水利水電工程中地質災害預防與地質環境保護對策探討

王自高，何 偉 ，王 昆

（1.成都理工大學環境與土木工程學院，四川 成 都 6 10059；2.中水顧問集團 昆 明勘測設計研究院，云南 昆 明 6 50041）

0 引言

水利水電工程環境地質問題，一直是水利水電工程勘察、環境評價、設計、施工和運行監測共同關心的一個重要課題。在人水和諧、維護河流健康的理念指導下，近年來，我國水利水電工程建設在協調開發與保護的關系上取得了突出進展，有關認識也得以不斷深化。至2011年，我國水電裝機容量已達2×108kW，穩居世界第一，但我國水資源、能源資源緊缺以及西部欠發達地區需要快速發展等一系列尖銳矛盾，決定了21世紀仍將面臨著繁重的水利水電建設任務。

隨著國家“西部大開發”及“西電東送”戰略的實施，一大批水利水電工程相繼開工建設。同時由于水資源分布的不平衡，跨流域、跨地區引水（調水）工程越來越多，水利水電工程建設規模越來越大。在復雜的地質背景下，高壩大庫、深埋隧洞、大跨度地下洞室、長引水工程、高邊坡不斷涌現，地質災害問題越來越突出。工程建設活動誘發或加劇了地質災害的發生和發展，不少地質災害不僅使工程建設工期拖延，投資增加，生態環境受到一定影響，而且對人民生命財產造成危害。因此，加強水利水電工程地質災害預防措施研究，做好地質環境保護工作，目前顯得非常必要。

1 地質災害成災特點分析

水利水電工程地質災害的發生具有時空分布規律，主要表現在以下方面：

（1）前期：主要是在一定范圍內開展勘測設計和科研工作，對地質環境影響較小，但是工程場址主要受自然地質災害（包括滑坡、崩塌、泥石流等）的危害。

（2）建設期：是工程地質災害集中發育期，特別是建設初期，是工程地質災害（包括邊坡工程和地下工程地質災害）高發期，其中尤以臨建工程（如導流工程、進場道路工程、臨時營地、堆棄渣場等）地質災害發生頻率最高，同時還受到自然地質災害的影響，地質災害對人身財產安全、建設工期和工程投資直接或間接產生影響（如1989年1月漫灣電站施工期左壩肩滑坡）。

（3）運行期：是工程與自然的磨合期，尤其是運行初期，是水庫工程與地基工程地質災害高發期，地質災害直接威脅工程安全（如地基滲漏與變形、水庫誘發地震及滑坡涌浪等。眾多大型水利水電工程建成后存在的工程地質問題主要就是水庫庫岸穩定問題。如2003年7月13日，三峽工程蓄水初期，湖北省秭歸縣千將坪村山體突然下滑1542×104m3，造成15人死亡，9人失蹤，經濟損失嚴重。

由于地質災害的產生在時間上具有突發性，在空間上具有隱蔽性，在機制上具有復雜性，不管是建設期，還是運行期，地質災害一旦發生，其對水電工程建設與運行危害都是比較嚴重的，影響也是比較深遠的。大量工程實例證明，工程地質災害的危害具體表現在以下幾個方面：①對人身財產安全的影響；②對工程進度的影響；③對工程投資和效益的影響；④對工程質量和安全的影響；⑤對生態環境的影響。

根據工程建設特點、主要工程地質問題的性質特征及成災對象，可將水利水電工程地質災害問題劃分為水庫工程地質災害（包括由水庫大流量滲漏、庫岸再造、水庫滑坡涌浪、水庫淤積、水庫浸沒、庫岸巖溶塌陷及采空區塌陷、水庫誘發地震及其它工程地質問題等引發的災害）、邊坡工程地質災害（包括崩塌、滑坡、巖土體大變形、潛在不穩定巖體、坡面泥石流等）、地基工程地質災害（包括地基巖土體大變形與滲透破壞、地基大流量滲漏、地基塌陷及地基失效等）、地下工程地質災害（包括坍塌、片幫和冒頂、巖爆、圍巖大變形、流沙、涌水、地下泥石流及地下水侵蝕等）、移民工程地質災害五大類型。

