水利工程與地質(zhì)環(huán)境的相互影響

盧天文

(貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550001)

水利工程與地質(zhì)環(huán)境的相互影響

盧天文

(貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550001)

水利工程對(duì)環(huán)境的影響是極為深遠(yuǎn)的，并分為有利影響和不利影響兩類。其有利影響主要表現(xiàn)為水利工程的綜合效用與價(jià)值，主要體現(xiàn)在防洪、發(fā)電、水資源利用等方面;不利影響主要表現(xiàn)為對(duì)環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境等方面。文章主要針對(duì)水利工程與地質(zhì)環(huán)境在相互影響過程當(dāng)中所涉及到的關(guān)鍵問題做出了簡(jiǎn)要分析與說明，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)相關(guān)研究與實(shí)踐工作的開展提供一定的參考與借鑒。

水利工程;地質(zhì)環(huán)境;影響;分析

1 工程地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)分析

工程地質(zhì)環(huán)境是工程建設(shè)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境兩大系統(tǒng)的疊加，是工程化的地質(zhì)環(huán)境，并不是兩者的簡(jiǎn)單線性疊加，兩者相互依存、相互制約，構(gòu)成統(tǒng)一的系統(tǒng)。表現(xiàn)為工程環(huán)境適應(yīng)地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境適宜工程環(huán)境的作用與反作用的關(guān)系。它與水、氣、生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步組合形成更大的一個(gè)具有人類活動(dòng)的全球化系統(tǒng)，與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的生存和發(fā)展息息相關(guān)。工程地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，見圖1。

圖1 工程地質(zhì)環(huán)境統(tǒng)一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 水利工程對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響分析

在水利工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，前期需要對(duì)河床進(jìn)行開挖。同時(shí)，還需要對(duì)河岸兩側(cè)進(jìn)行削坡等。以上項(xiàng)目施工均會(huì)導(dǎo)致施工區(qū)域內(nèi)自然植被、土壤、巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平衡受到不良的影響。一旦施工過程中某個(gè)環(huán)節(jié)操作不當(dāng)，則極有可能引發(fā)大面積滑坡、坍塌等安全事故。特別是對(duì)于水庫(kù)工程項(xiàng)目而言，由于其大壩自身重量大，在蓄水狀態(tài)下蓄水產(chǎn)生的水壓力更大，這部分水壓力可能通過水庫(kù)大壩壩體傳遞至周邊地基基礎(chǔ)以及巖體結(jié)構(gòu)當(dāng)中，誘發(fā)水庫(kù)地震等地質(zhì)災(zāi)害問題。具體而言，在水利工程項(xiàng)目建設(shè)過程當(dāng)中，其相對(duì)于地質(zhì)環(huán)境的影響可以概括為以下3個(gè)方面:

2.1 水利工程對(duì)地震活動(dòng)的影響

對(duì)于大規(guī)模水庫(kù)而言，項(xiàng)目建設(shè)后期蓄水狀態(tài)下可能誘發(fā)地震，這一點(diǎn)已成為共識(shí)。早在1967年所召開的國(guó)際大壩會(huì)議已提出:不少無震區(qū)因受到大型水庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目蓄水影響，蓄水狀態(tài)下產(chǎn)生破壞性地震的可能性極大。更加關(guān)鍵的一點(diǎn)是:在水庫(kù)初期蓄水過程當(dāng)中，水庫(kù)蓄水深度及蓄水量均持續(xù)增加，水庫(kù)區(qū)地殼原有的地應(yīng)力分布被持續(xù)破壞，從而誘發(fā)地震，特別是新第三紀(jì)以來，受到新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍區(qū)域因素的影響，導(dǎo)致水庫(kù)對(duì)地震作用力的誘發(fā)機(jī)制更加顯著。在以上條件下誘發(fā)的地質(zhì)活動(dòng)具有以下4個(gè)方面的特點(diǎn):①地震震中相對(duì)于水庫(kù)距離較短，多在25 km范圍之內(nèi);②地震震源深度較淺，多在10 km范圍之內(nèi);③地震烈度水平較高;④地震作用力破壞性較大。同時(shí)相關(guān)研究人員也指出:對(duì)于大規(guī)模的水庫(kù)工程項(xiàng)目而言，其蓄水過程與地震活動(dòng)的誘導(dǎo)因素直接相關(guān)性表現(xiàn)極為顯著。但受水庫(kù)蓄水活動(dòng)影響而產(chǎn)生的地震震級(jí)相對(duì)較低，多在6.5級(jí)范圍之內(nèi)。

從水利工程項(xiàng)目建設(shè)的角度來說，為盡量避免誘發(fā)地震，應(yīng)當(dāng)注意以下4個(gè)方面的問題:①水庫(kù)建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)避免將水庫(kù)大壩選址確定在地質(zhì)條件較差、斷裂發(fā)育延性不均勻、地震活動(dòng)相對(duì)活躍的區(qū)域;②若所選址區(qū)域存在以上特點(diǎn)，則需要在大壩壩型以及建筑材料選擇方面，關(guān)注其抗震性能的優(yōu)越性;③在水庫(kù)建設(shè)完成并驗(yàn)收合格后的初期蓄水期，一旦出現(xiàn)微小地震跡象，則需要對(duì)水庫(kù)水位升高速度進(jìn)行合理控制，避免過多的受到地震波動(dòng)影響;④在水庫(kù)運(yùn)行期，需要由專人負(fù)責(zé)開展地震作用力的觀測(cè)工作。

