水电工程防震抗震研究及设计规范浅析
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作者:茹欣
摘 要：本文对水电工程的防震抗震方法进行了研究，具体阐述水电工程防震抗震设计标准体系，并基于以上两点分析出了工程的防震抗震设计要点如：防震设计的标准和独立的保安电源等，希望对日后水电工程的防震设计工作提供参考。
关键词：水电工程 防震抗震 震损
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0023-02
地震在给人类带来巨大灾难和破坏的同时，水电工程的防震抗震工作需要研究以往发生过的地震灾难，所以灾难也为水电工程设计人员提供了真实资料，水电工程设计人员应基于现有的地震灾害特征，将水电工程的抗震性不断提高。
1 水电工程防震抗震研究
地震的破坏形式大致分为两类，一类是直接灾害破坏，也就是地震的原生现象，主要是指地震断层交错或地震波引起地面振动，这种灾害会导致地面、建筑物和山体自然等被破坏。例如：智利大地震造成的持续晃动对建筑物的破坏，以及中国唐山大地震造成七八成建筑物损坏。一类是次生灾害，指直接灾害破坏了自然或社会的稳定状态后引起的灾害，主要有火灾、毒气泄漏、洪涝和瘟疫等几种，其中最常见的灾害是火灾。例如：日本关东大地震，因为震动造成神奈川县发生泥石流，顺山谷下滑达5km远。
水电工程需具备发电、引水、浇灌及航运等多种职能，所以水电工程建筑大多是由多个建筑组成的建筑群。具有种类和形式各异的特点，且水电建筑多建在地质条件较为复杂的环境中，这就导致了地震灾害对水电建筑的影响因素繁多且异常复杂。
目前，我国水电工程防震设计主要参考《水工建筑物抗震设计规范》和《水工建筑物抗震设计规范》两项规定，两者都规定大坝抗震设防采用设计重现期内一定概率水准的地震参数，该参数规定采取一级设计标准进行防震抗震设计，其性能目标对应在设计地震作用条件下，允许水电建筑局部破坏，且经修理后能恢复正常使用。两项规定对水电建筑的防震抗震设计界限明确，同时侧重点各不相同、互为补充。总体上涵盖了河流规划、工程设计、施工、运行及应急管理等生命安全的周期。涉及专业包含规划、地质、水工、施工、机电等多个领域，此外基于工程经验及安全系数的风险防控与应急措施相统一也提出了防震抗震的对策[1]。
2 水电工程防震抗震设计规范要点
2.1 抗震设计标准
由于地震灾害具备不确定性，地震响应情况复杂，所以要求水电工程抗震设防必须坚持“安全为主、留有余地”的原则。一旦大坝和大型水库被破坏，工程本身的损失不仅巨大，而且可能导致流域发生严重灾害，产生不良社会影响。所以高坝工程项目对抗震设防要求比普通项目更高也更严格。实践显示，《水工建筑物抗震设计规范》中规定的抗震性能设计标准合理性达标，但也有研究和改进甲类设防大坝的设防标准的空间。我国相关法律规定乙类大坝应采用以及地震灾害防范措施，满足50年10%的概率，甲类及超高坝应采用地震灾害两级设防，标准为100年2%，满足可修复和不满灌的要求。
例如：三峡大坝就属于甲类抗震设防类别的建筑物，国家要求其抗震设计达到100年内超越一成，即5000年一遇的设计标准。此外考虑地震的不确定性和大坝次生灾害一旦发生的严重后果，三峡大坝的抗震设防标准相较于过内外同类标准要更高，是按照10000年一遇的抗震设防标准设计的。
2.2 工程防震抗震安全复核
据调查，一些高坝在经过强烈地震后，由于震感叠加和震感传导，坝肩、坝基或坝体结构局部有产生损坏的可能，严重情况下会出现渗漏。此外，由于余震作用和其他负面因素影响，大坝破损范围可能会不断扩大，降低大坝安全性及可靠性，加上余震作用的影响，破损面积可能加大，这就要求工作人员要对大坝展开抗震安全复核等工作，并对发现的问题制定合理解决措施。国家规定水电工程的枢纽工程区域若遭到≥6级强度的地震灾害，当地水利局就应展开抗震复核工作，将地震危险和危害彻底分析总结，进行防震抗灾的专项安全监测活动，在结合实际情况补救修整。