水庫工程地質災害的產生主要與庫水作用密切相關，受客觀因素的影響較大，多半是難以避免的，但是其危害程度是可以控制的。一方面是對因為水庫蓄水改變庫區特定的水文地質條件，在水重力荷載、孔隙水壓力、毛細水壓力及滲流作用下，產生的水庫大流量滲漏、浸沒、塌岸、滑坡復活、巖溶塌陷、誘發地震等可以預測，但難以避免；另一方面，對水庫調度運行不當或工程失事導致庫水位驟降，動水壓力加大，加重庫岸再造的產生，以及庫區人類活動，加劇水土流失，加之暴雨產生滑坡、泥石流，增加水庫泥沙淤積等災害，則可以通過加強管理來減輕危害。

邊坡工程、地基工程及地下工程地質災害的產生是自然因素與人為因素共同作用的結果，與環境地質條件、設計水平、施工技術和組織管理等多方面因素有關，受主觀因素的影響較大，除地下工程不可預見因素較多，部分地質災害（如涌水、放射性物質、有害氣體等）難以避免外，多半是可以避免和進行控制的。

移民工程選址不當、規劃設計不合理、在庫岸影響區后靠安置等，均會產生地質災害。另外山洪地質災害及遠程地質災害對移民工程也會造成危害。如2010年7月27日，受暴雨的影響，四川省漢源縣萬工鄉雙合村一組二蠻山突發大型覆蓋層滑坡，滑坡順山谷而下，運動過程中轉化為碎屑流，沿溝堆積長約1720 m，高差682 m，體積240×104m3，造成萬工移民集鎮重大人員傷亡及財產損失。

水利水電工程是一項系統工程，涉及面廣，影響范圍大，地質災害與地質環境及工程建設活動密切相關，既相互依存，相互作用，又相互影響，地質災害的發生多為綜合因素引起，是自然因素（包括地形地貌、巖土體類型、降雨、地質構造、地震及水文地質條件等）與人為因素（包括勘測設計、施工處理及建設管理等方面）共同作用的結果，既有自然災害，也有人為災害。巖（土）體結構特征控制巖體穩定，同時也控制了地質災害的成因類型、規模大小及其危害程度。人類工程活動（如開挖、堆載、爆破等）誘發或加劇地質災害。

2 地質災害預防與地質環境保護措施探討

水電工程是一項系統工程，歷經規劃、勘測、設計、施工建設到運營管理等過程，與參建各方密切相關，地質災害問題涉及工程規劃設計及建設的全過程，與移民安置、生態環境保護及工程安全等重大問題均有關系。由于人類還不可能完全通過工程措施解決所有的地質災害，所以進行有效的預防顯得尤為重要。根據水電工程建設特點及地質災害成因機制與成災特點，宜采取綜合預防措施，能避免的要盡量避免，對引起地質災害的人為因素要加以有效控制，不能避免的要進行有效預防，防患于未然。實踐證明，只要采取有效的預防措施，許多地質災害是可以避免的，這就要求項目建設的各個階段和環節均應充分重視地質災害的防治工作，從源頭上控制地質災害的產生和最大限度地避免地質災害造成的損失。根據水電工程特點，筆者認為水利水電工程地質災害的綜合預防措施應包括以下幾方面：

2.1 做好地質勘察，因地制宜設計

水利水電工程前期勘測設計工作是水電項目建設各階段中關鍵的一項工作，扎實的前期工作是工程順利建設、達標投產、安全運行，并取得效益的前提和保證。水利水電工程地質災害大部分與人為因素有關，其中最直接的原因就是勘測不到位、設計不合理。實踐證明，工程地質勘察工作是水利水電工程規劃、設計、施工等極為重要的前期基礎工作之一。如果前期不首先對工程地質條件進行全面、深入的研究，就無法選定最佳的工程場址，更無法確定適合地形地質特點的建筑物類型、樞紐布置和科學的施工方法，地質災害就在所難免。設計是工程建設的靈魂，脫離實際地質環境的不良設計，會誘發和加重地質災害，并留下安全隱患。因此做好前期地質勘察，依靠科技進步，提高勘察設計水平，科學合理、因地制宜地進行水利水電工程設計，是預防地質災害最直接、最有效的手段。不少工程（特別是中小型工程）因勘察設計工作不到位，選址不當，導致業主決策失誤，形成“騎虎難下”的建設局面，既拖延工期，又增加投資，造成重大經濟損失。

