四川水庫強(qiáng)震動監(jiān)測臺網(wǎng)建設(shè)的若干思考

孫 瑋

(四川省地震局，四川 成都 610041)

四川水庫強(qiáng)震動監(jiān)測臺網(wǎng)建設(shè)的若干思考

孫 瑋

(四川省地震局，四川 成都 610041)

結(jié)合四川省水庫強(qiáng)震動建設(shè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，綜合近年來四川省水工建筑物強(qiáng)震動安全監(jiān)測各項技術(shù)規(guī)范和規(guī)程，對水庫強(qiáng)震動監(jiān)測臺網(wǎng)建設(shè)和運行管理提出了若干建議。

水庫；強(qiáng)震動；安全監(jiān)測

1 四川水庫強(qiáng)震動監(jiān)測現(xiàn)狀

四川省地處青藏高原的東南側(cè)，是中國多地震的地區(qū)(帶)之一。四川省大江大河眾多，大部分河流流經(jīng)山區(qū)，山高坡陡，河道落差大，水能資源十分豐富。地震多發(fā)和水利資源豐富成為了四川省建設(shè)的水電站具有“高密度、高壩體、高庫容、高烈度”的特點。水庫大壩大部分處于地震斷裂帶和地震高烈度地區(qū)，境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造錯綜復(fù)雜且地震活動較為強(qiáng)烈。

《中華人民共和國防震減災(zāi)法》《四川省防震減災(zāi)條例》和《水庫地震監(jiān)測管理辦法》等法律法規(guī)要求，必須對大壩安全進(jìn)行重點觀測，以確保大壩工程的地震安全性。《水庫地震監(jiān)測管理辦法》規(guī)定，水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)應(yīng)當(dāng)包括測震臺網(wǎng)、強(qiáng)震動監(jiān)測設(shè)施和數(shù)據(jù)匯集處理中心。據(jù)四川省地震局統(tǒng)計，四川全省有28座大型水庫電站應(yīng)當(dāng)建設(shè)專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)，已建、在建的有15座。2014年底四川省地震局水庫地震研究所已經(jīng)建成四川水庫地震臺網(wǎng)中心，負(fù)責(zé)水庫地震監(jiān)測信息的管理與服務(wù)工作。目前該中心負(fù)責(zé)運行維護(hù)的水庫強(qiáng)震動監(jiān)測臺陣僅有紫坪鋪水庫大壩一處。紫坪鋪水庫強(qiáng)震動監(jiān)測臺陣在2008年“5·12”汶川地震中獲取了紫坪鋪水庫部分強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)，也是目前中國唯一一套遭遇強(qiáng)震且壩高超過150米的混凝土面板堆石壩的強(qiáng)震記錄，這些強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)為震后大壩安全校驗、結(jié)構(gòu)分析等提供了寶貴的原始數(shù)據(jù)。也能夠為震后研究人員利用主震及余震作為輸入信號對大壩進(jìn)行有限元分析，研究實測譜結(jié)果符合土石壩地震反應(yīng)的一般規(guī)律。

2 水庫強(qiáng)震動監(jiān)測臺陣設(shè)計

自2008年“5·12”汶川地震后，國家能源局和水利部相繼修改或編制了《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL601-2013)》《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL551-2012)》《水工強(qiáng)震動安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T5416-2009)》和《水工強(qiáng)震動安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL486-2011)》等多個規(guī)范。上述規(guī)范對水工建筑物強(qiáng)震動臺陣布置設(shè)計提出如下要點：(1)臺陣設(shè)計應(yīng)綜合考慮工程設(shè)計烈度、工程等級、結(jié)構(gòu)類型和地形地質(zhì)條件。比如，土石壩結(jié)構(gòu)反應(yīng)臺陣應(yīng)布置在最高壩斷面或地震條件較為復(fù)雜的壩斷面；測點應(yīng)布置在壩頂、壩坡變形部位、壩基和河谷自由場處，測點布置應(yīng)以水平順河方向為主。(2)監(jiān)測系統(tǒng)布置方式要包括集中記錄式和分布記錄式。對于1級建筑物監(jiān)測臺陣不宜小于18通道，對于2級建筑物監(jiān)測臺陣不宜小于12通道。

