摘要：水库诱发地震已成为影响大坝安全的重大环境问题，会给大坝造成不同程度的危害。以西克尔水库水库地震和柯依纳水库地震对大坝的破坏为例，探讨水库地震对混凝土大坝的影响。对于混凝土坝通常坝顶最易遭到破坏，坝顶的过坝公路及非结构建筑，增加了破坏的可能性，因此在抗震设计时需要考虑坝顶动力放大效应和坝体高阶振型对坝头应力的影响。利用实测的地震加速度记录，对大坝进行抗震反应分析，综合大坝地震应力分析来看，地震作用在坝踵处产生较大的拉应力，而坝趾附近的剪应力也较大。在刚度发生突变的位置及上下游坝面坡折部等易发生较大拉应力处，均为坝体的抗震薄弱部位。基于水库地震对大坝的影响，做好抗震设防是保障大坝安全的一个重要因素。
关键词：水库诱发地震；混凝土坝；动力响应分析；抗震设防
目前我国的大坝安全与管理已经取得较大进展，水平也有较大提高。但在新世纪依然面临着严峻挑战，我国病险水库除险任重道远；制度化、法规化、科学化的管理体制有待建设完善；面广量大的小型水库的安全问题已经成为防洪保安体系中最薄弱的环节，亟待解决；专业技术人员的数量和素质有待提高；水库大坝风险管理技术、除险综合优化技术、小型水库大坝评价和加固技术、除险效果的评价技术等安全与管理技术需要加强研究。
1.流域概况
1.1自然地理
西克尔水库建成于1958年，属引水注入式水库，水库水面面积为44.0km2。西克尔水库是以灌溉、养殖为主，兼顾防洪的平原水库。主要承担伽师县玉代力克乡和农三师伽师总场22.5万亩耕地的灌溉任务。水库位于新疆喀什地区伽师县境内，喀什噶尔河流域克孜河下游，地理坐标在北纬39°45′45″—39°49′，东经77°18′—77°21′之间，距喀什市约160公里，距伽师县70公里。
1.2水文
西克尔水库库区原为天然集水洼地。喀什噶尔河流域的克孜河、恰克马克河、布古孜河以及发源于喀拉塔格格山、克孜勒塔格山、喀什喀尔套山南坡的较大山洪沟洪水均可汇集于此洼地。克孜河—喀什噶尔河的主源，也是流域中水量最大的河流，多年平均年径流量20.98亿m3。
随着上游水源开发、防洪治理，目前，正常年份恰克马克河、布古孜河以及距水库较远的山洪沟洪水已难以地表径流形式进入库区。水库建成后，水源主要来自从喀什噶尔河和区间来水，且以冬闲水为主。只有少数丰水年份汇水区其它河流、山洪沟洪水才可直接进入水库；非常年份，喀什噶尔河贝那木—布哈拉区间溃堤洪水、托卡依水库扒坝下泄洪水均可进入水库。
1.3气象特征
西克尔水库位于欧亚大陆中部，塔里木盆地西北缘，克孜河下游，北部分布有托乎拉克沙漠，呈典型的干旱大陆性气候特征，降雨量少，日照时间长，昼夜温差大，蒸发量大，空气干燥，无霜期长，灾害性气候多，主要有大风、干热风、干旱、沙暴、浮尘、霜冻、冰雹、低温等。年平均气温11.7℃，极端最高气温41.2℃，极端最低气温-22.5℃，年降水量62.2mm，年蒸发量2251.5mm，年日照时数2923.3h，最大冻土深61cm，多年无霜期233d，年平均积雪深度约10mm。常年西北风，年平均风速1.4m/s，一般小于2.5m/s，多年平均最大风速20m/s，冬季库内最大结冰厚度为0.4m。
1.4地质及地震灾害
西克尔水库位于塔里木地台的二级构造单元柯坪断块隆起和塔里木㘭陷接壤处，属地震频发区，区内存在柯坪断裂和普昌断裂两大活动断裂，所在区域基本烈度为8度。大坝地震设防烈度为8度。
自建库以来，水库所在区域发生5级以上地震20余次。6级以上地震7次，最大震级为6.9级，发生在1996年3月19日，历次地震均对大坝造成不同程度的破坏，严重影响大坝正常运行。龙其是2002年3月3日20时8分，阿富汗发生里氏7.1级地震，对西克尔水库的影响裂度为5度，造成副坝2+810处发生决口。
2.大坝安全监测在水库大坝安全评价中的作用
大坝安全评价包括工程质量评价、大坝运行管理评价、防洪标准复核、大坝结构安全、稳定评价、渗流安全评价、抗震安全复核、金属结构安全评价和大坝安全综合评价等。由于大坝安全评价是对大坝目前运行性状的评价，而不是简单的设计复核，而安全监测资料是水库大坝当前及历史运行状态的记录和反映，因此，对大坝安全监测资料进行分析是评价大坝安全状态的最直接有效的手段之一。
