水利工程与地质环境相互影响分析

周志帮

摘要:水利水电建设是一项为民兴利的工程,也是人类改善生存环境、战胜自然、利用自然的手段,但是自然的存在有其合理性,工程的兴建改变了原貌,对地质环境有无影响,还需要慎重的分析研究。文章从对地震的影响、库岸稳定、水库渗漏方面探讨了水利工程对地质环境的影响;环境地质的砂土液化问题,环境地质对于水库工程的影响,库周的岸坡存在边坡再造问题等方面论述了环境地质对水利工程的影响。

关键词:水利工程;地质环境;水体环境;坡体滑动;砂土液化;地质沼泽化

中图分类号:X141文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0188-02

水利水电工程在防洪、发电及水资源综合利用方面发挥着巨大的效益,同时对周围环境也产生着各种影响。有些是有利的影响,有些是不利的。由于各项工程的目的、作用不同,所处的地理位置、环境条件不同,对周围环境影响的主要方面也是不同的。因此,在工程修建前必须对不利影响进行分析和识别,特别是对那些间接的、潜在性的、长期积累性影响进行预测,从而提出改善不利影响的措施,把不利因素转变为有利因素,为人类创造出更有利的生态环境。

兴修水利是改善人类生存环境的一个手段,许多人烟稠密、物产富饶的地方,是历史上长期兴修水利改造自然的结果。但水利工程是环境大系统的组成部分,要从长远利益出发,尽可能减少不利影响。

一、水利工程对地质环境的影响

修建水利工程需进行河床开挖、两岸削坡等土石方工程施工,均会破坏原自然山坡的稳定平衡,严重时导致滑坡、错动、坍滑等。大坝既高且重,蓄水后强大的水压力通过坝体传至地基和周围岩体上,有可能造成水库诱发地震、影响岩体稳定性和原有的地质构造的条件。此外还有库区淹没、岸边浸没、塌岸等地质问题。

(一)对地震的影响

大型水库蓄水后可诱发地震。这在1967年国际大坝会议上即已提出,目前世界公认的震例有45处,不少原是无震区,水库蓄水后发生了破坏性地震。

水库诱发地震多发生在新第三纪以来新构造运动曾活跃区域,且水深和蓄水量较大,震中多紧靠水库或25km内的邻近地区,震源深度极浅,约3～10km范围内,因之地震烈度较高、破坏性大。水库地震活动与蓄水过程有着明显的相关性,但震级不高,一般低于6.5级。

为防止水库诱发地震的发生,应注意:(1)在地质条件较差、断裂发育、岩性不均匀及地震活动区建坝时,应选用抗震性能好的坝型和材料;(2)水库蓄水后应加强地震观测,若发现微震应严格控制水位升高速度,减小负荷,消除诱因。

(二)库岸稳定

水库蓄水后因水位变化和波浪作用,使原岸坡失去平衡发生塌滑破坏和山体滑坡。例如三门峡水库蓄水两年共塌岸1.77亿m3。意大利瓦依昂坝上游2.5亿m3山体,在30秒内滑入水库,造成坝顶溢流,死亡3000人。

因此,水库蓄水前应对岸坡进行削坡,发现可能滑坡山体,应事先设置排水、加固等工程措施或事先清除。

(三)水库渗漏

水库蓄水后,坝基承受水头可产生渗透。当库区边缘山脊很单薄、裂隙发育或有断裂带、溶洞、溶槽等,不仅漏水量大,影响水库运用,还会影响周围地区的地质、水文地质条件。若是污水库、尾矿库,渗漏还将污染周围地区。水库建成后应加强监测,对渗漏量大的地区和部位,应采取防渗加固措施。

二、环境地质对水利工程的影响

环境地质对水利工程的影响。则主要表现为滑坡、泥石流等动力工程地质现象和地面沉陷、黄上湿陷、砂土液化、水库边岸再造等各种地表变形破坏,还包括地表岩土体的性质变化(地下水位上升促使的沼泽化、土壤盐渍化等)。主要调查研究和预测这些地质现象的发育规模、发展速度及趋势'并提出相应的工程技术措施来防止或减弱这些变形破坏。

(一)水体环境在坡体滑动中起着不可估量的作用

俗语有“治坡必治水”说法,主要是由于存在水及水的作用,减少了岩土体的抗剪强度,增加了上浮力和裂缝水压力,从而减少了坡体的稳定性。没有水的作用几乎没有滑坡动力工程地质破坏现象。当然地质构造上与形成滑坡也有很大关系,特别是破碎带。软弱夹层,风化作用形成的风化裂缝、风化夹层地下水作用形成的泥化夹层等均为易形成滑动面的构造面。这些构造面结合水系的作用无疑是雪上加霜,加剧了动力工程地质破坏。滑坡基本都与地下水系和地表永系的分布、存在的方式、运动方向或趋势等方面关系密切。

(二)由于水利工程的施工是将水位抬高,使得原来土体饱和而软化

含水量升高,内聚力和内摩擦角减小,土体抗剪强度降低而使土体产生剪切破坏,造成地面沉陷或不均匀沉降,这与水位下降造成土体有效应力增大而使地面沉降不同,也是与一般建筑工程在设计上的区别之一,临近水系的建筑工程测量和设计也应该考虑这方面因素的影响。

(三)环境地质的砂土液化问题

水库蓄水后,饱和粉土或粉砂在地震的作用下,孔隙水压力上升,土中的有效应力减小乃至为零时,砂粒悬浮于水中,抗剪强度和承载力大幅度下降,引起喷水、冒砂的现象称为地震液化。在8°地震烈度下基本都能进入饱和态,必须进行液化判别,对重要性水工建筑物必须进行抗震设防设计。

(四)环境地质对于水库工程的影响,库周的岸坡存在边坡再造问题

边岸坡体由于坡脚被局部冲蚀失稳,出现大规模的崩塌或滑坡,不仅危及库区,及岸周围建筑物的安全,还产生大量的固体径流物质而加速水库淤积,导致减少甚至失去库容,严重的是失稳后的崩塌涌浪能造成灾难性后果。

(五)环境地质对蒸发作用强烈的干旱或半干旱地区的影响

由于水利工程的兴建。使地下水位升高,埋藏浅,促使地下水通过毛细作用上升至地表附近而蒸发。使土壤和地下水中所含有的盐分随毛细管上升于土壤表层聚积形成土壤盐渍化。

(六)环境地质沼泽化的影响

水库引起地下水位上升,使与水库接邻的土壤变质,形成盐渍化或沼泽化。库内流速小,降低了水、气界面交换的速率和污染物的迁移扩散能力,因此复氧能力弱、水体白净能力低;透明度大,利于藻类光合作用,转入库水流营养物质多,水深较浅,易形成富营养化;悬移质江期沉积于库底,若含有毒物质或难降解的重金属,则形成次生污染源;排放的废水进入水库,将影响水库水质。

三、结语

一项水利水电工程建成以后,对地质环境的影响是方方面面的,综合性的,自然环境是一个整体的,一个相互关联的圈,如果某个方面发生了改变,会造成连锁反应现象,文章仅仅阐述了对几个方面的影响,除了上述影响以外,还会引起周围土地浸没、沼泽化和盐渍化,使原有草地、树木、森林遭到破坏。此外,建库后,气候、土壤、水质等发生很大变化,均会引起植物群落、动物种群和水生生物的改变。因此对水利工程与地质环境的影响及评价要从长远利益出发,关注人类与自然的未来趋势。

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