中國地震局于2004年開始，通過建設(shè)數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目、地震背景場等項目，在全國建設(shè)了上千個自由場地的觀測臺站和不同類型的結(jié)構(gòu)觀測臺陣、場地效應(yīng)觀測臺陣等強(qiáng)震動觀測設(shè)施。目前，在水庫大壩強(qiáng)震觀測臺陣上安裝的中心記錄式和分布記錄式兩類觀測設(shè)備均有應(yīng)用。如二灘水庫大壩強(qiáng)震動觀測臺陣是典型的中心記錄式，臺陣將1臺MCMS型64通道數(shù)據(jù)采集器與22個三分向或二分向加速度計通過多芯電纜相連，實現(xiàn)對大壩整體結(jié)構(gòu)的地震動情況進(jìn)行監(jiān)測。而紫坪鋪水庫大壩強(qiáng)震動觀測臺陣則是典型的分布記錄式，水庫大壩結(jié)構(gòu)安全臺陣通過1臺架設(shè)在2號測點的NCC中心控制器與安裝在大壩的6臺MR-2002強(qiáng)震儀進(jìn)行連接，形成了對于大壩的整體地震動情況進(jìn)行監(jiān)測的臺陣。近幾年來，隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)震動臺陣觀測設(shè)備逐漸向網(wǎng)絡(luò)集成方向發(fā)展，如美國凱尼公司針對結(jié)構(gòu)觀測臺陣推出了強(qiáng)震儀與安裝有臺陣運行管理軟件和分析軟件的計算機(jī)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)臺陣觀測系統(tǒng)，這些進(jìn)步有效降低了臺網(wǎng)安裝難度,提高了臺陣集成性并適當(dāng)節(jié)約了建設(shè)經(jīng)費。

3 水庫強(qiáng)震動臺陣建設(shè)及運行

水庫強(qiáng)震動臺陣建設(shè)的主要目的是獲取強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)，對重要水工建筑進(jìn)行地震安全監(jiān)測和安全評估，采取合理措施以減少地震災(zāi)害造成的損失，并利用真實強(qiáng)震動數(shù)據(jù)驗算水工建筑抗震設(shè)計的合理性。根據(jù)《四川省大型水庫地震監(jiān)測管理規(guī)定》(四川省人民政府令第187號)要求，水庫專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)和水庫水工建筑物強(qiáng)震動監(jiān)測設(shè)施的管理單位，應(yīng)當(dāng)將地震監(jiān)測信息及時報送省地震工作主管部門。故四川省地震局水庫地震臺網(wǎng)肩負(fù)著向水庫業(yè)主提供地震監(jiān)測信息和全省水庫地震管理的雙重責(zé)任。綜合水利部發(fā)布的水工建筑物地震安全監(jiān)測規(guī)范和中國地震局發(fā)布的《強(qiáng)震動觀測規(guī)程(JSGC-03)》，在水庫地震臺網(wǎng)建設(shè)及運行過程中，應(yīng)注意以下幾點。

(1)注意場地脈動基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集和利用。根據(jù)《水工強(qiáng)震動安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL486-2011)》規(guī)定，水工強(qiáng)震動安全監(jiān)測系統(tǒng)正常運行后，應(yīng)進(jìn)行場地脈動和水工建筑物脈動反應(yīng)測試，并進(jìn)行計算分析，以便選擇和確定強(qiáng)震動加速度計的觸發(fā)方式和閾值,并確定場地和水工建筑物的自振周期。《強(qiáng)震動觀測規(guī)程(JSGC-03)》規(guī)定,在強(qiáng)震動臺站建設(shè)前,應(yīng)進(jìn)行場地勘選和測試。因此，通過收集原有工程場地脈動數(shù)據(jù)和大壩建成后不同時期各測點的脈動數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析比對，可積累水工建筑物結(jié)構(gòu)安全設(shè)計數(shù)據(jù)，并對建筑物進(jìn)行健康診斷分析。