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2.1工程质量评价
安全监测资料是工程质量评价的重要依据，尤其是当其他工程质量基本资料不充分或不完整时，除了补充必要的勘探、试验工作外，对大坝施工期或运行期的安全监测资料进行综合分析，可以间接或综合地对工程质量进行评价。
2.2大坝运行管理评价
大坝运行管理评价的内容包括大坝运行、维修和安全监测。因此，安全监测作为大坝运行管理评价的重要内容之一，安全监测系统、设施是否完备，运行维护状态是否良好，观测过程及监测资料整编是否按规范执行等，都是大坝运行管理综合评价的基本依据。
2.3水库大坝风险评估和风险管理
我国目前在大坝安全评价中还沿用传统的基于确定性准则的方法，通过大坝安全定期检查，诊断出大坝存在的缺陷，鉴定大坝安全等级。国外不少国家，如加拿大、澳大利亚、美国、荷兰等，正在逐步建立水库大坝风险评估和管理体系和标准。但水库大坝的风险评估和风险管理与一个国家的政治制度、法律法规体系、经济发展及人口资源状况、历史文化背景、社会民情均有关联，应在广泛调研、深入研究的基础上，建立适合于中国国情的中国水库大坝风险评估及风险管理方法、体系、标准。我国近几年来针对沙河集、丰满等水库大坝开展了风险分析方面的研究工作。
3.水坝抗震安全评估及我国水坝抗震安全现状
3.1水坝抗震安全评估
众所周知，地震预测是至今尚未解决的世界性难题。但是，各国在地震区都在兴建包括大坝在内的各项基础设施。在日本、伊朗、土耳其、意大利、美国、智利、墨西哥等地震较多的国家，都修建了不少高坝。当然，在坝址地震危险性评价和大坝抗震设计方面，相关研究一直都在持续深入开展，以不断提高大坝的抗震安全性。
3.2对水库地震的理解
需要区分非构造型和构造型两类不同的水库地震。非构造地震一般与岩溶、采矿、以及地表浅层的应力调整有关。根据已有水库地震的震例统计，非构造型水库地震震级一般不超过3～4级，至今为止大部分水库地震属于这种类型。构造型水库地震一般与断层有关。需要在3个特定条件下被库水触发，即：发震构造位于或毗邻水库区域，发震构造在水库蓄水前已接近临界状态，库区存在使库水能渗透到深部岩层中的水文地质条件。满足上述条件的水库触发地震很少，但因其可能触发不超过该天然断层所固有的最大震级，而最受社会和工程界的关注。
3.3定量评价溃坝极限状态
作为与最大可信地震设防水准相应的功能目标是防止溃坝。但溃坝是一个定性的且很模糊的概念，很难应用于工程设计。而要定量确定溃坝极限状态的判別准则，目前还非常困难。因为坝型各不相同，且即使相同坝型，其几何参数和地质条件也都有差异，很难有统一的定量判别准则。就混凝土坝而言，近年来，笔者的团队在这方面作了初步探索。
3.4加强水库地震监测，确保大坝安全
由于实际地震提供的资料是对大坝抗震性能最好的测试，所以，众多大坝都已布设了水库地震监测台网以及设置了适当的强震仪器，以便获得更多的定量数据资料，来验证抗震安全性能的评价步骤和方法。在前期勘测阶段或开始施工阶段就应进行地震监测台网建设，积累地震本底资料，以便对比水库蓄水前后地震活动的变化情况。
结论
水利水电工程项目业主、设计、施工、监理单位要本着对国家负责、对历史负责、对工程负责的精神，精心组织、精心设计、精心施工、严格监理，依靠科技创新，确保水利水电工程质量，高标准严要求建设优质大坝工程。各级主管部门和水库大坝运行管理部门要认真贯彻执行国务院《水库大坝安全管理条例》等水利水电工程法规，建立健全水库调度及大坝运行、维护、监测、检修等规章制度，强化水库大坝安全管理，精心维护检修，对水库大坝运行状况适时监控，发现病害及潜在隐患问题及时处理，消除病害隐患，加强水库大坝风险分析工作，提高对其安全风险预防和监控能力，以确保水库大坝安全。
参考文献：
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[3]陈厚群.大坝抗震[A].中国大坝50年[C].北京：中国水利水电出版社，2000
论文作者:吴红炎
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/25
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