例如：宝珠寺大坝管理人员经常对大坝危害性进行分析，尤其在震后，工作人员于第一时间开展震后抗震设计复核，复核工作包括地震危险性和震害规律及总结大坝防震抗震经验等，并根据需要落实补强措施。
2.3 地震灾害调查
为了杜绝次生地震灾害对水电工程造成破坏，加强水电工程、坝址地震地质灾害和地震洪水灾害的调查分析十分重要。同时需要提高环境边坡地质勘察强度，注意环境边坡的地震危险源、河流致災效应及滑坡阻断分析研究。此外还要对上游流域坝址进行加固工作，分析梯级主支流水库大坝建设与管理，并优化次生灾害、洪水灾害的预警措和综合防治措施建设。我国有相关规定表示大坝枢纽区布置和水电工程建筑的设计驻点是防范地震灾害的破坏，要对水电枢纽工程和周边自然环境、滑坡地、危岩体和泥石流等其他灾害隐患有效排除，将隐患在地震发生时可能引起的影响深入分析记录[2]。
例如：三峡大坝会定期加强坝址及附近自然边坡、滑坡体等和其他地质现象的灾害隐患排查，对其在地震灾害发生时可能导致的影响进行分析，并提出科学有效的解决措施。
2.4 地震应急预案
当发生强震后，水电工程管理人员应立即采取措施，以减少地震灾害造成的损失。特别需要注意防止溃坝，避免水库水失控导致流域安全事故。地震应急措施是帮助值班人员知道如何避免以上事故，一旦出现上述事件发生的迹象或征兆，值班人应明确如何处理能将灾害损失降到最低。我国水电工程防震设计的两项规范强调在设计枢纽建筑时，应科学地分析地震灾害可能带来的风险，结合当地情况预防大坝可能出现的风险。
例如：三峡大坝的水电工程防震抗震设计中分析了地震破坏和次生灾害的风险，并从防灾减灾角度对全厂停电、洪水决堤、闸门失灵、坝体缺损、坝基不稳、坝体渗漏、电源通信中断等次生灾害提出应急预案。保证了水电工程管理人员对灾害第一时间作出反应。
2.5 对外通信交通
在遭遇地震灾害时，水电站是连接大坝枢纽与国家公路、铁路等抢险救灾物资运输路线的主干通道。同时通信条件也是地震时水电站的重要工程，对及时报告地震灾情，获得有效的救援并保持水电站与外界的联系有至关重要的作用。
例如：万安大坝在设计时考虑了地震抢险的需求，对外交通设置了双通道，充分研究了运输方式的合理性。此外设置了多个相互独立的通信通道，形成环形的通信网络。
2.6 应急电源
从汶川地震灾区的情况得来的经验可知，如果枢纽排水设施电源无法接通，配置在辅助动力系统中的柴油发电机组远离闸门启闭机、被坍塌的沉积物掩埋砸碎、在故障状态下缺乏维护，或缺乏柴油等原因无法正常启动，都会影响应急措施启动。所以在设计水电工程时，应为枢纽工程泄洪设施配置独立保安电源，由洪水设施供电系统直接接入，将电源布置在靠近泄水点的位置，水电工程建筑采用直流电源作为保护系统的工作供电点[3]。
3 结语
综上所述，水电工程的抗震防震工作备受社会关注，是民生安全的必要保障，通过对水电工程防震抗震设计标准和应急制度的总结反思，需健全相关设计标准，对地震灾害预防方法进行优化。
参考文献
[1] 周建平，武明鑫.水电工程防震抗震研究及设计规范[J].水利水电施工，2019（1）：1-5.
[2] 我国水电工程抗震设计安全可靠[J].大坝与安全，2016（5）：62.
[3] 刘荣丽.汶川地震灾区水电工程震损调查和工程抗震复核工作中间成果检查会召开[J].水力发电，2018（11）：97.
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