水利水电工程环境地质问题思考dg1

水利水电工程环境地质问题思考

黎友添1李宁新2

（1广州市市政工程设计院广州510611 2中水珠江规划勘测设计有限公司广州 510611）

摘要水利水电工程地质勘察历来重视环境工程地质问题的研究与预测。但是，由于种种原因，水利水电环境地质问题研究现状堪忧。本文不仅从技术层面提出需要加强研究的若干问题，而且从政策层面提出加强制度建设的建议，呼吁水利工程地质同行积极开展水利水电环境地质问题的研究，既努力满足新时期治水思路对水利工程地质的要求，又能为水利工程地质专业开辟新的生存空间。

关键词环境地质问题水利工程地质地质灾害评估环境地质评估

引言

虽然，水利水电工程地质勘察历来重视环境工程地质问题的研究与预测。规范[1]及手册[2]为水库坍岸、水库浸没等环境工程地质问题提供了相应的预测评价方法。但是，由于种种原因，水利水电环境地质问题研究现状堪忧，企业化后的水利勘测单位尚难满足新时期治水思路对水利工程地质的要求。

本文针对水利水电环境地质问题研究现状，初步分析了造成环境工程地质问题未受重视的原因，不仅从技术层面提出需要加强研究的若干问题，而且从政策层面提出加强制度建设的若干建议，呼吁水利工程地质同行积极开展水利水电环境地质问题的研究，既努力满足新时期治水思路对水利工程地质的要求，又能为水利工程地质专业开辟新的生存空间。

1水利环境地质问题研究现状堪忧

1.1 水利环境地质问题研究现状

虽然，水利工程地质勘察历来重视环境工程地质问题的研究与预测，规范[1]及手册[2]为水库坍岸、水库浸没等环境工程地质问题提供了相应的预测评价方法。但是，从技术层面看，由于地质环境的区域性及水库工程条件的差异性，不同地区、不同类型的水库，环境工程地质问题各具特色，现有的预测评价方法（模型）不能满足要求；从政策层面看，随着水利水电工程的投资多元化和水利水电工程勘测设计单位的企业化，主动深入开展环境地质问题研究的单位越来越少，但随着人们环境意识的增强，被揭露出的新的水利环境地质问题却将越来越多，而且随着人类对河流施加的影响越来越大，新的水利环境地质问题在不断暴露，把水利水电环境地质问题简单作为地质灾害评估不能满足要求。

企业化后的水利勘测单位面临困惑：一方面，虽然水利水电大规模开发带来了大量新、老环境地质问题，却难有深入开展环境地质问题研究的机会；另一方面，水利工程地质业务随水利投资逐渐减少，大量地质技术队伍面临无“正”事可干。

总之，“大量的问题没有解决”与“大量的技术人员没有事干”并存，水利环境地质问题研究现状堪忧。

1.2现状堪忧的原因

水利环境地质问题研究现状堪忧，其原因初步分析如下：

1）随着水利水电工程的投资多元化，业主（尤其是企业化业主）为追求经济利益最大化，难免刻意回避环境工程地质问题；

2）水利水电工程勘测设计单位的企业化后，水利勘察企业需要以“全心全意”为业主服务为宗旨。因此，对传统环境工程地质问题的分析评价，很难避免业主的“指引”，难保预测评价结果的客观、科学；对“水库移民选址的宜居性问题”和“水库化学浸没问题”这类仅仅是可能存在的环境地质问题，更是不可能由勘察设计企业提出来“给业主添乱”。

3）由于不同流域地质条件及水库工程条件的差异，源于北方河流的预测评价方法不能适应南方河流的要求；预测结果不准亦成为有些业主有意回避水库环境地质问题的借口。

4）受传统工程水利观念制约，技术审查部门更多地关心工程建筑物的安全性和工程项目的经济性，环境工程地质问题对项目的审查通过几乎没有影响。

5）国土（地质调查）部门的地质灾害评估结论也多与勘察报告结论基本相同，对项目的审查通过同样没有影响。而且地质灾害评估也是在建设之前完成的，仍属于预测性评估，对运行期是否致灾缺乏监控。

