山体滑坡使喜马拉雅水电大坝“毁于一旦”

喜马拉雅山的水电站

照片来源:皮特·麦克布莱德/盖蒂

2015年4月初，德国波茨坦大学的地质学家沃尔夫冈·施万哈特惊讶地发现，许多水电站建在陡峭的喜马拉雅山上，“它们看起来非常不稳定”。

两周之后，一场毁灭性的地震袭击了尼泊尔，夺去了近9000人的生命，摧毁了沃尔夫冈·施万哈特看到的31个水电项目。

沃尔夫冈·施万哈特的团队通过分析相关数据发现，喜马拉雅山的大多数水电项目不是被地震摧毁的，而是被地震引发的山体滑坡摧毁的。相关研究结果发表在最近的《地球物理研究快报》上。

地震后的滑坡不可低估。

喜马拉雅山位于板块边界的碰撞型地震构造带上。因此，喜玛拉雅山的水电项目在设计和施工时将按照抗震规范进行施工。

中国水利水电科学研究院减灾研究所原总工程师黄在接受《中国科学日报》采访时表示，地震造成的地基液化和山体破坏等环境条件的变化，可能会使库区山体松动，导致山体滑坡和地基晃动，这可能会产生水电站大坝设计中没有考虑到的影响。

滑坡是指在河流侵蚀、地震等因素的影响下，土层或岩层整体或分散滑下斜坡的现象。

中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员苏立军表示，地震后的山体滑坡是由山体破坏造成的。山体被破坏后，可能立即形成滑坡，或者山体可能被地震破坏，出现裂缝、内部损坏等。滑坡可能在地震后几天甚至几十年发生，由其他条件引发。

因此，地震引发的滑坡通常分为两种类型。一种是同震滑坡，它几乎与地震同时发生或在短时间内发生。另一种是地震后的次生滑坡，发生在几天后。

“由于地震后的次生滑坡具有很强的隐蔽性和不确定性，这种突发性滑坡一旦发生将会造成严重的危害。例如，据推测，2010年巴基斯坦的阿塔巴德滑坡与2005年克什米尔地震有关。”苏立君说道。

滑坡严重威胁大坝

那么，地震诱发的滑坡会对水电站大坝产生什么影响呢？

苏立军说，一方面，水电站的大坝有赖于边坡的支撑。如果边坡发生变形，将直接影响坝体的安全和稳定。另一方面，进入库区的滑坡碎屑将“激发”水库中的水，水库中的水将翻坝形成涌浪，这将在短时间内给下游带来很大的危害。"从这两个方面来看，山体滑坡将对水电站造成严重破坏."

喜马拉雅山是全球水电开发的热点。为了强调地震诱发滑坡对喜马拉雅地区水电开发的风险，沃尔夫冈·施万哈特团队仔细分析了受损水电站的报告。他们发现，河岸的陡峭程度似乎是地震区损害严重程度的一个很好的指标，地震区的地面震动不是很强。

后来，研究人员开发了一个模型，将喜马拉雅山的河流陡度叠加在2015年地震的地面运动强度图上。结果表明，地面振动和河流陡度的共同作用对水电站造成了最严重的破坏。

英国谢菲尔德大学的地质学家戴夫·佩特利(Dave Petley)表示，这项研究显示了一种相对简单的方法来确定地震引发的山体滑坡是否对水电项目构成重大威胁。

该模型评估大坝是否建成。

这些水电站的建设符合抗震设计标准。沃尔夫冈·施万哈特说:“他们在地震中幸存了下来，但后来被山体的残骸摧毁了。”对此，沃尔夫冈·施万哈特表示，迫切需要重新评估喜马拉雅山的水电开发。

研究小组将该模型应用于印度、尼泊尔和不丹喜马拉雅地区的273个水电项目，并提供了相关数据。其中一些项目正在运行，一些正在建设，一些正在规划和设计。结果显示，四分之一的项目可能面临地震引发的山体滑坡造成的严重破坏。

苏立军表示，本次研究设计的评估模型是基于喜马拉雅地区的具体区域范围，并结合实际水电项目形成定量风险评估。结合该模型的评价结果，相关水电工程可以在设计和施工中采取相应的对策，预防地震后滑坡带来的风险。

然而，尽管地震引起的滑坡会造成人员伤亡等重大损失，但在确定这些水电项目的建设地址时，这方面的问题很少得到完全解决。

在亚洲和南美洲等其他地方的高山地区，与水力发电有关的项目正在不断发展。像戴夫·皮特里这样的科学家因为对山体滑坡缺乏了解，晚上睡不着觉。他担心1963年瓦永大滑坡会重演。当时，在这场灾难中，山体滑坡引发了5000万立方米的巨浪，造成近2000人死亡，并摧毁了下游的一些村镇。

戴夫·派特利说:“有太多的大坝将面临滑坡。迟早，我们会遭遇另一场灾难。”

荷兰环境评估机构的计算机建模师大卫·格纳特说，沃尔夫冈·施万哈特团队设计的模型可以帮助开发商更准确地评估水电站候选选址的风险。

去年，大卫·格纳特报道说，亚太地区近40%的水力发电成本低廉。然而，这些分析只考虑了地震对水电站的风险，而没有考虑滑坡的风险。大卫·格纳特说:“这意味着我们高估了该地区的水电潜力，低估了成本。”因此，他计划在未来的评估中包括山体滑坡的风险。

金池认为，该评价模型是在一定条件下计算出来的，但实际情况会不断变化，这可能会导致评价结果的变化。此外，如果水电站大坝建设的效益和风险比例适当，也可以考虑建设。

DOI: 10.1038/d41586-018-06212-8