支持汶川地震灾后早期恢复与灾害风险管理方案之

1支持汶川地震灾后早期恢复与灾害风险管理方案之加强水电安全项目课题研究任务书一、背景2008年5月12日在四川省汶川县境内发生8级特大地震，震中烈度达10度以上。汶川地震灾区位于我国南北地震带，地质构造复杂，地质结构不稳，坡陡、沟深、多峡谷。此次大地震，同样也给四川地震区及波及区的重庆等地水利工程造成不同程度的震害，尤其是造成众多水库出现险情。地震区穿过岷江，岷江上的各类水工建筑物，如都江堰枢纽工程、映秀湾水电站、渔子溪水电站、紫坪铺水库、图龙水库等，均经受强烈地震的考验。地震是一种严重的自然灾害,世界各国主要从以下三方面来减轻地震灾害：控制地震、地震预报、抗震防灾。抗震防灾的首要问题就是确定地震时地面运动（即地震动）的强烈程度。由于地震动参数的确定不仅涉及工程抗震领域，还与地震学、地质学、防灾和环境等多学科有关，是一个跨学科、跨领域的前沿课题，目前地震动参数的研究相对于结构分析来说较为薄弱，是目前国内外尚未得到很好解决的问题，造成了所谓精确的结构分析方法和粗略的设计地震动输入之间的矛盾。因此，将地震动输入建立在更可靠的经验和理论上是目前地震工程面临的极为重要的任务。沙牌大坝经受了512汶川8级地震，超过设防地震烈度的地震考验。从外观和静力监测数据分析，大坝没有遭受破坏。分析和研究沙牌大坝的抗震潜能，对拱坝的抗震性能的了解，指导今后的拱坝设计具有重要的工程意义。武都水库工程区位于龙门山褶断带前山构造带的北段，库尾附近、库首段分别有龙门山主中央断裂和前山断裂通过。由于武都重力坝是位于汶川地震震区的高于100m的在建大坝，对大坝进行全面、深入的抗震计算分析和抗震安全评价具有十分重要的现实意义。世界各国历来都十分重视紧抓大地震后的调研总结工作，并在此基础上对规范及时进行修订或编制。汶川大地震是中华人民共和国建国以来震害最为严重的强烈地震，大量水库大坝经受了不同程度的震害，需要对震害实例进行详尽深入的调研、认真地分析总结其经验教训，并在此基础上，结合近期国内外在水工抗震方面取得的显著科研进展，进行《水工建筑物强震安全监测技术规范》的编制。四川汶川大地震，给人民生命财产造成了巨大经济损失，也给生态环境带来了重大损失。本次地震诱发的严重的山体滑坡、泥石流摧毁民居、道路，堵塞河道，造成了严重的地质灾害。汶川大地震发生已将近一周年了，灾后恢复重建工作也已经全面开展，但目前对地震对灾区生态环境影响的研究还不够深入，对水电工程抗震应急管理时所采用的环境保护措施以及获得的经验和教训还没有进行系统总结，因此，急需在这些方面开展研究工作，为加强水电安全的灾后恢复重建提供科学依据。2二、目标《加强水电安全项目》的目标是：通过对汶川地震灾区的各种水利水电设施开展针对性的调研、试验、分析以及标准制定，提高中国地震灾害地区的水利水电设施的抗震安全水平；加强政府部门间在水利水电抗震安全方面的协调；促进国际间在相关领域的交流与合作。三、关键活动本项目将充分利用水利部相关部门的资源，结合项目目标，开展以下的活动：1)国内外资料调查和分析2)相关水行政主管部门访问3)调研方案制定4)汶川地震灾区资料收集5)对汶川地震的发震构造进行现场调查并在此基础上，邀请国内、外抗震专家，通过调查、分析与比较研究，形成专题报告6)进行数值仿真研究7)开展试验研究8)编写分析报告9)进行研究成果讨论及验收工作10)通过适当的方式，扩散调研成果及政策建议11)组织培训、学习考察等活动，加强能力建设四、项目内容本项目由水工建筑物地震动参数的选取研究；沙牌拱坝抗震性能计算分析；沙牌拱坝现场试验研究；武都碾压混凝土重力坝抗震分析与安全评价；武都重力坝三维有限元分析及抗震措施研究；水工建筑物强震监测规范编制；抗震应急管理与环境保护措施研究七个子项目组成，各子项目研究内容如下：1.