2.2 開展地質災害評估，落實防治措施

進行地質災害危險性評估是為水利水電工程建設相關的立項、征地、投資決策、合理確定開發方案及地質災害防治工程設計等工作，提供科學依據，防止工程建設遭受地質災害的危害，使國家、企業或人民群眾的生命、財產受到損失，避免由于預防和治理地質災害失策，不合理地增加工程建設投資，或者影響企業的經濟效益。

根據《地質災害防治條例》（國務院令第394號），水利水電工程地質災害危險性評估工作應在可行性研究階段進行，且地質災害危險性評估不替代建設工程各階段工程地質勘察或有關的評價工作。對地質災害危險性要做出正確的評價，必須與工程緊密結合，既要進行科學的預測與評估，又要提出有針對性的預防措施，并在水利水電工程建設全過程中加以認真落實。金沙江阿海水電站即因業主重視，防治措施落實到位，施工期未發生大的地質災害，確保了工程建設又好又快地進行，實現了提前發電目標。

2.3 強化施工管理，確保質量安全

不少工程邊坡變形破壞、地下洞室坍塌冒頂、臨時圍堰潰決或被沖毀均與施工質量有關，包括施工方法不當、施工質量差及工程搶險留下隱患等等，導致了很多可以避免的災害發生。施工質量是工程質量與安全的基礎和保障，是工程產生經濟社會效益的前提。水利水電工程建設是綜合性的實施過程，在注重勘察設計質量的同時，要重視工程建設質量，強化施工管理，發揮好建設監理的作用，切實加強施工質量控制，確保工程質量安全。

2.4 加強預測預報，及時有效處理

地質災害難以避免，但可以預防。加強施工地質，對地質災害進行超前預測預報，是水電工程施工中不可缺少的環節，是一道至關重要的工序，對于指導施工，確保巖（土）體穩定是必不可少的，尤其是地下工程。大量的工程實踐證明，對巖（土）體穩定性加強超前預測預報（如地下工程采用地質雷達與地質分析相結合的超前預測預報，地基與邊坡工程采用變形監測預報等），對有安全隱患或已變形開裂甚至局部失穩破壞的巖土體進行及時有效處理，是有效防治地質災害發生或發展、減小危害程度、降低工程建設風險的重要手段。

小灣水電站壩前2#山梁飲水溝堆積體邊坡開挖過程中，監測發現堆積體邊坡出現了變形，及時采用邊坡監測數據庫分析處理系統，對表面變形資料、典型測斜孔資料進行統計回歸分析，跟蹤監測的變化速度及加速度，并進行預報。通過及時有效的綜合治理，使得已整體變形的邊坡穩定了下來，避免了災害的發生。

2.5 明確責任主體，完善管理體系

（1）水利水電工程地質災害的產生與人為因素密切相關，根據《地質災害防治條例》（第三十五條）規定，因工程建設等人為活動引發的地質災害，按照誰引發誰治理的原則，由責任單位承擔治理責任。

（2）認真貫徹建設項目“三同時”的規定，切實保證安全設施與主題工程同時設計、同時施工、同時投入生產和使用，嚴格按照國家有關規定實行工程建設招標投標制、工程監理制、業主負責制和設計責任終生制。

（3）切實搞好水庫區的全面管理工作。如水位控制與科學調度、開發性移民與合理安置規劃、庫岸綠化與水土保持等。許多地質災害問題直接影響著移民生活環境，做好水庫移民區的建設規劃和移民安置工程的減災防災工作，對水利水電工程建設的持續發展都是至關重要的。

2.6 重視水情預報，采取防汛措施

汛期，是水利水電工程地質災害的多發期，據統計70％ ～90％的崩塌、滑坡、泥石流發生在汛期。由于降雨形成的洪水導致圍堰潰決、河岸沖刷及泄洪霧化等對水利水電工程建設造成危害。不少大、中型水電工程施工期都曾經發生山洪引發的泥石流及滑坡造成重大人員傷亡，以及發生圍堰潰決、河岸沖刷導致設備損失和工期拖延的事故。

