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1、小黑江水电开发 审视西南水电开发的地质风险和泥沙问题（杨勇） #TRS_AUTOADD_1235540494765 MARGIN-TOP: 0px; FONT-SIZE: 12pt; MARGIN-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 1.5; FONT-FAMILY: 宋体#TRS_AUTOADD_1235540494765 P MARGIN-TOP: 0px; FONT-SIZE: 12pt; MARGIN-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 1.5; FONT-FAMILY: 宋体#TRS_AUTOADD_1235540494765 TD MARGIN-TO
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3、NT-FAMILY: 宋体/*-JSON-:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0,p:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0,td:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0,div:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12p
4、t,margin-top:0,margin-bottom:0,li:line-height:1.5,font-family:宋体,font-size:12pt,margin-top:0,margin-bottom:0-*/ 2022年10月22日下午拍摄的小天都电站，闸门紧闭，下游没有一点水，河床袒露。 汪永晨/摄 21世纪前20年中国社会经济发展目标是：到2022年国内生产总值较2000年翻两番，达到45万亿元人民币，届时人均GDP约要达到3.3万元人民币。为实现这一目标，全国电力装机要达到9.3亿千瓦，按2022年全国电力装机6.2亿千瓦，其中水电装机1.29亿千瓦，规划水电装机届时要达到
5、3.28亿千瓦。因此，在剩余的12年中，水电装机要增加1.101亿千瓦，这意味着在此期间每年要新增装机1600多万千瓦。同时，我国还规划建设一系列跨流域水资源调配工程。中国的河流开发建设的规模和强度是人类历史上前所未有的。 主见大力开发水电的人士认为，国家经济发展须要电力能源支撑，削减环境污染须要提高水电所占比例，我国水能资源开发利用，特殊是西南水电开发利用程度比发达国家低，开发空间很大。我国水电开发主战场集中在西南地区的大江大河长江上游岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江以及这些河流的支流水系。 进入21世纪以来，我国水电建设进入前所未有的迅猛发展时期，特殊是西部大小河流上呈现出同时启
6、动，以及集群、无序、失控开发的态势；出现投资主体多元化、集团化、布局密集、高坝大库、装机超限、手续不全、环评滞后，以及生态、移民、国际、金融等问题。 依据国内外水电建设的阅历教训和横断山地区独特的地理位置，就当前西南横断山水电开发的态势，我们应当仔细谛视和探讨，特殊要重视其地质风险和泥沙问题。 风险：在地震断裂带上修建水电工程 横断山脉位于青藏高原东部，印度板块与欧亚板块相接、至今地壳运动仍旧最猛烈最困难的造山带，是扬子板块与冈底斯印度板块之间巨型造山系的组成部分。其特点是活动性断裂构造非常发育，挤压、褶皱、隆起并伴随着引张、伸展、裂陷，形成冷谷相间的纵列地貌和山间断陷盆地（湖泊），为江河发育
