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強地動場址觀測於水庫工程規劃之運用水利規劃分署

  發刊期數:第0591期/ 發布日期:113/05/10

水利規劃分署於天花湖水庫、士文水庫、雙溪水庫與後堀仔水庫規劃過程中皆有設置強地動站,期能藉由現地的實際地震強度觀測,實際記錄到水庫場址的地震強度特性,提供水庫體耐震設計與營運後的安全性評估之用,說明如下:

1.提供適當的地震強度預測

水庫耐震設計惟須考量水庫場址的震動特性,故於水庫場址所觀測累積的地震動資料庫,有機會在地震強度預測中扮演一定的角色。以圖1為例,於雙溪水庫所觀測到的地震強度,低於氣象署設於附近區域的地震站觀測值,也低於臺灣經驗公式的預測結果,因此若能將此現地特性納入設計規劃中,將能進行合理且安全的水庫耐震設計。

2.評估體共振:

依據型設計與材料特性,體有其對應的體共振頻率,若此體共振頻率與地盤之地動主頻重疊,則入射之地震波將有被體進一步放大的可能性,即所謂共振現象,以圖2為例,根據場址地震紀錄配合單站頻譜法所計算出之場址地動主頻,其頻率與雙溪水庫設計型的前三個共振模態體共振頻率相互錯開,地動主頻與體共振頻率不相重疊,共振現象應相對較小,若以避免水庫體於地震中發生共振的設計角度而言,由此大致瞭解,目前之體設計並不與場址發生明顯共振。

3.提供模擬地震歷時的依據:

體的耐震設計可將地震加速度歷時輸入體數值模型中,分析體於地震動下的動態行為,以評估安全性。所給定的設計地震加速度歷時,其頻譜強度可由地震危害度分析的結果提供,而地震動歷時的波形,可使用設於水庫場址地震站所觀測的波形特徵,所模擬出的結果將更接近實際狀況。

4.作為水庫營運前後場址變異與誘發地震的分析基礎:

若場址地層因水庫建造後的荷重而產生變異,此變異某種程度將反應至場址地震特性的變異上。因此,水庫建造前後的地震特性變異分析,為偵測地層變異的可能方法之一。此概念可視為一種非破壞性檢測。然而,若欲進行此檢測方法,其必要條件之一,為必須掌握水庫建造前的地震資料,做為比對變異的基準值。而水庫場址地震站所觀測的地震紀錄,即可作為水庫建造前,場址震動特性的基準值,如圖3。

綜上,地震特性具有區域的變異性,無法全靠統計回歸或空間內插間接評估;地震也不具有回溯性,唯有在事件發生的當下進行紀錄,事後才有詳盡分析的機會。因此,持續性的強地動觀測對水庫工程規劃有其必要性。