福建省水电站地质灾害特征分析与防范策略探讨

杨炳良

（中国华电集团公司福建分公司，福建 福州，350013）

0 前言

地质灾害是指由自然因素或人为活动引发的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等与地质作用有关的灾害，往往给国民经济建设和人民生命财产造成严重危害。由于水电站多位于深山峡谷，地质灾害更是易发、多发。分析水电站地质灾害成因并探讨防范策略，弥补水电站普遍存在的现场人员偏少、未配置地质人员等不足，具有一定的实际意义。

1 福建省地形和地质构造特征

福建省位于华南褶皱系东部，总面积12万km2，其中山地丘陵面积约10.6万km2，占全省陆地面积的87%，境内峰峦叠嶂、山岭耸峙、丘陵起伏，河谷与盆地错落相间，地表覆盖层厚，属典型的沿海山地丘陵地区。地势总体为西北高、东南低，主要有武夷山和戴云山两大山系。水系主要有闽江、九龙江、汀江、晋江、木兰溪、岱溪、交溪、霍童溪等。

2 福建省降雨特征

福建地处中亚热带，临近东海，气候暖湿，兼具内陆和海洋气候特征。年降雨量为1100～2000mm，年内暴雨场次多、强度大，主要集中在5～6月，是我国暴雨高频区之一。暴雨中心主要分布在鹫峰山脉、戴云山脉和武夷山脉。多雨中心为西北部武夷山、泰宁、长汀、连城及东北部宁德、南部的德化等地，年降水量分别在1 900 mm和1 700 mm左右。

6月份甚至5月份已有台风影响，平均每年影响（登陆）福建的台风6.7个，最多的年份达12个。台风带来的暴雨区分布复杂，在台风发展阶段、衰弱阶段、台风经过的地方、远离台风的地方都可能产生暴雨。根据统计，影响福建暴雨的台风路径主要见表1。

3 水电站地质灾害的类型和诱发因素

3.1 福建省地质灾害规律

多山的地形和频发的暴雨决定了福建省地质灾害的多发性和易发性。根据统计，每年5月下旬～7月上旬为福建省地质灾害易发时间段，频发时间间隔约为4～7年。以崩塌、滑坡、泥石流居多，主要发生在房前屋后高陡边坡、低洼地带、山边、河边、沟口、低等级公路以及毛竹、杉木幼林等经济林部位。

表1 福建省台风登陆地点及降雨规律Table 1 Landing location and rainfall pattern of typhoon in Fujian province

3.2 水电站地质灾害特点

福建省境内水系密度大，地表径流量大，水力资源丰富，多发源于福建省西部、中部和北部，河中多峡谷险滩，水流湍急。目前，福建省水力资源已开发93%以上，建成的各类水电站近6 000座，其中大型水库11座、中型水库182座。

由于水电站大都位于深山峡谷，办公区、住宿区和生产区往往建设在山脚河边甚至冲沟口，既受到房前屋后近程崩塌滑坡灾害的威胁，又受到远程崩塌滑坡形成的泥石流灾害链影响，常见的地质灾害有：崩塌、滑坡、泥石流、水土流失、水电站土地沙漠化及沼泽化以及诱发地震等。

3.3 水电站地质灾害的诱发因素

根据统计和分析，诱发水电站地质灾害的主要因素有降雨、工程扰动、库水位骤升骤降、斜坡堆填加载、乱砍滥伐、地震等。其中由暴雨诱发的崩塌、滑坡灾害占其总数的90%以上。

根据中国华电集团公司福建分公司对福建省内水电站地质灾害的统计分析，当日降雨量超过120 mm或3 h降雨量超过50 mm，电站周边基本上都会发生不同程度的滑坡灾害；当日降雨量超过200 mm或3 h雨量超过100 mm，发生大范围滑坡和泥石流的概率相当大。

