水電建設中土石方開挖對生態環境的影響

宋曉晨 馮高峰 徐東升

水能同太陽能、風能、地熱能、海洋能等一樣,都是可再生的能源。相對于以傳統化石燃料為能源的電力工程來說,水電工程所帶來的直接環境污染和生態影響要小很多。然而,它仍然對環境和生態造成了不可小覷的污染和破壞。因而大型水電建設對生態環境的影響[1]分為規劃設計階段的影響、施工階段的影響和運行管理階段的影響,充分體現了對環境保護的重視[2]。

1 水電工程建設施工階段對環境生態的影響

需要特別強調指出的是,水利水電工程建設過程中對環境和生態的破壞比建成后的更為嚴重,許多負面影響不僅在施工期間,而且在水庫、電站運行后的很長時間都難以消除,其中影響最大的就是開挖工程[3]。

1.1 水電工程建設中的施工開挖

1)主體工程開挖。主體工程首先是大壩壩基開挖。重力壩壩基一般要求挖到新鮮基巖,或者至少也要挖到微風化層,保證基巖與混凝土之間有足夠的抗剪強度。拱壩開挖的重點是壩肩,要清除有軟弱夾層或破碎帶的巖體,保證拱座巖體在壩體的推力作用下有足夠的穩定性。當地材料壩的壩基開挖要求雖然較低,但也必須剝離覆蓋層,清除表層松動、破碎的巖石。在山區建設的水電站,由于大量的施工開挖,往往造成高陡邊坡,為保證這些邊坡的長期穩定性,常常需要采取復雜的工程措施。

2)施工輔助工程開挖。a.場地平整。施工用的輔助工程如:混凝土拌和樓、砂石骨料場、鋼筋場、鋼管廠、機械修理廠、大型施工機械的停放場等,都需要平整出寬敞的場地,對地基有一定的要求。另外,施工單位和業主生活區也需要有一定面積的平整地面。這些往往需要大方量的開挖,然而在工程建成后,往往人去樓空,留下一片狼藉。b.道路修建。首先壩址區的進場公路往往里程較大,施工開挖的土石方量很大,還有就是在主體工程、輔助工程、生活區域相互之間,往往都需要許多臨時性的施工道路。c.料場開挖。大壩、廠房等混凝土工程需要大量的砂石骨料,河灘上天然卵石和砂料往往是要么數量不夠,要么質量不行,通常都需要人工開采。至于當地材料壩更是主要依靠開山采料、制料。合乎質量要求的巖層有時埋藏較深,那就不僅要將覆蓋層挖除,還要將上面質量不符合要求的巖層都挖掉,于是形成大片的荒山禿嶺。d.危巖、陡坡和滑坡的處理。由于卸荷作用,近岸山體常因岸剪裂隙發育形成不穩定的危巖體;有的天然岸坡很陡或穩定性不足;壩址區和水庫區常有可能復活的古滑坡存在。

1.2 施工開挖對生態環境的破壞

1)植被和覆蓋層挖除。土石方開挖,首先要清除的就是植被和覆蓋層,覆蓋層的開挖使植物喪失了生存的必要條件——土壤,土壤的喪失使工程建成后恢復植被極為困難。

2)水土流失。大范圍土石方開挖本身就相當于人為地造成大面積徹底的“水土流失”。開挖留下了許多裸露邊坡,其坡度一般都比天然邊坡要大,一到雨季,水、土直瀉而下,加重了水土流失的環境災難,嚴重者可能導致泥石流。

3)潛在地質災害增加。主要是那些公路邊坡、料場棄渣邊坡、施工場地開挖周邊的邊坡等,一般不會進行永久性加固處理。在暴雨、地震等影響下極易發生崩塌、滑坡和泥石流等地質災害。

2 巖石力學在生態環境保護中的作用

巖石力學應當在幫助工程的設計和施工,將對環境和生態的消極影響降到最低,這是巖石力學學科不可推卸的責任[4,5]。

2.1 減少土石方開挖

為了盡量減少開挖,在工程設計之初,應該優化建筑物的結構和尺寸,對天然巖體應盡量保護,加固巖體以提高其承載能力,而避免采用簡單挖除的辦法。

2.2 減少邊坡開挖

用隧道代替傍山削坡的公路,用引水隧洞代替順山坡開挖成的明渠,用地下廠房代替坡上布置的明廠房等。從而減少開挖量,減少對天然地表的植被的破壞,減少潛在地質災害發生的幾率。

2.3 詳細勘探和研究,減小巖體認識的不確定性

應當盡量加深對巖體的認識,力求弄清巖體的極限承載能力,充分發揮天然巖體的潛力,確定改造加固巖體所能達到的限度。在設計中增大可靠度、減小對安全裕度的要求,從而減少不必要的工程開挖量。

2.4 充分利用巖體的自穩能力和承載能力

1)基礎處理。只要基巖巖體的強度指標和變形指標達到了設計要求,或者不低于作為替代物的混凝土的指標,就應當保留在基礎中不要挖掉,不必一定要挖到新鮮巖體。

2)危巖處理。風化、軟弱巖體或被斷層、節理切割的破碎巖體,在開挖擾動、產生新的臨空面后容易形成危巖體或不穩定塊體,對它們應當盡量采用加固措施,少用簡單的挖除辦法。

3)邊坡穩定。針對邊坡中影響穩定性的軟弱夾層、斷裂破碎帶、節理密集帶等局部問題進行加固處理,盡量減少簡單采用減小坡度的辦法增加邊坡穩定性,力求減少開挖量。

3 結語

一切工程建設都要圍繞可持續發展,從長遠利益出發,因而在設計施工的過程中應該提高以下幾點認識:

1)水利工程在設計的初期,不僅要考慮設計樞紐建筑物和工程本身,還應包括認識工程對環境和生態條件的影響,制定如何消除負面影響、保護環境和生態條件的相關措施;

2)在進行水電工程設計時,應將工程放在具體的地質、環境和生態的條件下,考慮工程建設和當地人民生活、生產、經濟發展等多方面聯系和影響;

3)水電工程設計過程中的經費預算應將工程對生態和環境的影響,以及為消除負面影響而采取保護措施的費用包含在內;

4)水電工程施工過程應該嚴格按照設計流程施工,監理部門應該做好嚴格監督的作用,督促施工過程中對環境的保護。

[1] 朱黨生.水利水電工程環境影響評價[M].北京:中國環境科學出版社,2006.

[2] 曹永強,倪廣恒,胡和平.水利水電工程建設對生態環境的影響分析[J].人民黃河,2005,27(1):56-58.

[3] 方子云,鄒家祥,鄭連生.中國水利百科全書:環境水利分冊[M].北京:中國水利水電出版社,2004.

[4] 董學晟,田 野,鄔愛清.水工巖石力學[M].北京:中國水利電力出版社,2004.

[5] 董學晟.巖石工程與環境保護[J].長江科學院院報,2009,26(4):22-26.