水工建筑物地震动参数的选取研究近场地震动参数衰减规律的研究；EPA和强震持时定义及相应的衰减关系，持时的地震危险性分析方法，以EPA为参数、考虑持时、结构特性影响的设定地震方法的研究；地震动三要素的随空间坐标变化的统计规律和地震动分量间的相干特性研究；考虑地震动空间变化性和相干性的多点地震动时程的合成方法的研究。2.沙牌拱坝抗震性能计算分析512汶川地震时沙牌的地震动参数研究：由于512汶川地震时，沙牌大坝没有强震监测系统的设置，因此沙牌大坝在地震时的加速度峰值输入要根据收集的汶川地震资料，地面衰减规律等进行确定。沙牌大坝抗震性能分析：建立沙牌大坝考虑大坝—库水—地基相互作用的三维有限元模型，通过加大地震荷载，研究大坝的抗震潜能，分析大坝在汶川地震时的表现，研究1303米级拱坝的抗震性能。3.沙牌拱坝现场试验研究利用水科院新近从美国进口的强震监测设备，对沙牌大坝进行现场动力特性试验，通过试验可以为以后的动力有限元分析校正材料参数、库水作用效应、坝基地震动不均匀输入等许多复杂的计算边界条件和材料参数等，尽量减少计算中的不确定因素。通过动力试验的损伤诊断分析，动力特性研究，了解大坝是否遭受了内部损伤。4.武都碾压混凝土重力坝抗震分析与安全评价考虑水平向和竖向地震同时作用，按设计地震时的地震峰值加速度代表值，设计反应谱取《水工建筑物抗震设计规范》规定的标准反应谱或地震危险性评价得到的设防标准，求得坝体的自振特性和动态反应。分别选取挡水坝段中的最高坝段，按照《水工建筑物抗震设计规范》的规定和要求进行研究工作,将坝体静态反应和动态反应作最不利组合得到坝体综合反应，并据此进行坝体关键部位的抗震强度安全评价、坝沿建基面的抗滑稳定安全评价。5.武都重力坝三维有限元分析及抗震措施研究对武都重力坝进行13#（厂房坝段）、18#（泄洪坝段）、19#（高挡水坝段）进行三维动力分析，网格划分要满足精度要求。在此基础上研究坝体强度及稳定性，提出因地震动参数提高需采取的工程抗震措施。依据计算结果提供应力结果及应力集中部位的应力分布、应力扩散情况，并提供应力集中部位的配筋建议。6.水工建筑物强震监测规范编制以汶川大地震震害实例为基础，并结合近期国内外在水工抗震方面取得的显著科研进展，进行《水工建筑物强震安全监测技术规范》的编制。规范主要由前言、1范围、2规范性引用文件、3总则、4术语和定义、5监测台阵布置、6监测系统组成与技术要求、7监测系统的测试、安装与验收、8监测系统的管理与维护、9加速度记录的处理分析，以及附录部分构成。7.抗震应急管理与环境保护措施研究（1）灾区水电工程应急措施和环境应急管理措施调研开展自然灾害中与水电工程有关的环境应急管理措施的国内调研；开展自然灾害中与水电工程有关的环境应急管理措施的国际调研；对地震期间紫平铺、沙牌等大型工程的抗震救灾应急措施和环境保护应急管理措施进行调研：通过实地考察和灾情报告，收集地震灾害中典型水电工程应急措施；调研地震灾区与水电工程有关的环境应急管理措施；（2）总结汶川大地震中与水电工程有关的环境保护应急管理方面的管理经验和教训（3）为相关活动提供一系列的培训、研讨会和媒体宣传通过公众参与、媒体、研讨会进行宣传，以便宣传、推广与水电工程有关的环境应急管理经验。