水利水電工程抗洪能力相對較弱，安全度汛工作是防汛工作的重點和難點。汛前應對工程建設區的地質災害隱患點進行排查，將隱患點的監測和地質災害易發區的巡查任務落實到具體責任人，建立和完善群測群防體系，確保人民生命財產與建設工程的安全。汛期應加強水情預報，及時采取防范措施。

2.7 進行長期監測，建立預警系統

監測資料能反映各種自然和人為因素的綜合影響和各種環境地質問題的動態變化。由于巖（土）體變形與破壞是一個漸進的、由量變到質變的變化過程，加之客觀地質條件的復雜多樣性，要準確預測預報變形與破壞發生的時空關系是較為困難的，因此應采取巡視檢查與長期監測相結合的因地制宜的預防措施。

對樞紐工程區的高邊坡、危巖體、所有建筑物邊坡（特別是曾經產生過變形或破壞但已經過綜合處理的邊坡），除施工期要加強監測外，運行期應視具體情況進行長期監測。通過運行期監測，特別是水庫運行初期的監測，可以正確地預測其發展趨勢，以便發現問題，及時采取補救措施。新疆開都河柳樹溝水電站泄洪洞進口邊坡施工期產生大塌方（邊坡高差150余m，塌方150×104m3），由于監測到位，預報準確，及時采取應急措施，撤離現場工作人員，避免了傷亡事故發生。大渡河瀘定水電站2號泄洪洞出口邊坡塌方也因為進行了成功的監測預報，避免了人員傷亡。瑞麗江一級水電站右岸進水口邊坡因未及時支護產生了大范圍變形，由于及時建立了穩定監測系統，對局部失穩邊坡進行了成功預報，確保了工程安全。

對于水庫工程區，按照“檢測預報、群測群防、搬遷避讓”的原則，對現在還沒有變形失穩跡象、但預計將來可能失穩的有移（居）民點的庫岸邊坡，應加強觀察并進行必要的監測，對邊坡穩定性進行預測預報；對可能誘發地震的水利水電工程，應設立地震監測網站，適時監控蓄水后地震情況，發現新的隱患或災情，及時通報，并進行妥善安置處理。

2.8 保護地質環境，促進和諧發展

在保護生態的基礎上有序開發水電，做到促進經濟建設和保護生態環境并重。水利水電工程是系統工程，涉及工程建設區和影響區的地質環境、生態環境及人文環境等問題。如工程區域穩定性（包括地震安全性及誘發地震可能性）、開發建設必要性、方案技術可行性與經濟合理性、地質災害危險性與建設場地適宜性、工程建設對陸生生態與水生生態及自然景觀（或保護區）的影響、文物古跡及民俗文化的保護、土地與礦產資源淹沒、移民安置規劃與生產資源恢復重建等，依據國家的法律法規及相關規程規范，均要進行專門的評價和論證，并需要經過有關部門的審查和批準。其中生態環境是較為敏感的話題，從工程規劃、勘測設計到開發建設，越來越受到社會各界的關注。生態環境是地質環境的“屏障”，對地質環境起著巨大的保護作用，而地質環境是生態環境及人文環境的“載體”，也是地質災害產生的物質基礎，它們相互作用，相互影響，相互制約，又相對統一，形成完整的生態—地質—人文環境系統。水利水電工程建設涉及面廣、影響范圍大，要獲得持續、健康、穩定的發展，實現工程建設與自然環境的和諧，必須更加重視地質環境保護，做好地質環境影響評價工作，包括地質環境監測，地質災害防治，地質環境治理，地質遺跡、景觀和古生物化石保護等。

西部自然地質災害較發育，地質環境脆弱，而很多地區吃水難、用電難和發展難等問題非常突出，建設水利水電工程是不可替代的選擇。由于工程活動會進一步誘發或加劇地質災害，并對地質環境產生影響，因此，在水利水電資源開發建設中，加強地質環境保護顯得更為重要。