7、和水能富集创建了有利条件。随着青藏高原第四纪期间的快速隆起，周边河谷如岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江等河川的剧烈下切，形成了高山峡谷和滩多流急的河谷地貌景观，区域断裂构造体系如鲜水河断裂、龙门山断裂、安静河断裂、小江断裂、程海断裂、澜沧江、怒江断裂等常见的新构造活动，使剧烈地震沿着这些断裂带频繁发生，河谷两侧高陡斜坡地上大规模的山体倒塌、滑坡屡屡发生，临灾危岩地貌发育，高地应力区河谷剧烈下切卸荷而产生的大型危岩体，对工程建设和城乡平安带来了诸多不利影响。 近年来，国内外很多学者渐渐相识到在这些地质背景下灾变的可能性、对灾变和应变探讨的重要性，并且认为渐变、均变与突变（灾变）相结合的
8、非线性旋回演化是存在的，是全面相识地质规律的有力武器，灾变论旋回与地质旋回的探讨已受到地质学界的重视。 多旋回造山作用是横断山地区地质活动的突出特征，导致了几大地质构造体系在这里交接、复合、穿插、重叠，形成了北西向的青藏“歹”字构造体系、南北向的川滇经向构造体系、北东向的新华夏构造体系以及一些局部旋转弧形构造体系，一般都具有拉张、逆冲挤压等复性特征，特殊是在东部地区兼有左行走滑和旋转，龙门山断裂带南段则显右行走滑。在地貌上受这些构造体系的限制形成相应走向的山系山脉和河流。 发育在横断山脉的山间河流均受到地质构造的限制，而这些地质构造大多是活动性的，为地震多发带。 值得留意的是，金沙江、澜沧江、
9、怒江形成了独有的三江并流：从青藏“歹”字型构造带转折区起先始终由北向南同行，到了横断山脉中段金沙江突然掉头东去，一路上曲折拐弯，最终流向太平洋，造就了中国东部的滋润与旺盛。再看沿北东方向，雅砻江、大渡河、岷江等与金沙江具有相像特点，它们并行一段后，也是在沿着北东和北东东方向发生了曲折的拐弯，在雅砻江锦屏大拐弯刻画出与金沙江石鼓大拐弯相像痕迹的反“N”字形流向，大渡河、岷江也显示了不规则“L”型拐折的流向汶川地震的震中就位于岷江河湾的拐点处，沿东北方向200余公里的北川县重灾区也恰好位于涪江上游河湾拐点，这些河流拐点都是活动性断裂所限制经过的地方。河流受构造断裂限制，基本上遵循了区域困难地质构造
10、的展布规律。而横断山的水电工程大多建设在这些危急的河段上。 岷江紫坪铺电站的坝址和库区位于龙门山中心断裂和岷江河湾转折端；岷江上游干支流加上沱江、涪江、嘉陵江上游干支流的上一百零一座水电站建于断裂带上，在地震中受重创，60%的中小电站几乎不能复原。紫坪铺水库蓄水运行不到2年，就发生了地震。事实上，紫坪铺水电站在汶川地震后地质环境已经变更，上游新增数亿立方米的倒塌滑坡泥沙源可能导致水库寿命缩短，电站水库功能也难以复原到震前状态，许多平安隐患并没有解除。 大渡河瀑布沟电站位于北西向的道孚康定断裂（鲜水河断裂带）和北北东向的龙门山断裂带南端的结合部，大渡河在石棉发生拐折向东并在该段形成长约50公里的
11、宽谷地，瀑布沟电站利用这一河谷建设高坝大库，坝高186米，库容53.9亿立方米，而且其上下游均在进行梯级电站建设。在这样一个已经休眠了数十年的地质危急区，一连串的高坝大库一旦蓄水运行，对地质活动的影响应引起足够重视。 在锦屏山反“N”型大拐弯已开工建设锦屏、级巨型电站，上游一级坝高305米，库容77.6亿立方米，下游二级为裁弯取直大流量引水式电站，位于木里弧形断裂构造带和南北向的稻城剑川断裂带复合地质构造区，并有微板块缝合带显示，地质构造背景特别困难，地震地质探讨工作没有重大突破，地震活动性长期处于休眠状态，而相邻区在几一百零一年中已发生数次强震，在其上下游正在实施梯级开发，将形成一系列高坝大
12、库。 金沙江中下游石鼓以下规划13级（进入长江后还有石棚拟建，小南海在建，三峡建成，葛洲坝建成等四级），分别位于南北向的小江断裂带、安静河断裂、绿叶江断裂带，这些地区均为地震多发区。在建中的向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德以及虎跳峡一库八级，均为超巨型高坝大库电站，在金沙江中下游上首尾相连。虎跳峡一库八级布局在金沙江反“N”字型河湾，龙头电站水库布置在石鼓拐点一带，主要是利用该段金沙江板块缝合带的宽谷形成大库容，对下游梯级将补偿1101多万千瓦的出力。而这种布局和设计规模在地质上同样是危急的。 澜沧江和怒江处于板块缝合带和微缝合带，即澜沧江断裂带和怒江断裂带，为我国地震活动多发区。澜沧江和怒江并
