《山体滑坡》三年前尼泊尔地震摧毁31座大坝

2015年4月初,德国波茨坦大学地质学家Wolfgang Schwanghart第一次去尼泊尔时,惊讶地发现水力发电站建在陡峭的喜马拉雅山脉上,“它们看起来很不稳定”。

两周后,尼泊尔发生了一场毁灭性的地震,造成近9000人死亡,Schwanghart看到的31个水电工程项目也被摧毁。

Schwanghart团队通过相关数据发现,喜马拉雅山脉的大部分水电工程并不是毁于地震,而是毁于地震引发的山体滑坡。相关研究发表于近期《地球物理研究快报》。

喜马拉雅山脉处于板块边界碰撞型地震构造带上,因此,喜马拉雅山区的水电工程在设计时,都会防震规范建设。

中国水利水电科学研究院减灾所原总工程师黄金池告诉《中国科学报》记者,由地震引发的地基液化、山体破损等环境条件的变化,使库区的山体松动,产生滑坡、地基动摇等情况,可能对水电大坝产生中未考虑到的影响。

山体滑坡是山坡在河流冲刷、地震等因素影响下,土层或岩层整体或分散地沿斜坡向下滑动的现象。

中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员苏立君介绍,地震后的滑坡是由于地震造成了山体损伤。山体遭到破坏后,可能形成滑坡,也可能山体震损,出现、内部损伤等情况,在震后几天甚至几十年后,在其他条件触发下出现滑坡。

因此,地震引发的山体滑坡通常分为两类:一类是同震滑坡,与地震几乎同时或较短时间内发生;另一类是震后次生滑坡,在地震发生的几天至以后。

“由于震后次生滑坡具有较强的隐蔽性和不确定性,这种突发性滑坡一旦发生,会造成严重的危害。比如,据推测,2010年发生的巴基斯坦阿塔巴德滑坡,与2005年克什米尔地震有关。”苏立君说。

那么,地震引发的山体滑坡会对水力发电大坝产生什么影响呢?

苏立君表示,一方面,水电站的大坝依靠坡体支撑,如果坡体发生变形,会直接影响坝体的安全性;另一方面,山体滑坡的碎屑物进入库区,会把水库中的水“激”出来,水库中的水翻坝形成涌浪,短时间内的巨大水量给下游带来极大危害。“从这两方面考虑,山体滑坡会对水电站造成严重。”

喜马拉雅山脉是水电资源开发的全球热点。为强调地震引发的山体滑坡对喜马拉雅地区水力发电开发的风险,Schwanghart团队仔细了受损水力发电站的报告。他们发现,在地震中地面不是很强烈的地方,河岸的陡峭似乎是震区破坏程度的一个很好的指标。

随后,研究人员开发了一个模型,将喜马拉雅山脉的河流陡峭,叠加在2015年地震的地面强度图上。结果,地面和河流陡度的共同对水力发电站造成了最严重的破坏。

英国谢菲尔德大学地质学家Dave Petley表示,该研究了一种相对简单的方法,以确定地震引发的山体滑坡是否对水力发电项目构成威胁。

这些水力发电站的建造抗震设计,Schwanghart说:“它们在地震中活下来了,却被后来山体的残骸摧毁了。”对此,Schwanghart表示,重新评估喜马拉雅地区的水电开发,迫在眉睫。

研究团队将该模型于印度、尼泊尔和不丹喜马拉雅地区的273个有相关数据的水力发电项目,这些项目有的正在运行,有的处于建设中,也有的正在规划。结果,其中1/4的项目会面临地震引发的山体滑坡造成的严重。

苏立君表示,此研究的评估模型基于喜马拉雅山脉特定的区域范围,与实际水电工程项目,形成了定量的风险评估。结合该模型评估的结果,相关水电工程在设计和建设中,可以通过采取措施,防范震后山体滑坡带来的风险。

然而,尽管地震引发的山体滑坡会造成人员伤亡等重大,但在决定这些水电项目的地址时,此方面的问题却很少能够得到解决。

亚洲和南美等其他地方的高山地区正在不断水力发电的相关工程项目。由于对山体滑坡缺乏,Petley等科学家夜不能寐。他担心1963年发生大利的瓦伊昂滑坡事件会重演。在这场灾难中,山体滑坡造成了5000万立方米的巨潮,近2000人死亡,下游的一些和城镇被摧毁。

Petley说:“有太多的大坝会面临山体滑坡问题,迟早我们还会遭遇另一场大灾难。”

荷兰环境评估局计算机建模员David Gernaat表示,Schwanghart团队设计的模型,能够开发人员更准确地评估水力发电站候选的风险。

去年,Gernaat报告称,亚太地区有近40%的水力发电可以实现低成本发电。但是,这些分析只考虑了地震对水力发电站的风险,并没有考虑山体滑坡的风险。

Gernaat说:“这意味着,我们高估了该地区的水力发电潜力,低估了成本。”因此,他计划在未来的评估工作中,将山体滑坡的风险纳入其中。

黄金池认为,此评估模型是在一定背景下进行的计算,然而条件会不断,这可能评估的结果改变。此外,如果水电大坝的效益与风险成合适的比例,或许也可考虑建设。

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