关键词：地震动参数；工程地震；地震安全性；国内外差异
摘 要：国外水利水电工程设计中地震动参数（地震加速度）同样是很重要的资料，其取值的方法和原则与中国内地有很大的不同。中国内地规定用概率方法，而国外多方法并用；取值上国外标准高于中国内地标准；工程的风险性因素考虑时，国外也比中国内地更为细化。

建筑工程的地震安全性是任何国家的任何建筑物设计时必须考虑的问题。特别是水利水电工程由于要建坝蓄水，一旦受地震而溃坝，库水凶猛下泄会引起严重的灾害，因而各国的库坝工程对地震安全都是倍加重视的。而工程抗震设计的要点无一例外都是选择合适的地震加速度和适合工程场地的地震反应谱。笔者近年有机会接触到几个国外水利水电工程，发现在对地震动参数的选择上各不相同，与中国现行规范方法有较大的差别。究其原因，与各国的地震地质、工程地震科技水平、国家经济水平、国家技术管理体制等方面有关系。以下就几个工程实例作一介绍和评述，以期有助于中国的水利水电工程设计工作者了解情况。
1中国内地外地震研究机构的差异
众所周知，中国内地地震地质、工程地震、地震监测预报、震后地震调查、震中位置厘定、震级确定、等震线圈定等一系列工作都是由国家地震局下属的各研究机构和省属地震局进行的。全国性的地震区划、工程地震研究，也都由上述部门承担。这些地震研究机构和省级地震局，均持有国家地震局颁发的甲级资质证书，其成果均需经国家地震局领导的“国家地震安全性评价委员会”这一权威机构评审认定，否则无法律效力。而全国其它各个行业从事工程设计的设计院（公司）、咨询公司（事务所）均无此资质，不能进行建筑场地的地震安全性评价和确定地震动参数。
国外情况则不相同。大部分国家除全国性的地震区划、地震监测预报、震后调查等工作由地震部门负责外，工程场地的工程地震研究则由国际、国内合法注册的工程咨询公司承担。而这些咨询公司的工程地震研究成果也不需要报请地震部门批准，只需连同工程方案设计、地质勘察等文件一起报该工程项目的审批部门审批即可。似乎比中国内地简单和宽松了许多。如此做法的缺陷也是显而易见：其一，由于地震地质条件的复杂性、地震评价方法的不确定性和无确切规律性，地震评价方法的不一致性、不同咨询公司水平的差异性和工作过程中规范不统一性，往往导致最终成果的可靠性较差；其二，没有权威机构对成果的认定，往往会造成做成啥是啥的结果；其三，地震科技水平欠发达的国家和地区，由于历史地震资料缺乏、地震监测台网稀疏、实际地震过程记录不足，往往导致研究者大量套用其它国家和地区学者的地震研究成果，造成本工程场址的地震动参数不符合该场址的地震地质条件。
相比较，中国已经有50多年的实践和积累，除缺陷外，也是有明显的优势：一是由国家地震局下属专业机构进行工程地震研究，研究深度和广度上有较高的保证；二是全国地震部门可做到资料共享，就有了充分可靠、详实的基础资料保证；三是有一个由两院院士和资深地震地质、工程抗震、工程力学等专业科研和工程人员组成的国家权威性“地震安全性评价委员会”（原国家地震烈度评定委员会）对各有资质单位的成果进行评审把关，有了成果的可靠性保证；四是中国有不同层次的规范，使得工程地震研究、地震动参数取舍、抗震设计原则等均有章可依。如国家标准《工程场地地震安全性评价技术规范》（GB17741-1999）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），行业标准《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000）等。而国外，特别是欠发达地区往往无此相关规范或不全面。
2地震研究成果名称和内容的差异
1999年以前，中国各类大型水利水电工程地震研究的成果均冠名为“场地地震基本烈度复核和地震危险性分析”，1999年以后，按新的国标GB17741-1999，统一定名为“场地地震安全性评价”。相应的，原国家地震局“地震烈度评定委员会”也更名为“地震安全性评价委员会”。这一表面名称的改变，实际则意味着过去简单且侧重的地震烈度研究深化和上升到了包括烈度的更全面综合的安全性评价，成果更丰富、具体和全面。而国外咨询公司完成的工程地震研究则名称各异，例如由伊朗德黑兰MAHAB GHODSS 工程咨询公司和瑞士MOTOR COLUMBUS咨询公司联合完成的伊朗塔里干大坝的工程地震研究成果为“塔里干坝址地震灾害评价”（Earthquake Hazard Evaluation of TALEGHAN Dam Site）。德国拉玛雅（Lahmeyer）工程咨询公司为马来西亚巴贡（Bakun）水电站工程（混凝土面板堆石坝高205 m，装机2400 MW，库容440×10⁸m³）所做地震研究成果只是设计文件地质报告中的一章，名称即为“工程地震”。其它如尼泊尔、苏丹等国的一些水坝工程的地震研究也都是作为地质报告中的一章出现。
名称上的差异不是事物的本质，但可见不同国家对此问题的不同认识和不同重视程度。而国内外工程地震研究内容、深度、依据资料方面差异很大。内容上，国外成果主要反映了3个方面：即地质构造、地震动参数和地震灾害（滑坡、崩塌、地面变形和砂土液化等）；中国内地成果则侧重区域构造背景及岩石圈动力学研究，地震区带划分及历史地震和未来地震趋势预测研究、潜在震源和地震危险性（地震动参数）研究、区域构造稳定性或地壳稳定性研究。深度上，国外对地震地质构造大多只进行地质地貌、断错岩层时代、历史地震的研究；中国内地除此外，尚需进行断裂活动演化历史、活动性测年、监测或推算年活动速率等的研究。确定地震动参数时，国外可以用不同方法，地震资料丰富时，用概率方法，资料少时，用确定性方法（中国内地称构造法）。国内均使用概率方法，但国内外的概率法本身的差别也很大。中国内地概率法中要建立地震时空分布函数、计算年超越概率、进行地震重现期计算、利用大量地震记录资料、等震线分布资料进行烈度和加速度衰减计算，建立适合本场址的衰减公式等。国外成果则相对简单，衰减公式往往只借用某一学者的公式，或用几个公式对比使用。年超越概率、地震时空分布等资料在国外成果中并不多见。依据资料上，国外发展中国家和欠发达国家受经济和技术条件的制约，地震监测台网的分布、实际地震记录资料都是欠缺的。而西方发达国家的咨询公司和学者在不发达地区进行工程地震研究时，面对这种资料的缺乏也是无能为力的，只好用简单的确定性方法、按可能发震断层的长度取一定比例的该断裂破裂长度，用某学者的震级～断裂破裂长度关系确定最大震级。再用此震级，根据此断裂距场址的距离，仍选某学者的加速度～距离衰减公式确定场址的加速度。用此方法，对场址周边各断裂做一遍，选其最大的值，即为该场址的“最大可信地震”（MCE Maximum credible Earthquake），此MCE值即是大坝抗震设计加速度选值的基础。中国内地概率法研究地震动参数时，一般都有300　km或更大范围内数十次中强震和大量微地震观测资料，特别是近代大于6.5级以上强震国家地震部门都做过详细的震后地震地质调查，有丰富的地震基本参数（a、b值等）、等震线分布、震中与构造关系等资料。因此，考察国外一个工程地震研究成果的可靠性，不能看此成果是谁做的，而应看其所依据的资料是否充分。中国内地外几个典型地震动参数曲线图如图1、图2、图3所示。