2若干技术问题

2.1河槽型水库环境工程地质问题的预测

大江河干流中下游水利水电工程充分考虑了水库淹没的影响，多采用低水头多梯级开发，正常蓄水位限制在河流一级阶地附近，水库多呈河槽型水库。不少枢纽因为各种原因抬高水头而需要靠两岸堤防挡水成库，形成正常蓄水位高于两岸一级阶地的平原水库。近几年来，低水头梯级越来越多地以环境水利或资源水利工程的形式出现，如广东省潮州水利枢纽为代表的韩江干流梯级开发、东江水利枢纽为代表的东江中下游梯级开发和北江清远梯级

等，河槽型（含平原型，下同）水库的水库坍岸、水库浸没等环境工程地质问题颇具特色，水库浸没问题还对低水头梯级开发举足轻重。实践证明，规范[1]及手册[2]预测评价方法不适用，需要根据具体情况进行水库环境地质问题预测评价。

2.1.1水库坍岸

河槽型水库正常蓄水位限制在河流一级阶地附近，由于基岩库岸稳定性普遍良好，一般不存在较大规模的基岩不稳定体。一级阶地前缘的土质库岸坍岸问题成为河槽型水库主要环境地质问题之一。

长期以来，水库坍岸预测一般按照手册[2]提供的预测方法进行。该方法与文献[3]源于北方黄土库岸的计算方法一致，主要依据长期波浪（磨蚀）作用形成的磨蚀角作外推性预测，适用于具宽阔库（湖）面的黄土库岸。据此方法，对南方河槽型水库，一般预测长期坍岸仍可达50m。为了减少预测的坍岸宽度，有的研究者采用调整水下稳定磨蚀角的方法，修正水库坍岸预测[4][5]。

工程实践表明，对南方河槽型水库，按照手册[2]提供的预测方法，预测结果明显偏大，即使采用调整水下稳定磨蚀角的方法，预测结果仍然偏大[6]。

笔者认为，手册[2]提供的预测方法失效的主要原因有：内因是南方一级阶地土质不同——南方一级阶地粘性土没有湿陷性，而且粘性大而抗冲能力强；外因是河槽型水库库水面狭小，不具备产生长期强烈的波浪冲刷（磨蚀）作用。已有的河岸冲刷坍岸属于在“迎流”或“座弯”等不利部位的“急流”冲刷，水库蓄水后反而因“急流”变“缓流”而不再继续冲刷，绝大部分小规模水库坍岸源于船浪，只有水位骤降条件下才出现局部较大规模的水库坍岸。因此，水库蓄水后，土质库岸稳定问题类似土坝迎水坡的抗滑稳定问题和坡面抗冲刷问题，最不利的工况应该是水位骤降条件下的土坡（迎水坡）的抗滑稳定。

以“迎水坡的抗滑稳定问题和坡面抗冲刷问题分析”为基本思路，开展南方河槽型水库坍岸预测新模式的研究，有望从根本上解决预测结果不准的问题，避免因预测结果明显偏大成为业主不考虑防护的借口。

2.1.2水库浸没

正常蓄水位限制在河流一级阶地附近，而河流一级阶地又是人类主要聚居场所，因水库蓄水抬高河水位导致两岸地下水位雍高而产生水库浸没，是河槽型水库主要环境地质问题之

一，而且经常成为低水头梯级开发举足轻重的问题。

长期以来，水库浸没预测一般按照规范[1]及手册[2]提供的预测方法进行。工程实践表明，对南方河槽型水库，大部分预测结果明显偏大[6]。研究表明[7]，一级阶地土质及水文地质结构特殊，水库蓄水后，岸后地下水随库水位抬高而上升至上部细粒土（弱～微透水层）底面以上，形成具“渗而不流”特征的岸后承压渗流场。不同于潜水雍高形成的浸没，岸后承压渗流场作用下形成的浸没实质是粘性土盖层的“饱和浸没”或“弱结合水浸没”。通常采用的地表（挖沟）排水系统对粘性土盖层“饱和浸没”不仅难于奏效，而且人为挖薄粘性土盖层的部位，易变成产生“管涌”的薄弱部位。建议采用压渗（填高）复耕的方法，既可以增加盖重，以抗衡作用于盖层底板的承压水压力，避免堤脚附近发生有害“管涌”，同时将浸没区全面填高至一定高程再作复耕，可以彻底避免粘性土盖层的“弱结合水浸没”。

