糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)修復重建

馬紅虎 周發(fā)勝 馬子舒 隋明坤

（中國昆明 650224 云南省地震局震災風險防治中心）

0 引言

我國和世界的水利水電建設歷史表明，高壩大型水庫建成以后，有可能使得庫區(qū)及周邊地區(qū)地震活動性增強，甚至誘發(fā)中強以上破壞性地震。與相同震級的天然地震相比，由于水庫誘發(fā)地震震源深度較淺，具有影響強度（烈度）明顯偏高的特點，容易造成較嚴重的局域性破壞，對水庫工程及附近地區(qū)，特別是下游城鎮(zhèn)居民的安全構(gòu)成直接威脅，造成較大的社會影響。在已知震例中，印度柯依納水庫地震和我國新豐江水庫地震造成的破壞最為嚴重，數(shù)百人在地震中喪生，數(shù)千人受傷，壩體結(jié)構(gòu)、廠房建筑和發(fā)電設施等受到不同程度的破壞，電站停止運轉(zhuǎn)，以致造成區(qū)域性工業(yè)癱瘓。

鑒于防震減災和水電工程安全需要，中華人民共和國國務院發(fā)布《地震監(jiān)測管理條例》，第十四條明確規(guī)定：壩高100 m 以上、庫容5 億立方米以上，且可能誘發(fā)5 級以上地震的水庫建設工程，應當建設專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)（中國地震局監(jiān)測預報司，2003；中國地震局、2005）。糯扎渡電站位于瀾滄江下游普洱市思茅區(qū)和瀾滄縣交界處，是瀾滄江下游水電核心工程，也是實施云電外送的主要電源點。糯扎渡水庫正常蓄水位812 m，心墻堆石壩最大壩高261.5 m，居同類壩型世界第三，總庫容237.03×108m3，調(diào)節(jié)庫容113.35×108m3，總裝機容量585×104kW，年平均發(fā)電量239.12×108kW·h。景洪電站位于云南省西雙版納州景洪市北郊瀾滄江干流，是瀾滄江干流中下游為兩庫八級開發(fā)方案的第6 級，電站以發(fā)電為主，兼有航運、防洪、旅游等綜合利用效益。水庫庫容11.4×108m3，最大壩高108 m，壩頂總長704.5 m，2008 年下半年第一臺機組發(fā)電，2009 年上半年5 臺機組全部投產(chǎn)。糯扎渡、景洪水庫具有周期調(diào)節(jié)性能，電站地處滇西北少數(shù)民族地區(qū)，項目開發(fā)對該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展具有巨大推動作用。因此，修繕恢復糯扎渡、景洪水電站水庫地震監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，具有重要的科學和現(xiàn)實意義。

1 臺網(wǎng)概況及監(jiān)測目標

糯扎渡電站水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)由12 個測震臺站和糯扎渡水庫臺網(wǎng)監(jiān)測中心構(gòu)成。一期臺站4 個，主要分布于糯扎渡水庫庫區(qū)，于2008 年6 月建成主體設備安裝，產(chǎn)出單臺地震監(jiān)測數(shù)據(jù)，2009 年2 月監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。二期臺站8 個，于2009 年6 月開始運行，并將糯扎渡監(jiān)測臺網(wǎng)一、二期臺站合并組網(wǎng)觀測。景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)共4 個水庫地震監(jiān)測臺站，于2008 年3 月開始運行。由于歷史原因，2 個水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)的觀測房屋破損、設備老化，大部分臺站在2015—2016 年相繼停止工作。2017 年，華能瀾滄江水電股份有限公司（業(yè)主）委托昆明水利水電設計院，對糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)修繕工程進行設計，經(jīng)過專家論證優(yōu)化臺網(wǎng)布局和設備，部分臺站地震計由短周期換成寬頻帶，糯扎渡干壩臺被取消，2019 年7 月，修繕工程啟動施工。為了支持國家地震烈度速報預警工程項目的實施，在恢復重建實施過程中，原糯扎渡水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)的和平臺和景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)的銀子臺，與云南省地震局達成共建協(xié)議，由該地震局實施改造，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2019 年7—12 月，完成臺站建筑、防雷、供電系統(tǒng)修繕和地震專業(yè)設備檢修更換及機房中心建設、調(diào)試工作，修繕工程完成后，糯扎渡、景洪2 個電站水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)由15 個水庫地震臺站組成（圖1）；2020 年1 月1 日—9 月30 日，修繕后的臺網(wǎng)進入試運行階段；2020 年10 月1 日—12 月31 日，臺網(wǎng)完成考核運行。

圖1 糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)臺站分布Fig.1 Distribution map of seismic monitoring stations in Nuozhadu and Jinghong Reservoirs Seismic Monitoring Networks