13、列南行，分别进入南中国海和安达曼湾，是维系东南亚半岛的命脉，在中国境内分别规划有澜沧江13级，总库容515.26亿立方米，怒江13级，总装机2132万千瓦。 在困难的地质构造背景下，规划建设如此大规模的水电群，有关部门一再强调我国河流的水能开发程度低，与发达国家水能开发相比，开发空间很大。事实上，处于不同地质地貌单元的河流在开发程度上根本不具可比性。2022年夏天，我曾受邀考察美国水资源管理、河流开发等，发觉美国水电开发程度较高的河流大部分并不在地质活动断裂带上，其地质环境和自然生态环境也大大优于我国横断山区的河流。 地质学家们认为，中国西南地区的断裂构造，不论是单一断裂还是复合断裂，对地应力
14、场均有明显的影响，通过数值模拟的探讨，在西南广泛发育的复合型断裂构造，断裂交汇部位往往是应力集中区，即使是单一断裂，在断裂端部和断层几何形态的不同和各段的力学性质的差异，均能造成局部的应力集中，在横断山地区强震发生的空间分布上与这一结论有很好的一样性。见表横断山区域地震活动与断裂活动性的关系。 同时，地质学家们承认，各种因素对地应力的影响有一个精确的相识，还须要很长的过程，目前的相识仅仅是初步的。由于还缺乏在野外进行大面积地质体变形、变位的运动学和动力学探讨，不论是在基础地质探讨方面，还是在地应力、活动断裂、地震地质探讨方面，都还有一些重大问题至今未能很好地解决，如岷江上游（包括龙门山）地区的
15、构造等问题，主要断裂的活动性及新构造应力场发展演化问题都未进行系统探讨。总之，断裂构造和地应力之间关系的探讨并指导工程建设还需努力探究。 动力地质演化和灾变地质发生，是青藏高原近期隆升这一大陆岩石圈动力作用在地壳表层引起的一系列动力地质过程，在这一过程中，广泛发育的断裂活动对横断山区地貌的改造、高地应力的产生和地质灾难的发生起到了重要作用。 汶川地震使水电站破坏，造成了严峻损失：阿坝州岷江流域130座水电站受损（不包括柴紫坪铺电站），受损装机容量256.85万千瓦，占全州装机容量的90%，干脆经济损失151.53亿元，映秀湾、太平驿、福堂、渔子溪一二级基本全毁。汶川、理电网全面瘫痪，35千瓦以
16、上输电线路受损1638.5公里，造成干脆经济损失28.2亿元。四川省受损水电站470余座，装机容量330万千瓦，10千伏以上停运输电线路457条，倒杆（塔）85377根，断线31969公里。 水利部副部长鄂竟平2022年5月25日在国新办新闻发布会上告知，水利设施灾后的修复重建，包括应急除险在内，共需资金360亿元。 受损电站面临一系列难题：一是不能复原重建电站的投资回收和职工就业问题严峻；二是刚投入运行电站的还贷和收益受到巨大影响，预期效益难以实现，复原重建又需大量投入；三是很多大坝受损，厂房、开关站、输电线路受损严峻，上游和库区地质环境进一步恶化，运行成本增加。 多灾：横断山脉是地球上地质
17、灾难泛滥区 横断山诸河流特别的河谷地质地貌为倒塌、滑坡、泥石流和水土流失创建了有利的动力条件和丰富的物质来源，是世界上闻名的地质灾难泛滥区，正处于高发期。 中国地质调查局2022年公布的调查统计：长江上游地域宽阔，地形高差悬殊，地质环境条件困难，新构造活动剧烈，地震频发，岩体破裂，生态环境脆弱，环境地质问题非常突出，危害巨大。地质灾难主要有滑坡、倒塌、泥石流、岩溶塌陷等，是中国遭遇地质灾难危害最为严峻的地区。据初步统计，长江上游地区地质灾难总数达2.1万处(不含“512”汶川地震新增地质灾难数1.2万余处)，其中滑坡12678处，倒塌2568处，泥石流2756处，地面塌陷452处，不稳定斜坡2