2.2新的环境地质问题

2.2.1 上游枢纽对下游河道（堤防）的影响

珠江三角洲地处珠江各大江河的下游，堤防地基浅层普遍存在较厚层软土（淤泥或淤泥质粘土），堤前岸坡主体由软土构成，抗冲稳定性差，且堤前一般缺失外滩保护，凹岸冲刷、深槽迫岸现象较严重。堤基存在的浅埋软土抗剪强度低，堤前岸坡坡脚冲深失稳，将直接危及整个堤基的抗滑稳定。调查表明，珠江三角洲堤防各历史险段几乎都是因此而生，抗冲稳定问题及其引发的堤基的抗滑稳定是珠江三角洲堤防最主要的工程地质问题。如江新联围著名的六十丈险段1995年滑坡；景丰联围著名的赤顶险段滑坡，长达100m的堤身随地基滑入西江；中顺大围存在的险工险段有16段，占全堤段的12.6%，各险工险段均是岸坡的抗冲稳定问题引起的抗滑稳定问题。

此外，由软土构成的堤前岸坡对河道冲淤变化非常敏感，这是珠江三角洲堤防的重要特征，也常常是珠江三角洲堤防的致命隐患。

西江中上游正在进行大规模水利水电工程建设，上游枢纽对下游河道（堤防）的影响如何？虽然西江中上游普遍存在水土流失现象，干流上大部分水利水电工程存在水库淤积问题，但是一般出现在水库的库尾地段，表现为大量泥沙将在库尾地段沉积形成江心洲或水下沙滩。这与文献[8]提出的“坝下河床由于大坝拦洪蓄水,减少了原江河迳流量或江河断流,从而引起河道淤积"认识有不同。这种库尾淤积的长期累积，对下游必然产生类似于长江三

峡水利枢纽的“清水下泄”的结果，由此可能造成下游河道遭受较强的冲刷作用，加上滥采河沙难于控制，对建于深厚软土之上而又对河道冲淤变化非常敏感的珠江三角洲堤防而言，“清水下泄”的负面影响显然更加严重，因此必须引起高度重视。

2.2.2 水库移民选址的宜居性问题

为了避免出现由于水库移民搬迁产生“癌症村”的恶果，水库移民选址的场地适宜性评价不能仅仅停留在场地稳定性评价，还需尽快开展水库移民选址的宜居性问题研究，建议增加对地球物理场（放射性）和地球化学场（重金属等有害元素）探测。

2.2.3 水库化学浸没问题

水库蓄水后，岸后地下水随库水位抬高而上升，一旦河水位抬高至上部细粒土（弱～微透水层）底面以上，即在广阔的一级阶地形成岸后承压渗流场。彻底改变了一级阶地含水层的水动力条件——由“动水”变为静水；也从根本上改变了一级阶地含水层的水文地球化学环境——由氧化变为还原。

由于南方省气候温热湿润，化学风化作用强，大量Fe3+等变价离子以铁锈的形式赋存于一级阶地含水层或其下伏基岩全风化带。含水层的水文地球化学环境由氧化变为还原，铁锈将被溶解，大量Fe3+等高价离子将变为Fe2+等低价离子并溶于水，使地下水富含Fe2+等低价离子。而且，随着富含Fe2+等低价离子的地下水通过民井或抽水暴露，Fe2+等低价离子又将变为Fe3+等高价离子并形成铁锰质胶凝体，不仅对饮用水质造成不利影响，还可能在耕植土层底部形成铁锈层，影响农作物生长。至于富含Fe2+等低价离子的地下水背景是否产生新的生物地球化学问题，如对种植的农作物品质（尤其是对人的安全）有何影响，有待进一步研究。

