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他山之石--洛杉磯水庫的故事


本文編譯自USGS
 Reducing Earthquake Losses Throughout the United States
The Los Angeles Dam Story


  921巨大的威力除了震垮了許許多多的房子,許多的公共建築物也出現了危險的建物裂縫,值得我們關心。

  可想而知,如果水庫被震垮或是因事後防範不及,所可能造成的傷害,將無法想像與估計,也將使得地震的災害雪上加霜。

然而,預防類似水庫等公共建築物在地震中釀成其他傷害,不僅僅是在地震時期應該注意的事情,更重要的是在建築結構上應將地震所可能造成的影響列入重要 的考量,尤其是位於環太平洋地震帶,而且大量使用水庫汲水的臺灣。

  本篇文章是加州政府在1971年洛杉磯發生大地震之後,改善水庫建構的重要紀錄。非常值得做為臺灣921災後重建的重要參考。

  

  1971年洛杉磯水庫在經過6.7級地震後汲汲可危,附近約8萬個居民被迫疏散,但經過重建,1994年當該地再度發生同級震度的地震時,新水庫只受到些微損壞。這個有效的改善都歸因於重要建築物設計時對高度防震措施多年的研究。

  在人口稠密的聖法南度谷區(San Fernando Valley)上方,位於較低處的聖法南度水庫(Lower San Fernando Dam )-----也就是洛杉磯水庫(Los Angeles Dam)的前身-----有很大的蓄水量,水庫長1.6英哩,深130英呎。在1971年聖法南度大地震後,受損嚴重,下面谷區6英哩內的居民全 ○Q迫疏散。從空中向東北方鳥瞰,該水庫是洛杉磯供水糸統的主要來源,佔全市80%的供水量。

在人口稠密的聖法南度谷區(San Fernando Valley)上方,位於較低處的聖法南度水庫(Lower San Fernando Dam )-----也就是洛杉磯水庫(Los Angeles Dam)的前身-----有很大的蓄水量,水庫長1.6英哩,深130英呎。在1971年聖法南度大地震後,受損嚴重,下面谷區6英哩內的居民全部被 3迄瓷C從空中向東北方鳥瞰,該水庫是洛杉磯供水糸統的主要來源,佔全市80%的供水量。

1971年的聖法南度地震使得該水庫上游的山坡地整個下滑約30英呎,滑動沖走了大部份在頂部上游用來抵擋2,100英呎深水庫的凝土牆,只剩狹窄的泥牆(如右圖所示)。若幫時水庫的水位達滿水位,水庫的水早就高出水壩堤防而快速沖垮水壩、淹沒下方的 s谷。該水庫是在1912年至1915年間建造的,當時的建築法規並沒有很嚴格的防震設計標準。


  1971年的聖法南度地震使得該水庫上游的山坡地整個下滑約30英呎,滑動沖走了大部份在頂部上游用來抵擋2,100英呎深水庫的凝土牆,只剩狹窄的泥牆(如右圖所示)。若幫時水庫的水位達滿水位,水庫的水早就高出水壩堤防而快速沖垮水壩、淹沒下方的山谷。該水庫是在1912年至1915 年間建造的,當時的建築法規並沒有很嚴格的防震設計標準。

  1971年發生聖法南度大地震後,在8萬名居民人口的南加州聖法南度谷區和1,500萬噸蓄水量但已嚴重受損的水壩之間,僅剩一面薄薄的擋土牆阻隔,位於142英呎高的聖法南度水壩危在旦夕,只要再發生一次強震就有可能導致一場災難,附近11平方英哩內的居民只好被迫撤離,而水庫中 的水花了三天才洩洪完畢。

  經過6.7級的地震後,該水庫已嚴重損壞,無法修復到能安全承受再次地震的狀況,只好另建新水庫------並根據當地的地震評估加入防震設計。

  在著手設計更新更安全的防震計劃之前,科學家們先在該地震頻繁的地區做了地層變動記錄與研究,並根據這些研究評估在未來地震時可能發生的地層變化,工程師再利用這些評估去做更好的防震設計;透過科學家與工程師的合作,才能減少人員傷亡及財物損失。

  研究過1971年聖法南度地震及其它的地震紀錄後,美國地質研究協會(USGS)的科學家對震央的地震強度比以往推算的要高出許多,因此他們建議新水壩的耐震度要比原往估算的要多出三倍才行,此項建議一開始受到質疑,不過後來經由美國聯邦災難救助基金的補助,他們得以採用較強 @震度的設計。

  1975-1976年建造了新的洛杉磯水壩和水庫建於,共花了3仟3百萬美金,位於聖法南度水庫(Lower San Fernando Dam)谷區上方3,000英呎高處。但舊的水壩並未拆除,相反地,它經過改建------雖未達美國地質研究協會(USGS)的防震標準-----也提供了暴雨蓄水池及新水灞備用品。

洛杉磯水壩及水庫(The Los Angeles Dam and Reservoir)位於舊有低處及高處的聖法南度水庫(Lower and Upper San Fernando Dams)之間。
洛杉磯/聖法南度水壩的地點(星號地點)位於1971聖法南度地震帶及1994北橋地震帶之間。

  20年後,1994年的Northridge北橋大震再度考驗了洛杉磯水壩。當時北橋大震的威力並不亞於先前的舊金山大地震。

  當時天搖地動,雖在美國地質研究協會的預料之內,卻可說是有史以來範圍最廣的一次。然而那次水壩卻只出現些微的損害與表面的裂痕。雖然經過劇烈的震盪,水壩頂端只偏移1英呎且定位於 3.5英呎遠處。相反地,較低區的San Fernando聖法南度水壩又再次受到嚴重損害,嚴重的破 裂及移動破壞了它上游的斜坡;若當時的儲水量和1971年時一樣,損害就更加嚴重了,至少會和1971年舊金山大地震那一次一樣慘重。

  據洛杉磯水力部門表示1994年Northridge北橋大地震雖破壞了洛杉磯水壩上游斜坡的表面鋪道,但因當初水壩建造時有重震防震設計,所以只受到些微的損害。

  要讓美國人民得到更好的地震防災保護不是一蹴可幾的,需要地震科學精研改進,進一步了解建構物在地震時的狀況,並逐步增加營建演習。本故事說明了兩個建築物在受到幾乎同樣大的地震後卻有不同的後果。洛杉磯水壩因建造時以美國地質研究協會科學家預測的重震防震標準來設 p,所以在北橋大震中仍保完好;相反地,位於較低處的聖法南度水壩在建造時只符合1912-1915年期間較低的防震標準,故在1971 年及 1994年兩次大地震中都受到了嚴重的損毀。

  這則防震成功的故事僅以水壩為例,但其他重要的建築物-----如核能發電廠,橋樑及醫院-----也逐漸依照較好的防震設計來建造,以便將來能承受更大地震的考驗。


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