3.4 水电站地质灾害的危害性

水电站大坝失事将致使库水无控制泄放，可能产生进一步的次生灾害，而且次生灾害的损失往往远高于灾害本身的直接损失。

1963年10月9日，意大利瓦依昂（Vajont）水库突发滑坡，使库水产生巨大涌浪翻坝，席卷Longarone小镇及几个邻近村庄，共造成2 500人死亡；1985年6月12日，长江干流新滩滑坡使整个新滩镇顷刻毁于一旦，涌浪使香溪（滑坡上游7 km）和新滩镇之间停靠在江边的60余艘船只被击毁；2003年7月13日，长江支流青干河的秭归县沙镇溪镇千将坪村发生巨大山体滑坡，将青干河拦腰截断，使80多栋农舍和4家企业厂房化为废墟，同时掀起超过20 m高的巨浪，打翻船舶22艘，造成14人死亡、10人失踪；2016年5月8日，福建省泰宁县因强降雨引发的泥石流冲毁了池潭水电厂扩建工程施工生活营地，造成35人死亡、1人失踪。

4 当前水电站地质灾害防治存在的主要问题

4.1 工程建设和设计存在的问题

福建省目前已建成各类水电站近6 000座，分布于全省各地，电站开发时间跨度大（1956～2016年），早期建设的电站由于国家经济落后，对地质灾害的治理要求低，实施的治理措施少且简单，留有隐患。

4.2 水电站现地普遍缺乏地质专业人员

根据调研，大部分水电站现场配置人员的专业主要以机械、电气人员为主，普遍缺乏地质专业。现场人员难以准确辨识地质风险和灾害类型，影响地质灾害的正确预测、预报和防控。

4.3 早期建设的工程普遍存在重工程、轻管理用房的现象

现场调研表明，在2005年之前建设的水电工程中，有2/3以上的电站对厂房、升压站等生产场所的后边坡做了喷锚等工程措施，但对电站职工宿舍、办公楼等设施基本保留原有山坡，有的甚至生活区后山体的排水系统都未建立。近年来，发生的水电站滑坡有较大数量属于工程遗留的隐患。

5 水电站地质灾害防范策略

5.1 做好地质隐患排查和日常巡查，建立水电站地质隐患台账

组织专业人员开展地质灾害风险辨识，全面排查工程区域的滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害隐患，并建立水电站地质隐患台账，定期复查。对地质灾害易发区域，由地质灾害防治专家进行复查。发现重大地质灾害隐患，或地质灾害监测数据发生突变，或附近地区发生地震等重大自然灾害后，需对水电站生产生活设施及周边的边坡进行风险分析和评价。

根据了解，水电站在建设期或多或少存在开挖弃渣（如基础开挖、引水隧洞开挖等），检查时应特别注意检查堆渣体的稳定性。

5.2 加强对潜在滑坡体的监测和数据分析

5.2.1 潜在滑坡体的监测

（1）地表位移观测。为了掌握滑坡表面各部分的动态变化，需要进行位移观测，主要包括坡面位移与沉降监测、坡面裂缝长度与开度监测。

（2）深部位移观测。为了全面掌握滑坡体各个部位的位移情况，应进行深部位移观测。可采用钻孔打穿滑动面直到稳定地层，下套管，采用测斜仪法、放射性同位素法等手段观测。

（3）水文地质观测。每隔一定时间测一次钻孔或井中的水位、水温，并取水样进行化验，查看异常变化。

（4）地表水文观测。对于处在河流、湖泊（水库）和海洋附近的斜坡，需要进行水位、波浪、冲刷作用等观测。

5.2.2 做好监测资料的定性分析

定性方法通常根据地形地质条件和特点，分析地质灾害危险度并进行等级区划。对潜在滑坡体，监测数据的定性分析常包含以下几个方面：

（1）作图法。画出相应的过程线图、相关图、分布图以及综合过程线图（如将水位、降雨、气温、监控指标以及同部位的渗透压力和渗漏量等画在同一张图上）等，直观地了解和分析观测值的大小、变化和其规律，以及影响观测值的荷载因素和其对观测值的影响程度。

（2）特征值统计法。统计各物理量历年的最大值和最小值（包括出现时间和空间位置）、变幅、周期、年平均值及年变化趋势等。通过特征值的统计分析，可以看出监测物理量之间在数值变化方面是否具有一致性和合理性。