3国内外水坝工程的风险性定性
这里的风险性是指由于地震和场址区活动性断裂造成的大坝灾害性风险。国内水利水电工程没有明细的划分方案和标准，行业规范和国标仅对场址做了有利地段、不利地段和危险地段3个层次的划分（表1），且均为定性描述性词语。而国外水坝工程大多按国际大坝委员会（ICOLD）制定的标准（表2）进行定量灾害等级划分。除此外，国外工程尚需根据库容、坝高、需要撤离人数、潜在下游损失4个方面进行工程潜在风险评价，定量标准也是由国际大坝委员会推荐的（表3）。按表3标准给分值后，计总风险因素，按分值分为低、中、高、极高4个风险等级（表4）。马来西亚巴贡工程就是按此方法确定该工程为地震灾害低～中等，但风险性上属极高风险类工程。很显然，按ICOLD的方法，工程灾害定量标准都是明细确切的，操作性很强。而中国在这方面则不很清楚、可操作性差、易引起不同理解。

4国内外水坝工程抗震设计地震动参数取值的差异
中国内地经过50多年的地震地质系统研究和全国性地震监测台网的现代地震监测，通过细化地震区划、未来地震趋势预测，已在第二代（1990年版）全国地震基本烈度区划图的基础上，在2001年颁布了全国地震动参数区划图（加速度和特征周期图），明确废止以往的地震烈度区划图。规定凡抗震设计标准在50年超越概率10％以内的所有工程均可在此图上按标示的加速度和反应谱特征周期值进行抗震设计。这在国际上也是通行的做法，许多发达国家都已做到了这一点。
对于水坝工程，按其工程等级和坝高、库容等指标，国家规范（GB50287-99）明确规定“坝高大于200 m或库容大于10×10⁹ m³ 的大（Ⅰ）型工程或地震基本烈度为7度以上地区的坝高大于150 m的大（Ⅰ）型工程，应进行专门的地震危险性分析”，“其它大型工程可按现行《中国地震区划图》确定地震基本烈度。对地震基本烈度为7度及以上地区的坝高为100～150 m的工程，当历史地震资料较少时，应进行地震基本烈度复核”。这样就确定了哪些工程必须进行地震安全性评价（即基本烈度复核和地震危险性分析），哪些工程只需按地震区划图设计，前提是明确的，条件是具备的。而大多数发展中国家和欠发达国家均无此全国性地震区划图，也无此相应的国家和行业规范。
有了地震安全性评价的成果后，取什么水平的设计加速度值，中国行业规范（DL5073-2000）也做了明确规定：凡按国家标准做了地震安全性评价的工程，“其设计地震加速度代表值的概率水准，对壅水建筑物应取基准期100年内超越概率P₁₀₀为0.02，对非壅水建筑物应取基准期50年内超越概率P₅₀为0.05”。即大坝需按相当5 000年一遇地震设计，其它建筑物按1 000年一遇地震设计。这就表明，地震安全性评价的方法必须是概率法，取值的原则和标准也是明确的。中国的高坝大库工程都是按此设计的，而国外工程则纷杂多样。举例如下。
（1） 伊朗塔里干水库工程
该工程坝高103 m（心墙砂砾石坝）、库容4.2×10⁸ m³ 。前期由伊朗公司和瑞士公司联合进行了地震灾害评价，用确定性方法和概率方法研究地震加速度，但2方法结果值差异较大（见图1,表4）。确定性方法提出了2个主要的成果值，一是最大可信地震（MCE）为0.38 g，相当于7 500年一遇地震；另一个是设计基本地震DBE（Design basic earthquake）为0.28 g，相当于500年一遇地震（50年超越概率10％）。伊朗业主认为，塔里干大坝应按MCE（0.38 g）进行抗震设计。
（2） 马来西亚巴贡水电站工程