3 結論

（1）水利水電工程是國民經濟的基礎產業，它給國民經濟建設和人民生活帶來巨大利益的同時，也會對環境產生許多不利的影響，形成特有的環境地質問題。我們應當充分估計到可能產生的危害，能避免的要盡量避免，不能避免的主動采取預防措施，防患于未然，使水利水電工程更好地、更長久地發揮作用。做好地質災害預防工作，不僅具有巨大的經濟效益和社會效益，還具有潛在的環境效益。

（2）水利水電工程開發建設是認識自然、改造自然、利用自然的過程，只有充分地認識自然，才能有效地利用和改造自然。地質災害總是受所在自然地質環境控制，由于地質環境的復雜多變性，地質災害是不以人們主觀意志為轉移客觀存在的，但是，只要對地質環境有充分的認識和了解，做好地質勘察與地質災害評估、設計、加強預測預報并采取防汛措施，地質災害是可預防的。和諧與可持續發展的社會應當具備適度承受災害風險的能力及科學地應對災害和主動防災減災行為。

［1］王自高，錢康，楊海江.天生橋一級水電站水庫環境工程地質問題分析［J］.成都理工大學學報，2001，28（s）：19-24.WANG Zigao，QIAN Kang，YANG Haijiang.Analysis on reservoir geological environmental problems for Tianshengqiao-1 hydropower project［J］.Journal of Chengdu University of Technology，2001，28（s）：19-24.

［2］王自高.天生橋一級水電站導流洞圍巖變形失穩分析及塌方處理［J］.紅水河，1995，14（4）：62-66.WANG Zigao.Analysis on deformation Instability and collpse treatment about surrounding rock of diversion tunnel for Tianshengqiao-1 hydropower project［J］.Journal of Hongshui River，1995，14（4）：62-66.

［3］王自高，何偉.水利水電工程地質災害問題分類探討［J］.地質災害與環境保護，2011，88（4）：35-40.WANG Zigao，HEWei.Classifying geo-hazard problem in relation to hydropower and water resources engineering［J］.Journal of Geological Hazards and Environment Preservation，2011，88（4）：35-40.

［4］劉起霞，李清波，鄒劍峰，等.環境工程地質［M］.黃河水利出版社，2001.LIU Qixia，LIQingbo，ZOU Jianfeng，et al.Environmental engineering geology［M］.Huanghe Water Conservancy Press，2001.

［5］羅守成，等.試論水電工程施工期地質災害［M］.北京：地震出版社，1995.LUO Soucheng，et al.Discuss about the geological disasters of hydropower engineering construction［M］.Beijing：Earthquake Publishing House，1995.

［6］姜云，李永林，李天斌，等.隧道工程圍巖大變形類型與機制研究［J］.地質災害與環境保護，2004，15（4）：45-51.JIANG Yun，LI Yonglin，LI Tianbing，et al.Research on large deformation type and mechanism of surrounding rock for tunneling engineering［J］.Journal of Geological Hazards and Environment Preservation，2004，15（4）：45-51.

［7］王賢能，黃潤秋，黃國明.深埋長大隧洞中地下水對地溫異常的影響［J］.地質災害與環境保護，1996，7（4）：23-27.WANG Xianneng，HUANG Runqiu，HUANG Guoming.Groundwater influence on geothermal anomaly in buried deep tunnel［J］.Journal of Geological Hazards and Environment Preservation，1996，7（4）：23-27.

［8］朱玉方，水電項目前期工作研究［J］.紅水河，2010，29（6）：79-84.ZHU Yufang.Study on prophase work of hydropower projects［J］.Journal of Hongshui River，2010，29（6）：79-84.

［9］許強，董秀軍，鄧茂林，等.2010年7.27四川漢源二蠻山滑坡—碎屑流特征與成因機理研究［J］.工程地質學報，2010，18（5）：609-622.XU Qiang，DONG Xiujun，DENG Maolin，et al.The Ermanshan rock slidedebris flow of on July 27，2010 in Hanyuan，Sichuan：characteristics and failure mechanism［J］.Journal of Engineering Geology，2010，18（5）：609-622.