統(tǒng)全面的理想數(shù)據(jù)。他希望將來有可能在金沙江下游梯級水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)中得到突破。

國家“十五”重點項目“中國數(shù)字強震動臺網(wǎng)”在國家地震重點監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)共布設了1100個固定強震臺，其中金沙江下游河段周邊附近布設了25個固定強震臺。為了提高金沙江下游梯級電站庫區(qū)周邊中強地震的監(jiān)測能力，中國長江三峽集團又增布了28個強震動觀測臺站;同時還在水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)的80個遙測數(shù)字測震子臺中，對其中具有發(fā)生中強地震背景及壩址庫首區(qū)的58個固定測震臺站增設了強震動加速度觀測項;為掌握壩址區(qū)自由場條件下強震動反應，在溪洛渡、向家壩兩電站壩址下游建設了強震觀測臺站，可以在震發(fā)的第一時間捕捉到自由場強震數(shù)據(jù)，并實時傳輸?shù)降卣鹁W(wǎng)絡中心進行分析處理。

楊大克參與過三峽工程地震監(jiān)測系統(tǒng)建設，主持了多個大型地震觀測臺網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)的技術(shù)設計工作。楊大克指出，我國在地震高發(fā)區(qū)強震觀測的間距是30—40公里，而在金沙江下游梯級電站庫區(qū)，觀測的間距達到了10—15公里，大大高于我國其它地區(qū)的地震觀測密度。

國家地震局監(jiān)測預報司副司長宋彥云接受記者采訪時說，水庫誘發(fā)地震是多種因素綜合作用的結(jié)果，目前還不能確定哪一種因素或哪幾種因素起著決定性的作用，水庫地震有很多待研究的課題，因此需要多手段、多學科綜合研究。中國長江三峽集團按照水庫地震監(jiān)測的特點完成水庫專業(yè)地震監(jiān)測網(wǎng)絡建設，結(jié)合云南和四川兩省建立的區(qū)域地震監(jiān)測網(wǎng)絡，專用臺網(wǎng)和專業(yè)網(wǎng)絡互為補充，資源共享，使金沙江下游區(qū)域的地震監(jiān)測網(wǎng)絡效能得到進一步提高。有了豐富的觀測資料就可以對水庫地震原因進行分析，對庫區(qū)地震發(fā)展趨勢作出判斷，對庫區(qū)地震作出科學解釋，讓庫區(qū)百姓放心。豐富的地震監(jiān)測本底資料，將為我國抗震科研工作積累不可多得的觀測數(shù)據(jù)資料，也是留給子孫后代的寶貴財富。