為確保修繕后的臺網(wǎng)對瀾滄江中下游水庫流域地震監(jiān)測起到保障作用，糯扎渡水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)在重點監(jiān)測區(qū)的有效地震監(jiān)測下限定為ML0.5，水平定位誤差小于l km；一般監(jiān)測區(qū)的有效地震監(jiān)測下限定為ML1.0，水平定位誤差小于2 km。根據(jù)水電站所處位置以及臺網(wǎng)監(jiān)控能力要求，?。?9.5°—101.25°E，21.65°—24.0°N）作為監(jiān)測區(qū)范圍，?。?9.97°—100.86°E，21.94°—23.75°N）作為重點監(jiān)測區(qū)（即庫區(qū)）范圍。

2 恢復修繕工作

為了盡快完成臺站修繕，恢復水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測工作，由華能瀾滄江水電股份有限公司與云南省地震工程研究院共同負責完成項目工程實施工作，云南省地震局工程研究院成立項目實施工作組，并于2019 年8 月12 日—21 日組織技術(shù)力量對糯扎渡、景洪水電站水庫誘發(fā)地震臺網(wǎng)原16 個地震臺進行現(xiàn)場調(diào)研，核查臺站通信組網(wǎng)、安全運行、供電系統(tǒng)、防雷等系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及臺站建筑物的完好情況等，確定修繕方案，商定數(shù)據(jù)維護中心裝修方案和設備安裝方式。對各臺站設備進行現(xiàn)場調(diào)研，了解所有設備狀態(tài)，予以撤回修理，確定設備修復方案。廣泛收集臺站信息資料，為恢復重建工作提供重要依據(jù)。本次修繕工程主要對原有臺站的觀測設施、臺站設備、數(shù)據(jù)傳輸方式和臺網(wǎng)中心設備進行恢復重建，并未進行臺址重選。

2.1 臺站觀測環(huán)境土建修繕

糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)于2008 年建成后歷經(jīng)了多次地震，臺站觀測設施受到不同程度的破壞，加之多方面歷史原因，臺站年久失修且無人看管、維護，部分臺站房屋設施、觀測環(huán)境均已不能滿足地震觀測要求。因此，臺站觀測設施改造是修繕重建的主要工作之一。本項目對15 個臺站均有不同程度的土建修繕，主要包括：至臺站簡易道路清修、院內(nèi)環(huán)境清理、觀測室環(huán)境清掃、院內(nèi)外排水溝清修；部分圍墻基礎及圍墻砌筑，觀測室屋面防水層翻修，圍墻及觀測室飾面層粉刷，內(nèi)外門、鎖除銹、漆刷及更換，院內(nèi)地坪沉降修整等。

2.2 防雷接地及供電設施等輔助系統(tǒng)修繕

糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)原臺站基本采用太陽能供電系統(tǒng)。其中糯扎渡臺和忙糯臺臺站所在位置光照不足，無法滿足設備供電需求，本次修繕工作對2 個臺站供電系統(tǒng)予以優(yōu)化，采用市電和太陽能雙供電模式；其他臺站延用太陽能供電模式，更換太陽能供電設備相關(guān)組件，修伐遮擋太陽能光照的植物。因年久失修，防雷接地系統(tǒng)不同程度受損，本次修繕工作將重建糯扎渡、景洪2 個臺站的防雷地網(wǎng)；更換所有臺站的接地等電位板，修繕改造避雷塔、針、帶除銹、漆刷、防雷地網(wǎng)；重新安裝等電位聯(lián)結(jié)端子板；經(jīng)檢測、檢修、更換修復后，避雷器接地電阻均小于5 Ω。

2.3 觀測設備維修更換

在糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)修繕過程中，對原有地震專業(yè)設備（北京港震科技有限公司生產(chǎn)）其中10 臺EDAS-24IP3、5 臺EDAS-24GN3 地震數(shù)據(jù)采集器和15 臺FSS-3M短周期地震計、1 臺BBAS-2 加速度計進行檢驗、調(diào)試、修理、配套、率（標）定與安裝。在原有設備基礎上，優(yōu)化糯扎渡臺及忙糯臺專業(yè)設備，更換為GLS-60 寬頻帶地震計，加裝加速度計，以更好地提高庫區(qū)及周邊地震監(jiān)測能力。臺站地震觀測設備恢復重建統(tǒng)計見表1。

表1 臺站地震觀測設備恢復重建統(tǒng)計Table 1 Statistics of seismic observation equipment recovery and reconstruction at stations

2.4 臺站傳輸方式恢復重建

原糯扎渡、景洪臺網(wǎng)采用SDH 數(shù)據(jù)專線和數(shù)傳電臺混用的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。本次改造修繕對通信組網(wǎng)傳輸方式進行實地調(diào)查優(yōu)化，無線3G/4G 通信信號強度可滿足大部分臺站數(shù)據(jù)傳輸需求，僅有景洪臺網(wǎng)的勐往臺、糯扎渡臺網(wǎng)的倮練臺、忙糯臺、糯扎渡臺站通信信號強度小于10 dB，信號不穩(wěn)定，故4 個臺站采用數(shù)據(jù)專線及無線4G 雙通信模式，其余臺站優(yōu)化調(diào)整通信運營商，采用移動和電信無線信號強弱擇優(yōu)采用方案，以便更好地保障數(shù)據(jù)的實時傳輸及連續(xù)性（劉映德等，2012）。修繕改造后，2 個臺網(wǎng)所屬臺站單臺平均運行率均達95%以上，見表2。