五、项目预期产出1、理论价值:分析沙牌拱坝的抗震性能，对于指导今后的拱坝设计具有重要的工程意义，同时对沙牌4大坝进行现场动力特性试验，通过试验可以为以后的动力有限元分析校正材料参数、库水作用效应、坝基地震动不均匀输入等许多复杂的计算边界条件和材料参数等，能够有效减少计算中的不确定因素。武都碾压混凝土重力坝抗震分析与安全评价能够为结构工程抗震措施研究提供分析手段，并为灾后重建提供坚实的科技支撑。汶川大地震是中华人民共和国建国以来震害最为严重的强烈地震，大量水库大坝经受了不同程度的震害，需要对震害实例进行详尽深入的调研、认真地分析总结其经验教训，并在此基础上，结合近期国内外在水工抗震方面取得的显著科研进展，开展《水工建筑物强震动监测规范》的编制工作，将对我国水工建筑物建设的抗震安全和水工抗震学科发展起保障和推动作用。2、预期成果:各子项目预期产出如下：1.水工建筑物地震动参数衰减关系的选择方法，区分近、远震的地震动衰减规律；2.沙牌拱坝抗震性能研究报告，并为后续位于强震区的300m级小湾高拱坝在最大可信地震作用下的抗震安全分析提供技术支撑；3.沙牌拱坝现场研究报告；4.武都碾压混凝土重力坝抗震安全分析报告；5.武都碾压混凝土重力坝抗震安全分析及抗震措施研究报告，并为后续的举世瞩目的三峡重力坝在超设计地震作用下的抗震措施研究提供分析手段；6.完成《水工建筑物强震监测规范》的征求意见稿，并为后续的《水工建筑物抗震设计规范》的修编提供技术资料；7.提交《抗震应急管理与环境保护措施经验与教训总结报告》，覆盖本项目的方法、实施过程和主要成果。报告语言为中文，附有英文摘要，将同时提交印刷版和电子版；组织一次项目研讨会，评价和推广项目成果，同时展望未来工作（如培训计划等）。3、应用前景：武都水库位是涪江流域规划确定的以防洪、灌溉为主，结合发电，兼顾城乡工业生活及环境供水等综合利用的大型水利工程，控灌4市10县(市区)的228万亩农田，直接受益人口500多万。武都水库工程建成后，在防洪方面，可将绵阳市防洪标准由现状的50年提高到100年，将三台县以上农村防洪标准提高到10-20年；在灌溉方面，能够惠及500万灌区人民；在发电方面，装机容量150MW，装机利用时数4064h，多年平均发电量6.1亿KW·h。因此，重力坝、拱坝抗震分析与安全评价具有十分重要的经济效益、社会效益，同时对于保障人民生命财产安全起到重大的保障作用，是水利民生工程的良好支撑。六、研究进度要求（1）第一阶段2009年5月至2009年7月课题的调研、收集、分析国内外相关资料，制定实施方案；（2）第二阶段2009年7月至2009年10月5开展相应的试验研究、计算分析、规范编制等工作，编写报告初稿；（3）第三阶段2009年11月终审定稿并提交报告；（4）第四阶段2009年12月进行研究成果讨论并验收工作。七、经费预算（美元）本课题研究经费来自UNDP挪威政府无偿资助。项目的经费概算如下表。在签订研究合同后，研究经费将以美元为计价单位，按照合同付款条款，以付款之日的联合国系统美元人民币汇率将美元折算成人民币支付。承担单位或个人有义务按照国家有关联合国项目管理规定和国家财税法律法规提供正规票据并依法纳税。子项目分包经费如下表所示：子项目名称分包经费金额1.水工建筑物地震动参数的选取研究68,0002.沙牌拱坝抗震性能计算分析88,0003.沙牌拱坝现场试验研究50,0004.武都碾压混凝土重力坝抗震分析与安全评价75,0005.武都碾压混凝土重力坝三维有限元分析及抗震措施研究65,0006.水工建筑物强震监测规范编制82,0007.抗震应急管理与环境保护措施60,000合计488,000