(2)針對不同觀測峰值數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?！稄?qiáng)震動觀測規(guī)程(JSGC-03)》規(guī)定，在4級以上地震或峰值加速度大于等于0.01 g時，應(yīng)將強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)傳輸至中國地震局，6級以上地震應(yīng)在2個月內(nèi)編輯強(qiáng)震動記錄專輯。《水工強(qiáng)震動安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL486-2011)》提出了更加細(xì)致的規(guī)定：1)在地面加速度記錄大于0.002 g時，應(yīng)讀取各通道加速度最大值，并備份原始記錄；2)在場地加速度峰值大于等于0.025 g時，應(yīng)分析地震時間、各通道記錄最大加速度值、各通道記錄長度；3)混凝土大壩可按基礎(chǔ)最大值0.05 g作為安全檢測值，土工建筑可按基礎(chǔ)最大加速度0.025 g作為安全監(jiān)測警示值；4)場地加速度值大于0.025 g時，應(yīng)進(jìn)行加速度記錄校正、計算位移和速度、分析反應(yīng)譜及傅立葉譜。

(3)規(guī)范數(shù)據(jù)處理格式更為明確。為方便數(shù)據(jù)交換和利用，《強(qiáng)震動觀測規(guī)程(JSGC-03)》還規(guī)定應(yīng)對強(qiáng)震動數(shù)據(jù)格式進(jìn)行規(guī)范。各類數(shù)據(jù)文件應(yīng)包含必要關(guān)鍵信息。例如，不同廠家強(qiáng)震儀原始數(shù)據(jù)應(yīng)按要求完善數(shù)據(jù)內(nèi)容，規(guī)范格式，以便形成符合臺網(wǎng)要求的原始數(shù)據(jù)記錄。為滿足校正加速度記錄數(shù)據(jù)格式要求，在文件頭段應(yīng)包含記錄編號、地震編號、地震時間、地震名稱、地震震中位置、地震三要素、臺站信息、儀器信息、數(shù)據(jù)信息等關(guān)鍵信息。故在水庫強(qiáng)震臺陣數(shù)據(jù)計算和整理時應(yīng)按規(guī)范整理數(shù)據(jù)，方便觀測數(shù)據(jù)交換和利用。

(4)合理使用強(qiáng)震動記錄計算地震三要素。在計算水工結(jié)構(gòu)反應(yīng)時，要將校正后的強(qiáng)震動加速度記錄通過積分、去除趨勢項及濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，求出各類反應(yīng)譜。近幾年在水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)建設(shè)中，為克服測震設(shè)備近場地震限幅這一現(xiàn)象，通常會使用強(qiáng)震動記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行積分后形成速度量，用其數(shù)據(jù)進(jìn)行地震三要素的進(jìn)一步計算。在進(jìn)行此項工作時應(yīng)注意利用強(qiáng)震動記錄中的預(yù)存儲數(shù)據(jù)(此為強(qiáng)震儀設(shè)計特點)進(jìn)行分析，以去除儀器干擾和場地干擾，從而獲得合適的測震分析結(jié)果。

4 結(jié)論

四川省水利資源豐富，水電開發(fā)潛力巨大。近幾年水電開發(fā)逐漸向四川省幾條主要河流的上游推進(jìn)，工程建設(shè)場地多處于高山峽谷地區(qū)，水庫淹沒范圍小、移民代價低。水能資源的開發(fā)宜修建高壩水庫，而這些水庫卻又處在地震活動最顯著的地區(qū)。目前國內(nèi)外對高壩抗震安全有較高的重視，但因缺乏完整合格的水庫大壩地震動觀測數(shù)據(jù)，故在此類水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中尚有許多亟待解決的難題。近幾年四川省水庫地震安全執(zhí)法檢查力度不斷加強(qiáng)，2014年底四川省與中國地震局簽訂的《局省合作協(xié)議》中明確提出建設(shè)“水庫誘發(fā)地震實驗室”。為適應(yīng)這一工作目標(biāo)要求，還要切實推進(jìn)水庫地震監(jiān)測工作，以提高水庫地震監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)于社會的能力，以水庫強(qiáng)震動安全觀測作為探索臺網(wǎng)數(shù)據(jù)綜合利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，盡早開展此項工作，夯實分析研究的基礎(chǔ)。

Consideration on the strong motion network for the reservoir safety monitoring

Sun Wei

(Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Chengdu 610041, China)

Some suggestions about strong motion monitoring of the reservoir are put forward based on the technical specification of strong motion monitoring for seismic safety of hydraulic structures and the stipulation on China digital strong motion network.

reservoir; strong motion; safety monitoring

2015-03-30

孫 瑋(1975-)，男，內(nèi)蒙古包頭市人，工程師.

P315.4

B

1001-8115(2015)03-0018-03

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.005