水利工程與地質環境的相互影響

盧天文

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴陽 550001)

水利工程與地質環境的相互影響

盧天文

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴陽 550001)

水利工程對環境的影響是極為深遠的，并分為有利影響和不利影響兩類。其有利影響主要表現為水利工程的綜合效用與價值，主要體現在防洪、發電、水資源利用等方面;不利影響主要表現為對環境的影響，主要體現在生態環境、地質環境等方面。文章主要針對水利工程與地質環境在相互影響過程當中所涉及到的關鍵問題做出了簡要分析與說明，希望能夠為后續相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與借鑒。

水利工程;地質環境;影響;分析

1 工程地質環境系統分析

工程地質環境是工程建設環境和地質環境兩大系統的疊加，是工程化的地質環境，并不是兩者的簡單線性疊加，兩者相互依存、相互制約，構成統一的系統。表現為工程環境適應地質環境和地質環境適宜工程環境的作用與反作用的關系。它與水、氣、生態環境進一步組合形成更大的一個具有人類活動的全球化系統，與人類社會經濟環境的生存和發展息息相關。工程地質環境系統結構示意圖，見圖1。

圖1 工程地質環境統一系統結構示意圖

2 水利工程對地質環境的影響分析

在水利工程項目建設過程中，前期需要對河床進行開挖。同時，還需要對河岸兩側進行削坡等。以上項目施工均會導致施工區域內自然植被、土壤、巖石結構穩定平衡受到不良的影響。一旦施工過程中某個環節操作不當，則極有可能引發大面積滑坡、坍塌等安全事故。特別是對于水庫工程項目而言，由于其大壩自身重量大，在蓄水狀態下蓄水產生的水壓力更大，這部分水壓力可能通過水庫大壩壩體傳遞至周邊地基基礎以及巖體結構當中，誘發水庫地震等地質災害問題。具體而言，在水利工程項目建設過程當中，其相對于地質環境的影響可以概括為以下3個方面:

2.1 水利工程對地震活動的影響

對于大規模水庫而言，項目建設后期蓄水狀態下可能誘發地震，這一點已成為共識。早在1967年所召開的國際大壩會議已提出:不少無震區因受到大型水庫建設項目蓄水影響，蓄水狀態下產生破壞性地震的可能性極大。更加關鍵的一點是:在水庫初期蓄水過程當中，水庫蓄水深度及蓄水量均持續增加，水庫區地殼原有的地應力分布被持續破壞，從而誘發地震，特別是新第三紀以來，受到新構造運動活躍區域因素的影響，導致水庫對地震作用力的誘發機制更加顯著。在以上條件下誘發的地質活動具有以下4個方面的特點:①地震震中相對于水庫距離較短，多在25 km范圍之內;②地震震源深度較淺，多在10 km范圍之內;③地震烈度水平較高;④地震作用力破壞性較大。同時相關研究人員也指出:對于大規模的水庫工程項目而言，其蓄水過程與地震活動的誘導因素直接相關性表現極為顯著。但受水庫蓄水活動影響而產生的地震震級相對較低，多在6.5級范圍之內。

從水利工程項目建設的角度來說，為盡量避免誘發地震，應當注意以下4個方面的問題:①水庫建設過程中，應當避免將水庫大壩選址確定在地質條件較差、斷裂發育延性不均勻、地震活動相對活躍的區域;②若所選址區域存在以上特點，則需要在大壩壩型以及建筑材料選擇方面，關注其抗震性能的優越性;③在水庫建設完成并驗收合格后的初期蓄水期，一旦出現微小地震跡象，則需要對水庫水位升高速度進行合理控制，避免過多的受到地震波動影響;④在水庫運行期，需要由專人負責開展地震作用力的觀測工作。

2.2 水利工程對庫岸穩定的影響

對于水庫而言，在蓄水狀態下，受到水位變化因素以及波浪作用力因素的影響，可能會導致水庫原岸坡結構的平衡性徹底被破壞，從而進一步激發包括山體塌滑、以及山體滑坡在內的安全性問題。舉例來說，三門峽水庫在其蓄水兩年時間過程當中，共發生1.7億m3的庫岸坍塌事故。意大利瓦伊昂壩上游2.5億m3山體在30 s時間內滑入水庫庫區，由此引發了極為嚴重的壩頂溢流事故，造成了數千人的死亡事件。因此，為盡量避免水利工程項目建設對周邊地質產生不良的影響，在水庫蓄水前就需要對岸坡進行削坡處理，盡可能早地發現潛在的滑坡山體結構并予以清除，并做好蓄水安全鑒定。同時，還需要做好水庫排水工，以及結構加固工程措施，應急預案等非工程措施。

2.3 水利工程對水庫滲漏的影響

在水利工程蓄水狀態下，大壩壩基所承受水頭可能會出現一定程度的滲透問題。若水庫庫區邊緣山脊過于單薄，或存在一定程度的溶洞、以及溶槽現象，則一方面會導致滲透漏水量增大，另一方面還會對周邊地質條件以及水文條件產生嚴重影響，最終影響整個水庫項目的綜合運用。而對于污水庫、以及尾礦庫而言，一旦出現滲漏問題，則還有可能污染地下水，對周邊地區環境生態產生嚴重的影響。針對這一實際情況，在水利工程項目建設完成后，應對其滲漏情況進行長期監測，針對滲漏量加大的部位，采取必要的防滲加固措施，以最大限度地減小水庫滲漏量。

3 環境地質對水利工程的影響分析

環境地質可能導致水利工程項目在建設過程中，出現以下3個方面的問題:①動力工程地質問題(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目順利建設，需要對以上環境地質現象的發育規模、發展趨勢、發展速度進行綜合調查、研究、預測，提出相應的工程技術措施，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個方面的內容:

3.1 水體環境對岸坡滑動的影響

相關實踐研究經驗證實:治坡需要以治水為基礎。其主要原因是:受到水分以及水作用力因素的影響，導致相關巖土體結構的抗剪強度明顯較低。同時，其所對應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，導致岸坡結構穩定性大打折扣。同時，還需要注意的一點是:從地質構造的角度上來說，其與滑坡動力之間的對應關系也是極為顯著的。軟弱夾層，風化作用形成的風化裂縫、風化夾層地下水作用形成的泥化夾層等均為易形成滑動面的構造面［1］。這些構造面結合水系的作用無疑是雪上加霜，加劇了動力工程地質破壞。滑坡基本都與地下水系和地表永系的分布、存在的方式、運動方向或趨勢等方面關系密切。

3.2 環境地質中的砂土液化

水庫工程在蓄水狀態下，受到地震作用力的影響，飽和粉土、粉砂會帶動孔隙水壓力顯著提升。與之相對應的是，土體結構中的有效應力顯著降低。在此狀態下，絕大部分的沙礫會以懸浮狀態存在于水體中。與此同時，與之相對應的抗剪強度以及承載作用力均會顯著提升，引發以冒砂、噴水為標志的各種地震液化現象。相關研究結果同時表明:在8℃以上的地震烈度作用影響下，基本能夠使其進入飽和狀態，從這一角度上來說，基于對水利工程安全性的考量，必須對其進行液化判別，同時還需要針對關鍵性水工建筑物，做好必要的抗震設防設計。

［1］石青青.論水利工程地質勘察質量與地質分段［J］.商品與質量·學術觀察，2012(09):276.

TV221.2

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1007-7596(2014)05-0191-02

2013-11-21

盧天文(1962-)，男，貴州貴陽人，高級工程師，從事水利工程建設與管理工作。