表2 糯扎渡、景洪臺網(wǎng)2020 年1—9 月各個遙測臺運行率統(tǒng)計Table 2 The operation rate of each telemetry station of Nuozhadu and Jinghong Network from January to September 2020

3 修繕后微震監(jiān)測能力

糯扎渡、景洪水電站地震監(jiān)測臺網(wǎng)水庫影響區(qū)范圍分別是：（99.92°—100.39°E，23.09°—23.75°N）和（100.01°—100.75°E，22.45°—23.09°N），以及（100.45°—100.92°E，21.89°—22.45°N），速報區(qū)范圍見圖2 紫色框線區(qū)。

圖2 糯扎渡、景洪水電站地震監(jiān)測臺網(wǎng)速報區(qū)范圍Fig.2 Map of quick report area of Nuozhadu and Jinghong Dam Networks

按照相關(guān)要求，2 個水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)恢復重建后，應滿足：對于水庫影響區(qū)內(nèi)ML≥2.5 和工程壩址250 km 范圍內(nèi)ML≥5.0 地震事件，速報時間在12 min 內(nèi)；對于水庫影響區(qū)內(nèi)發(fā)生ML≥3.0、水庫監(jiān)測區(qū)內(nèi)發(fā)生ML≥4.0 地震或震群序列地震時，為業(yè)主提供地震活動性、趨勢判定、水庫地震定性意見以及可能對壩區(qū)影響程度的評估意見等（王翠芳等，2020）。

2020 年1 月1 日至12 月30 日，2 個臺網(wǎng)在其水庫影響區(qū)共記錄地震事件485 次，監(jiān)測區(qū)共計記錄地震事件1 072 次，統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3 2020 年監(jiān)測區(qū)及水庫影響區(qū)地震記錄統(tǒng)計Table 3 The number of earthquakes of each magnitude recorded in monitoring area and reservoir influence area in 2020

由表3 可知：①水庫監(jiān)測區(qū)記錄ML≤0.9 地 震335 次，1.0—1.9 級 地 震566 次，2.0—2.9 級地震152 次，3.0—3.9級地震16 次，4.0—4.9 級地震2 次；最大地震為2020 年7 月22 日云南瀾滄縣4.6級地震，震源深度約2 km；②水庫影響區(qū)記 錄 到ML≤0.9 地 震251 次，1.0—1.9級地震204 次，2.0—2.9 級地震30 次，3.0—3.9 級地震1 次，無4.0 級以上地震；最大地震為2020 年4 月3 日發(fā)生在云南景谷縣的3.4 級地震，地震震源深度約7 km。

修繕后繪制了2 個水庫監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測能力分布圖，結(jié)果見圖3，可見修繕改造后，糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測最小震級達0.3，可記錄到臨近庫岸區(qū)ML1.0以下大量微小地震，水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)整體監(jiān)測能力得到顯著提升。

圖3 糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)整體監(jiān)測能力Fig.3 Overall monitoring capability of the Nuozhadu and Jinghong Reservoir Seismic Monitoring Networks

4 結(jié)束語

瀾滄江中下游的糯扎渡、景洪水電站是實現(xiàn)國家水電資源優(yōu)化配置，全國聯(lián)網(wǎng)目標的骨干工程，是實施“西電東送”及“云電外送”戰(zhàn)略的基礎項目。按照防震減災相關(guān)法律法規(guī)要求，建設糯扎渡、景洪水庫地震專用臺網(wǎng)，對水庫地震監(jiān)測及周邊區(qū)域地震趨勢研判起到不可或缺的作用。受多種歷史原因影響，設備老舊失修，房屋圍墻破損倒塌，經(jīng)華能瀾滄江水電股份有限公司與云南省地震局共同努力，2019 年對糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)進行修繕，主要對破損房屋進行修繕，維修并更新老舊設備，重新優(yōu)化臺網(wǎng)布局及設備，加設3 臺寬頻帶地震計及加速度計，在恢復原臺網(wǎng)觀測的同時，觀測質(zhì)量得到進一步提高。修繕完成后，2 個水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)各臺站運行率均達95%以上，波形標定及數(shù)據(jù)質(zhì)量均達新建標準，庫區(qū)監(jiān)測能力得到顯著提高，可記錄臨近庫岸區(qū)ML1.0以下大量微小地震記錄，為深入研究糯扎渡、景洪水庫誘發(fā)地震特征以及成因機理，提供了豐富完整的數(shù)據(jù)資料，可為職能部門防災減災決策制定和部署提供依據(jù)。同時，糯扎渡、景洪水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)的修繕恢復，有效提高了庫區(qū)防震減災能力，為水電站的安全生產(chǎn)、庫區(qū)人民群眾的生產(chǎn)安全、生活穩(wěn)定提供了有力保障。