18、858处，已造成11269人死亡，干脆经济损失230亿元；目前受地质灾难威逼145.4万人，威逼财产180亿元。 据有记载的统计，长江上游共发生堵江地质灾难91处，其中滑坡、倒塌堵江73处，泥石流堵江18处，造成9200人死亡，毁坏农田1611公顷，干脆经济损失1.7亿元。伴随堵江滑坡、倒塌发生的涌浪、回水沉没等灾难的危害更加巨大。1967年四川雅江唐古栋滑坡堵塞雅砻江9天，蓄水6.8108（上标）立方米后溃坝，溃坝后的洪水沿着雅砻江和长江而下，波及下游1010千米，洪峰高50.4米，最大流量5.3104（上标）立方米/秒；洪水冲垮沿江435间房屋，230公顷田地，8座马路桥和3座小水电站。1
19、933年8月25日，茂县叠溪发生7.5级破坏性强震，诱发大规模倒塌和滑坡阻断岷江，在较场旁边形成10个海子，造成6865人死亡，1925人受伤，房屋倒塌5780间；堵塞岷江45天后溃坝，水头高达60米，至200千米的都江堰时还高达12米，造成都江堰水利工程的渠道工程全部毁损。随着沿江一座座梯级水电站的建设，堵江地质灾难威逼的人民生命财产也日益增多。一旦发生堵江地质灾难，必将危及地质灾难体及其涉及范围内和上游沉没区内人民生命财产的平安。一旦溃坝，奔腾而下的洪水必将危及下游人民的生命财产平安，下游的梯级水电工程可能荡然无存，后果不可思议。 中国地质调查局在20032022年“长江上游主要地质环境问
20、题调查项目”中认为，水电开发工程所面临的重大地质问题主要有：河谷成因地质历史演化探讨薄弱；缺乏活动断裂发育分布规律及其活动性探讨；滑坡、倒塌、泥石流、岩溶塌陷等地质灾难发育分布与危害；堵江崩滑地质灾难体发育分布与危害；水库诱发地震；水库渗漏问题；库岸稳定性与库岸再造问题；水土流失与水库淤积问题；梯级水电工程开发对生态地质环境影响问题。 横断山诸河流有下列特征的山体倒塌滑坡：水流下切造成的山体临空扩大，山体失稳而发。历史上有数次特大型山崩记录，目前也存在着正处于临灾的危岩山体，体量数从千万立方米到数亿立方米；断裂破裂带中正在孕育生成的欲崩危岩；工程爆破(或者各类施工过程中适时集中大爆破)或地震发
21、生时形成的山体裂缝欲崩危岩等次生灾难，处于临灾之中。 山体倒塌滑坡埋没电站设施，阻断交通和输电线路，引发水库浪涌甚至翻坝；特大山崩阻断河流形成堰塞湖，溃决水头对大坝造成威逼，山崩区往往形成持续发育、具有周期性成灾特征的山崩区和泥石流源，丰富的物质源源不断地输入河流，侵占库容。 泥石流和水土流失：横断山区稀疏的植被，破裂的地貌，过度的土地利用和水电建设、矿山开发以及干热河谷特性，造就了横断山区成为地球上闻名的泥石流多发地和水土流失泛滥区，使区内不少地方丢失生态功能和生境条件。 泥石流在横断山诸河流的分布特征是成群成带分布，许多冲蚀支流成为泥石流的通道，在沟口处往往形成大型冲积扇并阻挡河流，光秃破
22、裂的山体往往形成破面泥石流，每年向河流输送大量泥沙物质，新的泥石流沟还在不断扩展。水土流失在区内成片分布，其面积占60%以上，年侵蚀物总量约20亿吨以上，大部分通过地表径流和泥石流输入河川水库。 据不完全统计，汶川地震灾区河流次生灾难新增地质灾难点面1.2万多处，产生崩滑泥石流物源10亿立方米以上，这不仅使灾区电站接着面临次生灾难的威逼，而且使水库蓄水条件恶化、水库功能消减，缩短水库和电站的寿命；一些高坝大库地质改变较大，坝体、坝肩内伤严峻，库区地质结构和地质环境变更，不稳定危岩增加，治理任务特别艰难，水电站平安隐患并没有完全消退；一大批在建电站技术经济指标发生变更，投资增加。 堵塞：横断山区
23、的河流是高产沙河流 水库泥沙问题始终是影响电站运行和寿命的关健因素，水库的退役电站报废主要是因为泥沙淤积所致。而报废水库特殊是大型水库的泥沙处置目前全世界都还不曾遇到过，也没有这方面的成熟阅历和技术。在高产沙河流河段的水库泥沙不仅淤积快速、导致库容锐减，在峡谷型库区，库尾抬高引发上游水患，更为严峻的是库尾大量的泥沙处置困难，在高产沙峡谷河流上建设一连串大型水库群，泥沙问题终将产生连锁反应。这种情形一旦发生，将使后人手足无措，黄河三门峡泥沙问题已给我们深刻教训。 横断山诸河流所处的地质构造和地质环境条件，坎坷的地形地貌加上人类长期的土地开垦和森林采伐，使这些河流成为多沙河流。以金沙江为例，多年来
