四川水库强震动监测台网建设的若干思考

孙 玮

(四川省地震局，四川 成都 610041)

四川水库强震动监测台网建设的若干思考

孙 玮

(四川省地震局，四川 成都 610041)

结合四川省水库强震动建设现状和发展趋势，综合近年来四川省水工建筑物强震动安全监测各项技术规范和规程，对水库强震动监测台网建设和运行管理提出了若干建议。

水库；强震动；安全监测

1 四川水库强震动监测现状

四川省地处青藏高原的东南侧，是中国多地震的地区(带)之一。四川省大江大河众多，大部分河流流经山区，山高坡陡，河道落差大，水能资源十分丰富。地震多发和水利资源丰富成为了四川省建设的水电站具有“高密度、高坝体、高库容、高烈度”的特点。水库大坝大部分处于地震断裂带和地震高烈度地区，境内地质构造错综复杂且地震活动较为强烈。

《中华人民共和国防震减灾法》《四川省防震减灾条例》和《水库地震监测管理办法》等法律法规要求，必须对大坝安全进行重点观测，以确保大坝工程的地震安全性。《水库地震监测管理办法》规定，水库地震监测台网应当包括测震台网、强震动监测设施和数据汇集处理中心。据四川省地震局统计，四川全省有28座大型水库电站应当建设专用地震监测台网，已建、在建的有15座。2014年底四川省地震局水库地震研究所已经建成四川水库地震台网中心，负责水库地震监测信息的管理与服务工作。目前该中心负责运行维护的水库强震动监测台阵仅有紫坪铺水库大坝一处。紫坪铺水库强震动监测台阵在2008年“5·12”汶川地震中获取了紫坪铺水库部分强震动观测数据，也是目前中国唯一一套遭遇强震且坝高超过150米的混凝土面板堆石坝的强震记录，这些强震动观测数据为震后大坝安全校验、结构分析等提供了宝贵的原始数据。也能够为震后研究人员利用主震及余震作为输入信号对大坝进行有限元分析，研究实测谱结果符合土石坝地震反应的一般规律。

2 水库强震动监测台阵设计

自2008年“5·12”汶川地震后，国家能源局和水利部相继修改或编制了《混凝土坝安全监测技术规范(SL601-2013)》《土石坝安全监测技术规范(SL551-2012)》《水工强震动安全监测技术规范(DL/T5416-2009)》和《水工强震动安全监测技术规范(SL486-2011)》等多个规范。上述规范对水工建筑物强震动台阵布置设计提出如下要点：(1)台阵设计应综合考虑工程设计烈度、工程等级、结构类型和地形地质条件。比如，土石坝结构反应台阵应布置在最高坝断面或地震条件较为复杂的坝断面；测点应布置在坝顶、坝坡变形部位、坝基和河谷自由场处，测点布置应以水平顺河方向为主。(2)监测系统布置方式要包括集中记录式和分布记录式。对于1级建筑物监测台阵不宜小于18通道，对于2级建筑物监测台阵不宜小于12通道。

中国地震局于2004年开始，通过建设数字地震观测网络项目、地震背景场等项目，在全国建设了上千个自由场地的观测台站和不同类型的结构观测台阵、场地效应观测台阵等强震动观测设施。目前，在水库大坝强震观测台阵上安装的中心记录式和分布记录式两类观测设备均有应用。如二滩水库大坝强震动观测台阵是典型的中心记录式，台阵将1台MCMS型64通道数据采集器与22个三分向或二分向加速度计通过多芯电缆相连，实现对大坝整体结构的地震动情况进行监测。而紫坪铺水库大坝强震动观测台阵则是典型的分布记录式，水库大坝结构安全台阵通过1台架设在2号测点的NCC中心控制器与安装在大坝的6台MR-2002强震仪进行连接，形成了对于大坝的整体地震动情况进行监测的台阵。近几年来，随着数字技术和网络通信技术的发展，强震动台阵观测设备逐渐向网络集成方向发展，如美国凯尼公司针对结构观测台阵推出了强震仪与安装有台阵运行管理软件和分析软件的计算机相结合的网络台阵观测系统，这些进步有效降低了台网安装难度,提高了台阵集成性并适当节约了建设经费。

