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防灾减灾日：科普水电开发的地质减灾知识

已有 3066 次阅读 2011-5-12 12:31 |系统分类:科普集锦| style, 防灾减灾, 水电开发

防灾减灾日：科普水电开发的地质减灾知识
(2011-5-12 9:05:42)   来自 中国水力发电工程学会
 
　　文/水博

　　为了纪念汶川特大地震爆发后的抗震救灾，在汶川地震爆发一周年之际，2009年我国首次把5月12日设立了全国“防灾减灾日”。今天是我国的第三个“防灾减灾日”。中国科协号召各个全国性学会积极开展防灾减灾的科普宣传。我们作为一个水利水电的科技工作者团体，特别有必要在这个“防灾减灾”的日子里，向公众强调科学的水利水电建设所具有的地质减灾作用。

　　以前很长一段时间，由于我国的科普宣传的力度不够，很多社会舆论都习以为常地认为：水利水电开发会加剧地质灾害。然而，全世界客观的现实却明确的告诉我们，水电开程度越高的国家和地区不仅生态环境好而且地质灾害也会明显的减少。这里的原因何在呢？

　　因为科学的水利水电开发一定是一个地质减灾的过程。一般来说，水电工程修建之后，将从三个方面改进原有的自然边坡的地质条件：

　　1、为了所建水电站的安全运行，必须对库区内主要的滑坡体进行人工排除，或者采取工程措施进行护坡处理，直接减少地质灾害的自然发生率。

　　2、水电开发就是把江水切割岸坡的能量利用起来发电，减少江水对河谷的急速深切，使河流发育趋于缓慢、稳定，最终会大大减少地质灾害的发生。

　　3、水库蓄水的初期，是一个水库新库岸的不稳定期和再造期，是隐性的地质灾害的集中释放期。 
不过，由于通过建水电站治理地质灾害需要一个过程，具有明显的滞后性。因此，水库建成后的蓄水的初期，地质灾害反倒有所的增加的现象，也是非常正常的。而从长远来看，科学的水利水电建设的地质减灾作用几乎是慕庸置疑的。 

　　一、工程建设中对自然的边坡采取工程措施的地质减灾作用

　　建设任何一座水电站，负责任的建设者都不会让自己所建的水电站处于危险之中。所以，他必须要对库区内所存在的地质危险进行处理。这样做的结果必然使得水电建设的过程，也必然就是一个工程减灾的过程。特别是对于一些符合规划的梯级开发的水电站，为了保障每一个水库、水电站的安全必须要对全流域的地质灾害进行综合治理。因此，水电梯级开发之后，其流域内的地质灾害必然会大幅度的减少。

　　例如我国的三峡工程就是一次从听天由命，到能够用工程措施和长效机制治理地质灾害的减灾工程。在三峡工程建设过程中，国家先后已经投入了120多亿元资金，对库区地质灾害进行了治理。比较三峡工程建设的前后，从１９８２年到三吸取工程开工建设，库区两岸发生滑坡、崩塌、泥石流近百处，规模较大的有数十处。如１９８５年新滩滑坡造成高达７０米的过江涌浪，其上、下游各１０公里的江段内近百条船只沉没。从三峡工程开始建设之后，地质灾害发生的机率已经大幅度的降低。为什么会这样呢?因为我们为了保障三峡工程的安全进，实施了大规模的减灾工程。例如，仅涉及重庆三峡库区的地质灾害隐患点共有3671处，其中673处实施工程治理，482处实施搬迁避让，其余2516个隐患点确定为群测群防或专业监测项目。这必然会大大的减少三峡地区地质灾害发生的机率。

　　另外，我国大渡河流域的水电开发，其中对大冈山水电站的开发过程中，为了保障电站的安全，建设者对大坝周围某一侧的山坡进行了大面积的护坡工程处理，光是深达几十米的预应力铆索，就做了几千根。这不仅完全杜绝了边坡自然灾害的出现，而且就是在发生地震等灾害的时候，这些工程措施往往也能够保障电站附近已经保护的边坡不会发生地质灾害。

　　这种用工程措施治理地质灾害的情况非常普遍，而且治理的效果也非常明显。根据我们对汶川大地震后的震损调查，我们发现，所有经过工程处理的水电站的边坡，居然没有一处发生了问题。由此可见工程处理措施的地质减灾作用之可靠。