该工程面板堆石坝坝高205 m，库容440×10⁸ m³，装机2 400 MW。德国Lahmeyer公司1994年用确定性方法进行了场址地震动参数的研究。认为坝址西侧40 km和坝址北侧8.5 km处的2条区域性断层产生的地震对坝址影响最大，可能的震级分别为6.3级和5.3级。按此震级，用不同的加速度衰减公式，计算了一系列影响到坝址处的加速度值，去掉一个最大值和最小值，2断层发生的地震影响到坝址处的加速度分别为0.1 g和0.12 g，因此取场址MCE值为0.12 g。Lahmeyer公司认为，设计加速度应为MCE的2/3，即为0.08 g。但考虑到巴贡工程属风险性极大工程，因此，把0.08 g提高到0.1 g，作为最大设计地震MDE（Maximum Design earthquake），取MDE的1/2即0.05 g作为垂直加速度分量。
2003年，马来西亚Angkasa咨询公司联合澳大利亚地震研究中心对巴贡工程场址的地震进行了复核，提出了初步成果。其方法基本是概率法，但表示的形式则与中国完全不同。中国是以50、100、200、500、1 000年基准期，0.1、0.05、0.02等超越概率水准的加速度峰值表示，而此次则以不同震级不同重现期的加速度峰值表示（图2）。
初步成果中提出了3个地震值，一为MCE；二为OBE（operation basic earthquake），为重现期300～1 000年的地震，国际也称此为“工作基本地震”或基本地震，是一个可变化的值；三为MDE，为重现期5 000～10 000年的地震，也是一个可变化的值。若取5 000年，则相当于中国100年超越概率2％的地震，是其选值的下限。从其初步成果中的加速度～重现期关系图看，按5级震级线，选择5 000年或10 000年重现期的MDE均将大于0.1 g，即大于前期德国Lahmeyer公司选定的0.1 g的设计加速度值。
（3） 加拿大方法
加拿大大坝协会（Canadian Dam Association）在其大坝安全导则（Dam Safety Guidelines）中提出了具体的方法。首先按大坝失事后果进行分级，考虑的影响因素是生命安全与社会经济财政（金融）及环境2方面。如表5。

确定了水坝工程溃坝后果等级后，加拿大大坝协会提出了常用最小设计地震准则，见表6。

对于高坝大库工程，一般都属非常高的溃坝后果等级，按加拿大准则，按MCE或年超越概率1/10 000（万年一遇地震）地震设计，这个标准远高于中国100年超越概率2％（5000年一遇地震）的标准。而MCE值在中国只用于核电站的设计，更偏安全。例如，按100年超越概率2％取值，黄河大柳树坝址的水平地震加速度为0.552 g，而如果按年超越概率1/10 000取值，则大柳树坝址的水平地震加速度达0.66 g，可见差值之大。
综上所述，国内外水坝工程地震研究的差异是明显的，地震动参数的取值更是各不相同，归结起来，可有以下几点认识：
（1） 国外工程的工程地震研究中心是地震动参数，其它方面均不投入很大的精力，显得简捷明快，直奔主题；而中国内地的研究则地质背景、岩石圈动力学、地球物理场、地震动参数并重，主题不明显，成果内容纷杂，许多非工程设计资料。
（2） 确定地震动参数的具体方法上，国外多法并用，且以确定性方法居多；中国内地限定为一种概率方法，显得单调，但中国内地研究者均为国家地震局专业部门，其成果有国家权威机构把关，资料的充分性和成果的可靠性高。国外任一注册咨询公司均可开展研究，无权威的审批机关。
（3） 国外水坝工程强调地震和活断层的灾害等级划分，同时进行大坝工程的风险等级划分，条件清楚，标准明确、可操作性强，中国内地工程仅有场址的地段划分，无明确风险等级。
（4） 工程风险性大或溃坝后果等级高的高坝大库，国外的抗震设计加速度标准高于中国内地