3 水库强震动台阵建设及运行

水库强震动台阵建设的主要目的是获取强震动观测数据，对重要水工建筑进行地震安全监测和安全评估，采取合理措施以减少地震灾害造成的损失，并利用真实强震动数据验算水工建筑抗震设计的合理性。根据《四川省大型水库地震监测管理规定》(四川省人民政府令第187号)要求，水库专用地震监测台网和水库水工建筑物强震动监测设施的管理单位，应当将地震监测信息及时报送省地震工作主管部门。故四川省地震局水库地震台网肩负着向水库业主提供地震监测信息和全省水库地震管理的双重责任。综合水利部发布的水工建筑物地震安全监测规范和中国地震局发布的《强震动观测规程(JSGC-03)》，在水库地震台网建设及运行过程中，应注意以下几点。

(1)注意场地脉动基础数据收集和利用。根据《水工强震动安全监测技术规范(SL486-2011)》规定，水工强震动安全监测系统正常运行后，应进行场地脉动和水工建筑物脉动反应测试，并进行计算分析，以便选择和确定强震动加速度计的触发方式和阈值,并确定场地和水工建筑物的自振周期。《强震动观测规程(JSGC-03)》规定,在强震动台站建设前,应进行场地勘选和测试。因此，通过收集原有工程场地脉动数据和大坝建成后不同时期各测点的脉动数据，并对其进行分析比对，可积累水工建筑物结构安全设计数据，并对建筑物进行健康诊断分析。

(2)针对不同观测峰值数据分别进行数据处理。《强震动观测规程(JSGC-03)》规定，在4级以上地震或峰值加速度大于等于0.01 g时，应将强震动观测数据传输至中国地震局，6级以上地震应在2个月内编辑强震动记录专辑。《水工强震动安全监测技术规范(SL486-2011)》提出了更加细致的规定：1)在地面加速度记录大于0.002 g时，应读取各通道加速度最大值，并备份原始记录；2)在场地加速度峰值大于等于0.025 g时，应分析地震时间、各通道记录最大加速度值、各通道记录长度；3)混凝土大坝可按基础最大值0.05 g作为安全检测值，土工建筑可按基础最大加速度0.025 g作为安全监测警示值；4)场地加速度值大于0.025 g时，应进行加速度记录校正、计算位移和速度、分析反应谱及傅立叶谱。

(3)规范数据处理格式更为明确。为方便数据交换和利用，《强震动观测规程(JSGC-03)》还规定应对强震动数据格式进行规范。各类数据文件应包含必要关键信息。例如，不同厂家强震仪原始数据应按要求完善数据内容，规范格式，以便形成符合台网要求的原始数据记录。为满足校正加速度记录数据格式要求，在文件头段应包含记录编号、地震编号、地震时间、地震名称、地震震中位置、地震三要素、台站信息、仪器信息、数据信息等关键信息。故在水库强震台阵数据计算和整理时应按规范整理数据，方便观测数据交换和利用。

(4)合理使用强震动记录计算地震三要素。在计算水工结构反应时，要将校正后的强震动加速度记录通过积分、去除趋势项及滤波后的数据进行计算，求出各类反应谱。近几年在水库地震监测台网建设中，为克服测震设备近场地震限幅这一现象，通常会使用强震动记录数据进行积分后形成速度量，用其数据进行地震三要素的进一步计算。在进行此项工作时应注意利用强震动记录中的预存储数据(此为强震仪设计特点)进行分析，以去除仪器干扰和场地干扰，从而获得合适的测震分析结果。

4 结论

四川省水利资源丰富，水电开发潜力巨大。近几年水电开发逐渐向四川省几条主要河流的上游推进，工程建设场地多处于高山峡谷地区，水库淹没范围小、移民代价低。水能资源的开发宜修建高坝水库，而这些水库却又处在地震活动最显著的地区。目前国内外对高坝抗震安全有较高的重视，但因缺乏完整合格的水库大坝地震动观测数据，故在此类水工结构抗震设计中尚有许多亟待解决的难题。近几年四川省水库地震安全执法检查力度不断加强，2014年底四川省与中国地震局签订的《局省合作协议》中明确提出建设“水库诱发地震实验室”。为适应这一工作目标要求，还要切实推进水库地震监测工作，以提高水库地震监测数据服务于社会的能力，以水库强震动安全观测作为探索台网数据综合利用的关键环节，尽早开展此项工作，夯实分析研究的基础。

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

孙 玮(1975-)，男，内蒙古包头市人，工程师.

P315.4

B

1001-8115(2015)03-0018-03

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.005