　　很多不了解情况的人曾批评说水电工程会引发地质灾害，其实，这是一个严重的认识误区。考虑一个工程的边坡稳定，我们决不能忽视工程当地的原始地质条件和历史背景。目前，社会上有一些责怪水坝建设引发地质灾害的说法都非常滑稽。没有修建水坝之前，如果地质灾害严重，反对人士就会大谈该地区地质灾害如何如何严重，绝对不能修建水坝（例如，以前说三峡不能建坝，现在又有人说怒江不能建，说西南地区地质脆弱不能建水坝）。可是，当水坝建设者们，用科学的方法和手段，克服了当地的复杂地质条件，治理、减轻了地质灾害，并成功的建设了水坝之后。他们就会立刻摇身一变，把该地区原有的地质环境危险性全都抛开不谈。此时，一旦再发生任何地质灾害，就立刻变成了是修建水坝所造成的地质灾害。例如，我国怒江地灾区目前的地质灾害非常频繁，沿着一条江边的公路每年发生的大小地质灾害也有上百起。然而，如果你进行了水利水电开发，尽管你能够成功的治理了其中的99起，剩下一起地质灾害，还可以被人诬蔑说成是水利水电工程造成的。

　　事实上，所有科学规划开发建设的水利水电工程，都一定具有某种减少地质灾害的作用。除了直接采取的工程措施之外，水力发电对河流的消能作用，也是一个重要的减少地质灾害的过程。

　　二、水力发电利用河流的能量将大大减少造成地质灾害的成因

　　有一位反对水坝建设的人士曾经评论怒江说“老天爷既给了你丰富的水能，也给了你一个崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的重灾害区。”。这位反坝的人士对于怒江水能资源与地质灾害总是相伴相随的关系的描述，听起来虽然只是一种迷信的解释，但是，它却是一种客观存在的普遍现象。因为，在全世界凡是水能资源丰富的地区，几乎都是崩塌、滑坡、泥石流地质灾害严重的高发地区。这是为什么呢？

　　因为，构成地质灾害的主要原因是地质条件和地形地貌。地质条件主要是指岩体的断层、纹理、分层、破碎程度和风化程度，地形地貌主要是指边坡的力学稳定性。能够造成地质灾害的地形的成因主要有两大类，一个是地球板块的运动（地震）所产生的不稳定的陡坡，另一个就是河流冲刷、切割所形成的陡坡。而在水能丰富的地区一般都是山高水急，河水带有极大的能量，它必然就要不断的深切河谷，冲刷岸坡消耗能量。其结果是造成河谷两岸的边坡越来越陡峭。当陡峭到了一定的程度之后，最后一定要通过发生崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害，来改变不断变陡的边坡。所以，地质灾害是在河谷不断被深切的情况下，必然会出现的自然现象。因此，凡是水能丰富的地区，由于河水中蕴藏着极大的能量，所以，一定都是地质灾害的高发地区。

　　在这种局面下，如果人们进行水电开发把水能用来发电之后，势必会大大降低水能对岸坡的冲蚀能力，使得河谷的不再被快速的深切、河流的发育趋于稳定，最终一定会大大减少地质灾害的发生。从总的概念上说，水电开发就是把江水切割岸坡的能量利用起来发电，造福人类。所以，从理论上说，水电开发之后崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的减轻，将是不争的事实。

　　具体来看，我国怒江地区的山高水急河水中的蕴藏着极大的能量。恰恰是因为怒江水流含有巨大的能量，长期冲击河谷，造成河床不断下切，周围的岸坡必须要不断地坍塌变形的必然结果。所以，怒江地区的地质灾害就特别频繁、特别严重。沿着一条几百公里的怒江公路，每年至少就有滑坡、崩岸、泥石流等地质灾害上百起。2010年怒江的贡山和保山先后都发生了造成了数十人死亡比较严重的泥石流灾难。这与当地水电开发不足不无关系。只有把水能资源利用起来发电，才能从根本上减少地质灾害产生的成因，从而减少地质灾害。如果不进行水电开发，怒江的地质灾害将永远无法避免。

　　比如，如果我们没有开发建设三峡，我们也不可能治理好三峡地区的地质灾害。因为，长江水流巨大的能量每天都还在不断的冲击边坡，切割河谷。随着河床的下切，总会有更多的新滑坡体出现。也正是因为这种原因，长江三峡地区一直就是地质灾害高发区，历史上曾多次出现整个县城毁于滑坡的灾难。解放后三峡库区严重的地质灾害，仍然极大地危害着库区两岸人民群众生命财产安全，仅从１９８２年以来，库区两岸发生滑坡、崩塌、泥石流近百处，规模较大的有数十处。如１９８５年新滩滑坡造成高达７０米的过江涌浪，其上、下游各１０公里的江段内近百条船只沉没。而我们开发建设三峡的目的之一，也就是要从根本上减少或者说杜绝三峡沿岸的地质灾害。