24、输入长江三峡库区的泥沙为5亿吨以上，有的年份超过7亿吨（11010年达7.28亿吨），流域内年产沙量16亿吨以上，金沙江流域地跨我国地形的其次和第三级台阶，是西南地区的高侵蚀带，金沙江上游石鼓站（虎跳峡库区）年均输沙量为2.02亿吨，岷江高杨站年均输沙量0.495亿吨，汶川地震后数年内将是高产沙期，长江宜昌站年均输沙量5.14亿吨。可以看出，金沙江石鼓至屏山1010多公里是重点输沙江段，依据考察，该河段滑坡、泥石流非常发育，统计有近300条泥石流沟，近700处倒塌滑坡，欲崩临滑危岩体30亿立方米以上，同时还有快速发展的采矿、修路、水电站建设等活动产生的弃渣、尾矿等大量泥沙补给到河道中，导致该区
25、域对长江上游输沙贡献率高。依据近年的探讨，上述过程的增沙量超过退耕还林等措施的削减量，使金沙江屏山站的年输沙量呈递增趋势。 相比之下，美国河流的含沙量要少得多，对大坝库容影响不大。比如科罗拉多河的含沙量不高，主要因为其地质构造背景、地貌动力条件和植被覆盖率与我国横断山区的不一样。因此，美国水库的寿命相对长一些。 美国的大坝建设主要集中在20世纪三四十年头，至今大多运行了七八十年。2000年以来，美国在开发程度很高的哥伦比亚河流域一些支流实施了部分拆坝工程，许多是为了复原三文鱼的回游通道，复原自然河流，尽管拆坝对政府、业主都是一个难以决策的事，但在公众诉求和生态环境的压力下，哥伦比亚河流域的几十
26、座水坝将面临拆除。 而中国的河谷更脆弱，风化剧烈、地质灾难多、人为干扰大，导致中国水库寿命一般设计50年左右。大渡河的龚咀水库是20世纪70年头初期建设的，41年之后库容就被泥沙淤积2/3，当时就提出加高坝。 靠干支流一级一级的水库拦沙，只能短暂解决问题，或者说把问题转移到上面或别处，把后患留给后代，最终不能解决问题。泥沙还是要下来，淤积在水库堵塞河流，水库的防洪功能渐渐丢失，河道变更，成为恶性循环。 对策：我国能源战略是优化和节能 党中心提出，要把节能降耗、爱护环境和节约用地作为转变经济增长方式的突破和重要抓手。 应当留意到，我国目前正在主动推动节能减排和开发新能源，国家发改委2004年发布
27、中国首部节能减排中长期专项规划，其目标就是，每万元GDP能耗由2002年的2.68吨标煤提高到2022年的1.54吨标煤，形成节实力14亿吨标煤，相当于同期规划新增能源生产总量12.6亿吨标煤的111%，这相当于数亿千瓦的水电装机。 依据到2022年我国社会经济发展目标和节能减排中长期规划目标，应集中财力，开展科学技术创新，解决关键重大问题。 变更与发达国家比河流开发利用程度、比人均消耗能源，并拿简洁的理论隐藏量、可开发利用量、经济可开发量作为水电建设的理由和依据，变更“先开发、后爱护”、“先污染、后治理”是发展进程中必需经验的过程的观念，依据中国国情和自然状况制定水电发展规划； 优先选择具有
28、限制性、具有综合性功能的水利水电工程，为将来开发利用储备阅历和技术； 对现有水电站和电网进行优化完善，加强病险水库的修理加固，淘汰部分小水电和病险小水库； 集中财力复原建设生态屏障，发展旅游和生态产业，带动区域经济发展，引导公民追求健康环保和节约勤俭的生活方式； 矿产资源勘探和规划，重点优化发展，限制双高产业； 集中资金和技术，实现节能减排目标，我国河流面临的重要问题是污染治理和限制，要大力治理污染，优化产业结构，真正实现可持续发展和社会经济良性健康发展； 河流制定并优化大江大河流域规划，完善江河管理体制，为科学开发利用供应科学支撑和依据； 切实解决以往工程建设（特殊是水电建设）中移民的遗留问题和困难； 水电开发实现3个超越：变更折服自然为顺应和遵重自然，改单一水电、水利规划论证决策向环境、社会综合论证决策，改单纯水电效益到国家利益、公众利益和和谐发展。 作者系中国治理荒漠化基金会专家委员会副主任 来源：科学时报（2022-2-20 A2 视察） 第22页 共22页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页第 22 页 共 22 页