（3）比较法。包括监测值与监控指标相比较、监测物理量的相互对比、监测成果与理论（试验）成果对照比较等。

5.3 建立滑坡体预警值

5.3.1 建立雨量预警值

在充分分析诱发地质灾害气象条件的基础上，重点强化持续强降雨、局部暴雨以及其他恶劣天气发生期间的监测预警工作，在生产区、生活办公营地及周边设置雨量站，观测降雨强度和雨量，并结合工程特点和历史地质灾害情况，制订雨量预警值。可供参考的雨量预警指标有：日本累积雨量超过150～200 mm，或每小时降雨强度超过20～30 mm时，大量滑坡体将发生滑动；美国滑坡发生的临界值为过程降水量累积值为180～250 mm之间；加拿大滑坡发生的临界累积雨量值为超过250 mm；中国香港为超过350 mm，且日雨量大于100 mm，小时雨量大于40 mm。

5.3.2 定期修正潜在滑坡体变形的预警值

水电站勘测设计阶段通常对库区和水电站区域的地质情况进行了较为详细的勘察设计，给出了可能发生崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害区域，对不稳定边坡一般都进行了相应的处理并布置有监测设施进行观测。

由于水电站工程区域地形地质条件复杂，区域国民经济和交通水利等基础设施的发展，设计阶段标定的地质灾害区域、易发区域将有所变化。工程运行一定时期后，对地质灾害区域、易发区域应进行重新排查，制订水电站工程区域地质灾害分布图，并采取针对性措施。

5.4 制订应急预案并定期演练

水电站应编制切合自身情况的应急预案，并定期演练，同时应当建设完善应急避难场所和逃生通道，储备必要的生活物资和医疗用品。

2013年6月27日下午，四川映秀湾水电总厂开展了水淹厂房应急演练。7月9日，岷江流域发生洪灾，电厂对外交通中断，一度成为“孤岛”。由于事先应急准备充分、物资储备充足、抢险救灾人员保障到位，不但确保了本厂人员、设备安全，还在7月10日积极接纳、救助300余名卧龙特区施工人员到耿站避险，并第一时间在灾后恢复发电，为阿坝电网提供有力的电源支撑。

5.5 开展降雨型地质灾害风险评估

地质灾害风险评估主要包括易发性评价、危险性评价、危害性评价和风险评估。

5.5.1 易发性评价

易发性评价是解决研究区域发生滑坡的“空间概率”问题，即“什么地方容易发生滑坡灾害”，是研究分析地质环境中的每一地质因子（地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质等）在何处容易发生滑坡，并同时考虑各因子的权重，综合确定滑坡灾害可能发生的空间位置及难易程度。易发性评价一般选取地形地貌、基础地质、水文因素、诱发因素和人类工程活动等5类致灾因子作为易发性的评价指标。

5.5.2 危险性评价

危险性评价是分析评价某一地区在一定期限内某种特定规模和类型的滑坡所发生的概率。综合考虑了区域滑坡空间概率、时间概率和滑坡强度（体积、速度等），其关键和难点是估计各种强度的滑坡在某一或多重诱发因素下发生的概率或重现期（即时间概率）和滑坡强度。

5.5.3 危害性评价

危害性评价是指对滑坡发生可能导致的人员伤亡和经济损失等后果进行定性或定量分析的计算过程。

5.5.4 风险评估

风险评估是指在一定期限内，一定强度的滑坡对承载体所造成的人员伤亡和经济损失的度量。滑坡总风险值为滑坡灾害对生命、财产、经济活动等所造成的损失，它等于滑坡危险性结果与危害性结果的乘积。

有条件的单位应充分利用科技手段进行所在区域地质灾害风险评价及防控对策研究，主要包括近程地质灾害的调查评价、远程地质灾害的调查评价、地质灾害易发性评价、降雨与地质灾害的相关性研究、考虑降雨诱发因素的地质灾害危险性及风险评价、区域地质灾害预警信息系统建立、近程和远程地质灾害链的风险管理和防控对策体系建立等。

6 结语

水电站地质灾害防范与治理是安全生产的重要内容之一，地质灾害造成的后果往往十分严重。由于地质灾害具有隐蔽性和不确定性，如何有效地进行灾害的预测预报，并采取有针对性的防治措施是相关学术界研究的热点与难点之一。笔者在归纳近年来福建省内外典型地质灾害案例的基础上，分析福建地区地质灾害成因，对如何开展水电站地质隐患排查、监测以及在建立地质灾害监控指标等方面提出了看法，希望对已建水电站地质灾害的防范有所帮助。