　　通过河流的消能可以减少地质灾害的理论，也已经得到了科学实验的证实。王兆印是清华大学水利系的知名教授。担任国际期刊International Journal of Sediment Research主编、世界泥沙研究学会秘书长，从事泥沙运动规律和江河治理方面的科研工作三十余年。王教授通过研究认为，崩塌和滑坡的动力其实都是来自河流的下切，下切的愈深，崩塌滑坡的势能愈大。他认为在河流地质灾害治理过程中要坚持四个方向，即：增加阻力，降低流速；控制侵蚀，减少河流输沙能力；增加水面面积和生物栖息地的连通度；保护和修复河流自然景观。 

　　具体的说，治理滑坡、崩岸和泥石流等地质灾害的关键之一是要消能。清华大学在云南有一个试验基地，已经进行了常年的现场试验。没有治理前的08年当地一条河谷的年泥石流土方量达到了170万方，到09年治理后则只有2万方了。具体的消能方法，要针对不同的情况，采取不同的措施。在他们试验的激流河段，他们采用了一种“阶梯深潭”结构的消能形式。具体来说就是让河流形成阶梯状，河流从上一级阶梯上流下来之后就跌入下面的深潭。在深潭中河水相互的碰撞消能之后，再跌入下一个阶梯的深潭进行消能。这样就把一个急流的河段的河水能量分级消耗掉，不让它构成对岸坡的冲刷和切割。在季节性洪水的山沟里，可以错落的摆放一些大石头，增加水的阻力，同时起到消能的效果。

　　通过“阶梯深潭”结构消能，与水力发电消能虽然做法不一样，但通过消能可以减少和水对岸坡的切割，最终会减少地质灾害的发生的道理是相同的。王教授在无法进行发电的河流中，采取了一种特殊的结构来达到消能的目的。然而，在大多数河流中最好的消能方式恐怕没有比进行水力发电更有效了。

　　对于，王教授的试验项目，特别应该强调的是，如果只是建些挡水坝，不实施消能是没有减灾效果的。消除泥石流的根本要素是要把能量消耗掉，同时还要把水放下去，如果只是通过在山沟里建立小型堤坝的方式阻挡泥石流，往往很难达到治理的效果。实践证明，泥石流堵是堵不住的，必须想办法消能。目前，我国很多被用来阻挡泥石流的小堤坝，只能阻挡小的泥石流或者延缓泥石流的发生时间。由于小堤坝并不能消能，只能积蓄着能量，最后这些小堤坝一旦垮掉，反倒变成了大的泥石流。所以只阻挡，不消能解决不了地质灾害的问题。

　　因此，在长年流水的河流里最好是建水电站。把河水的能量利用起来，不让它去制造地质灾害。所以，水电建设是最重要的地质减灾手段。此外，在水电站建成之后，由于水库的形成，能够增加周围的水汽，有效地改善周围的局部小气候，有利于植被的快速生长，从而进一步改善环境减少地质灾害的出现。我们知道很多地质灾害的产生原因，与植被遭破坏、水土流失直接相关。所以，一般来说水电站建成之后到发挥出最佳的地质减灾效果，还要有一段时间。只有当水电站建成几年之后，促进了周围的植被的生长，防止了水土流失，水电的地质减灾效果才能充分发挥出来。可以说水电站建设的时间越长，它的地质减灾效果就越明显。

　　可见，通过水电站消能治理地质灾害需要一个过程，具有明显的滞后性。不仅如此，一些水电站建成后的蓄水的初期地质灾害反倒有所的增加的现象，也是非常正常的。

　　三、水库蓄水初期的水位波动有利于释放潜在的地质滑坡体

　　因为水库建成蓄水后，由于水位上升的侵蚀作用和堆积作用，在新的水边线地带开始了库岸形成的过程。特别是在水库突然泄水时，由于原有的水位比较高，边坡在水中浸泡后土壤当中的空隙水压力增加，而突然的泄水导致水位急剧下降，土壤中的孔隙水压力来不及变化，而边坡外部的静水压力突然丧失，土体内外压力的不平衡常常容易导致边坡的失稳和滑坡的发生。