此外,岸后承压渗流场作用下形成的“弱结合水浸没”使粘性土盖层形成“离铁”化，对粘性土盖层的物理力学性质有不良影响，将对其上建筑物有何不良影响，亦有待进一步研究。

3 政策性问题

根据水利部新时期治水思路，水利工作者必须承担起水利建设与生态保护两副重担，要深入研究水利工程对生态环境的影响，规划设计、工程建设、运行管理等各个阶段都要重视生态环境保护工作，提出相应的对策和措施。“维护河流健康生命”新理念的提出，不仅有利于恢复水利水电工程重视环境工程地质问题的传统，而且对水利环境地质问题的研究提出

了更高的要求，为水利环境地质问题研究的深入开展和全面发展提供了良好机遇。

最近几年，水利部门加强了水利水电工程环境评价工作，但其中的环境地质问题仅停留在传统水库工程地质问题上，对新的水利环境地质问题未能有效覆盖。更令人担忧的是，目前似乎有一种不好的倾向——把水利水电环境地质问题简单地作为地质灾害问题，“送交”国土（地质）部门研究。

地质灾害[9]是指由于自然产生和人为诱发的对人民生命和财产安全造成危害的地质现象，主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等。对于水利水电工程，水利水电工程还有特有的水库坍岸、水库浸没、水库淤积、水库诱发地震等环境地质问题。广义上，主要由地质原因造成的病险水库及病险堤防亦可视为环境地质问题。实际上，由于水利水电环境地质工作技术要求高，大部分非水利水电勘测单位缺乏技术支持，各水利水电项目地质灾害评估几乎都是以其勘察结论作为其评估结论，同样是受到业主“指引”的结论。这种评估，技术上不能发现新问题，甚至起不了完善勘察结论的作用；政策上，作为审批必备文件，它的形式上的通过，可能掩盖了实际存在的环境地质问题。

企业化后的水利勘测单位面临困惑：一方面，虽然水利水电大规模开发带来了大量新、老环境地质问题，却难有深入开展环境地质问题研究的机会；另一方面，水利工程地质业务随水利投资逐渐减少，大量技术队伍面临无“正”事可干。因此，水利工程地质专业需要根据水利部新时期治水思路，恢复水利水电工程重视环境工程地质问题的传统，更加积极开展水利环境地质问题的研究，既努力满足新时期治水思路对水利工程地质的要求，又能为水利工程地质专业开辟新的生存空间。

4 对策探讨

1）尽快完善对水库环境工程地质问题分析评价。建议对已建水利水电工程开展环境地质问题的后评估，对已致灾的工程按“谁致灾谁治理”的原则，监督业主治理，既可以尽快治理水利水电工程诱发的地质灾害，又可以为完善相关预测评价方法积累经验。

2）对一些新的公益性问题的研究，包括上游枢纽对下游河道（堤防）的影响问题、水库移民选址的宜居性问题、水库化学浸没问题等，需要水利技术主管部门牵头，联合相关单位，开展水利环境地质问题专项调查，为全面开展水利水电工程环境地质评估提供技术依据。

3）长远来看，需要尽快建立水利水电工程环境地质评估制度，既满足新时期治水思路对水利工程地质的要求，又能为水利工程地质专业开辟新的生存空间。建议首先以流域为单位，从流域机构开始试点，水利水电工程环境地质评估纳入技术审查和工程建设管理。

参考文献

[1]水利水电工程地质勘察规范(GB50287-99)[M].北京：中国计划出版社，1999

[2]水利水电工程地质手册[M]. 北京：水利电力出版社，1985

[3] 水利水电工程地质[M]. 北京：水利电力出版社，1978

[4] 左小平等，湖南径流式电站水库土质岸坡坍岸预测浅析, 湖南水利水电[J],2001(5)

[5] 尹跃进，刘明寿，湖南已建水库库岸再造特征与规律研究，湖南水利，1999(3)

[6] 李宁新，广东若干水利环境地质问题浅析，工程地质学报[J],2006增刊

[7] 李宁新，双层堤基承压水“渗而不流”模式初探，人民珠江[J],2002(2)

[8] 杨培星等，广东水利水电建设中的环境地质问题探讨，人民珠江[J],1998(5)

[9] 地质灾害防治管理办法（1999），国土资源部第4号令发布

作者简介黎友添，男， 1963年月出生，广东省平远县人，1983年大学本科毕业，2005年获中山大学理学硕士学位，长期从事工程地质工作，现任广州市市政工程设计院高级工程师。

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