2.2 水利工程對(duì)庫(kù)岸穩(wěn)定的影響

對(duì)于水庫(kù)而言，在蓄水狀態(tài)下，受到水位變化因素以及波浪作用力因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)原岸坡結(jié)構(gòu)的平衡性徹底被破壞，從而進(jìn)一步激發(fā)包括山體塌滑、以及山體滑坡在內(nèi)的安全性問題。舉例來說，三門峽水庫(kù)在其蓄水兩年時(shí)間過程當(dāng)中，共發(fā)生1.7億m3的庫(kù)岸坍塌事故。意大利瓦伊昂壩上游2.5億m3山體在30 s時(shí)間內(nèi)滑入水庫(kù)庫(kù)區(qū)，由此引發(fā)了極為嚴(yán)重的壩頂溢流事故，造成了數(shù)千人的死亡事件。因此，為盡量避免水利工程項(xiàng)目建設(shè)對(duì)周邊地質(zhì)產(chǎn)生不良的影響，在水庫(kù)蓄水前就需要對(duì)岸坡進(jìn)行削坡處理，盡可能早地發(fā)現(xiàn)潛在的滑坡山體結(jié)構(gòu)并予以清除，并做好蓄水安全鑒定。同時(shí)，還需要做好水庫(kù)排水工，以及結(jié)構(gòu)加固工程措施，應(yīng)急預(yù)案等非工程措施。

2.3 水利工程對(duì)水庫(kù)滲漏的影響

在水利工程蓄水狀態(tài)下，大壩壩基所承受水頭可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的滲透問題。若水庫(kù)庫(kù)區(qū)邊緣山脊過于單薄，或存在一定程度的溶洞、以及溶槽現(xiàn)象，則一方面會(huì)導(dǎo)致滲透漏水量增大，另一方面還會(huì)對(duì)周邊地質(zhì)條件以及水文條件產(chǎn)生嚴(yán)重影響，最終影響整個(gè)水庫(kù)項(xiàng)目的綜合運(yùn)用。而對(duì)于污水庫(kù)、以及尾礦庫(kù)而言，一旦出現(xiàn)滲漏問題，則還有可能污染地下水，對(duì)周邊地區(qū)環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。針對(duì)這一實(shí)際情況，在水利工程項(xiàng)目建設(shè)完成后，應(yīng)對(duì)其滲漏情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，針對(duì)滲漏量加大的部位，采取必要的防滲加固措施，以最大限度地減小水庫(kù)滲漏量。

3 環(huán)境地質(zhì)對(duì)水利工程的影響分析

環(huán)境地質(zhì)可能導(dǎo)致水利工程項(xiàng)目在建設(shè)過程中，出現(xiàn)以下3個(gè)方面的問題:①動(dòng)力工程地質(zhì)問題(主要有滑坡、泥石流等);②地表變形破壞問題(主要有沙土液化、黃土沙陷等);③地表巖土體性質(zhì)變化問題(主要有土壤鹽漬化、沼澤化等)。因此，為了保障水利工程項(xiàng)目順利建設(shè)，需要對(duì)以上環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)展速度進(jìn)行綜合調(diào)查、研究、預(yù)測(cè)，提出相應(yīng)的工程技術(shù)措施，從而最大限度地控制變形破壞方面的問題。具體而言，主要涉及到以下2個(gè)方面的內(nèi)容:

3.1 水體環(huán)境對(duì)岸坡滑動(dòng)的影響

相關(guān)實(shí)踐研究經(jīng)驗(yàn)證實(shí):治坡需要以治水為基礎(chǔ)。其主要原因是:受到水分以及水作用力因素的影響，導(dǎo)致相關(guān)巖土體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度明顯較低。同時(shí)，其所對(duì)應(yīng)上浮力以及裂縫水壓力明顯提升，受到以上因素的共同影響，導(dǎo)致岸坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大打折扣。同時(shí)，還需要注意的一點(diǎn)是:從地質(zhì)構(gòu)造的角度上來說，其與滑坡動(dòng)力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也是極為顯著的。軟弱夾層，風(fēng)化作用形成的風(fēng)化裂縫、風(fēng)化夾層地下水作用形成的泥化夾層等均為易形成滑動(dòng)面的構(gòu)造面［1］。這些構(gòu)造面結(jié)合水系的作用無疑是雪上加霜，加劇了動(dòng)力工程地質(zhì)破壞。滑坡基本都與地下水系和地表永系的分布、存在的方式、運(yùn)動(dòng)方向或趨勢(shì)等方面關(guān)系密切。

3.2 環(huán)境地質(zhì)中的砂土液化

水庫(kù)工程在蓄水狀態(tài)下，受到地震作用力的影響，飽和粉土、粉砂會(huì)帶動(dòng)孔隙水壓力顯著提升。與之相對(duì)應(yīng)的是，土體結(jié)構(gòu)中的有效應(yīng)力顯著降低。在此狀態(tài)下，絕大部分的沙礫會(huì)以懸浮狀態(tài)存在于水體中。與此同時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度以及承載作用力均會(huì)顯著提升，引發(fā)以冒砂、噴水為標(biāo)志的各種地震液化現(xiàn)象。相關(guān)研究結(jié)果同時(shí)表明:在8℃以上的地震烈度作用影響下，基本能夠使其進(jìn)入飽和狀態(tài)，從這一角度上來說，基于對(duì)水利工程安全性的考量，必須對(duì)其進(jìn)行液化判別，同時(shí)還需要針對(duì)關(guān)鍵性水工建筑物，做好必要的抗震設(shè)防設(shè)計(jì)。

［1］石青青.論水利工程地質(zhì)勘察質(zhì)量與地質(zhì)分段［J］.商品與質(zhì)量·學(xué)術(shù)觀察，2012(09):276.

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1007-7596(2014)05-0191-02

2013-11-21

盧天文(1962-)，男，貴州貴陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事水利工程建設(shè)與管理工作。