　　一些反水坝的极端环保人士常常把新库岸形成过程中的可能会发生一些地质灾害现象，当成是水库加剧地质灾害的一个理由。前不久，有二位地震大仙（徐道一和孙文鹏）被反水坝组织利用来炒作反对怒江水电开发。一个经常造谣反水坝的报纸就这样报道说过“关于地质灾害，支持建坝的人有不同的观点。有的人认为，大坝建好后，原来湍急的水流会变得平缓，是一个水的消能的过程，有利于减少地质灾害。孙文鹏不同意这种说法。他说，水库高坝蓄水后，会引起库区岸坡不稳定，可能导致大面积滑坡。滑坡又可能造成很高的库区涌浪，对大坝构成威胁，或形成堰塞体，对水利工程和沿江下游形成威胁。”

　　其实，发生这种情况的前提，是需要边坡本身就具备产生滑坡(或者说潜在的滑坡)的水文和地质条件。在这种地质条件下，即便没有水库的水位变化，如果在连续的强降雨的情况下，只要边坡的土壤吸收了足够的水分，也可能会造成同样孔隙水的压力加大，从而容易产生滑坡的现象。例如，09年台湾省的8.8暴雨泥石流和我们去年8.8的舟曲泥石流。这些其实都是一些潜在的地质滑坡体在暴雨中得到了释放。 

　　也可以说，如果不具备产生滑坡的潜在的地质条件，水库水位变化也不可能造成滑坡。
反之如果边坡本身具备水库水位变化造成的滑坡的地质条件，说明边坡本身就具备了滑坡（或者说是潜在的滑坡）的地质地貌条件。在连续的强降雨，或者某些特殊情况下（如地震）同样也可能会产生滑坡、崩岸和泥石流。

　　水库的建造和蓄水不是制造出了滑坡，而是为原有不稳定的地质滑坡体，提供一个集中释放的机会。一般来说，不稳定的地质灾害一旦被释放之后，就不会再出现了。下面两张照片，就是汶川地震后坝高132米高的沙牌水库的库区和下游边坡的情况比较图。因为沙牌水库在发生地震时已经建成了10年，库区内的边坡因为经过了工程减灾措施处理和初期蓄水的“免疫”考验，已经释放了所有的地质滑坡体，所以无论再遭遇到特大暴雨，还是特大地震，都不会再发生地质灾害。而下游的天然岸坡还有很多潜在的滑坡体存在，一旦遭遇地震或者大暴雨，完全有可能发生滑坡、崩岸或者泥石流灾害。 

 

　　可见，水电开发最终将有助于减轻当地的地质灾害。

　　目前我们所见到的现实也是，我国西部的水能资源丰富，开发程度却很低，而且开发的时间还普遍比较晚，因此，一些已经进行了开发的地区的水电建设的地质减灾效果，往往还无法充分的发挥出来。所以，目前我国西部地区地质灾害的发生和损失普遍都比较严重。然而，由于我国东部的经济发达，水电开发建设的比较早，而且绝大多数水电资源都已经基本上开发完毕，因而，我国东部发生滑坡、泥石流等地质灾害的几率就明显的低于西部。

　　从国际上来看，情况也是一样。法国是世界上水能资源开发利用最充分的国家之一。开发程度接近100%。由于河水的能量不会再用来冲击河谷制造地质灾害，因此，同时样是水电开发非常密集的法国的地质灾害，却非常非常少。

　　总之，根据前面的分析，我们可以得到结论：凡是发生在沿江河流域的地质灾害，几乎都可以在修建水电站之后得到明显的减轻，甚至是从根本上的治理、杜绝。可归纳为3点：

　　1、科学建设的水电工程不仅不会制造地质灾害，而且还将减轻地质灾害。水库初期蓄水所引发的滑坡频发，不过就是我们把未来若干年内，遭遇暴雨、地震可能引发的随机滑坡，都提前引发出来的“免疫”过程。只有这样，未来的水库库岸才会变得更安全、更稳定。

　　2、对于具体的水电工程而言，尽管建坝后把河流冲击河谷的动能用来发电，将从根本上减少地质灾害的发生。水电工程建设当中对危险滑坡体的工程处理措施，可以大大的减少滑坡的危害。但是，由于我们人类目前还不可能完全通过工程措施解决所有的地质灾害，所以，水库的蓄水是对前面施工阶段工程处理之后还不能完全消除的滑坡体或者说是潜在的滑坡体，提供一个集中释放的机会。可能会出现短期的地质灾害增多的现象，但这个时期绝不会太长久，更不是在增加地质灾害。

　　3、理论和现实都已经证明：从长远来看，科学的水利水电工程建设的地质减灾作用是毋庸置疑的。
 


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