南水北調(diào)西線工程側(cè)仿—雅碧江引水線路工程地質(zhì)遙感研究

南水北調(diào)西線工程位于新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的青藏高原東北部,采用深埋長隧洞方案經(jīng)巴顏喀拉山輸水入黃河,工程區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害包括活動(dòng)斷層和地震、凍土凍害、高地應(yīng)力及巖爆、地溫異常、庫區(qū)岸坡變形等.其中,活動(dòng)斷層及地震是調(diào)水工程區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害.對(duì)主要地質(zhì)災(zāi)害的特征和破壞形式進(jìn)行了探討,并提出了有關(guān)治理措施

本書由中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院劉希林教授和華北水利水電學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院黃志全教授合著,由地質(zhì)出版社于2012年7月出版。全書分上、下兩篇共12章30萬字,全面展示了南水北調(diào)西線一期工程區(qū)泥石流、滑坡和崩塌災(zāi)害的分布規(guī)律、基本特征、危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、分區(qū)結(jié)果,以及對(duì)工程建設(shè)的可能影響,是論證半個(gè)多世紀(jì)以來,有

通過對(duì)南水北調(diào)西線工程區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景的回顧,運(yùn)用辯證的觀點(diǎn),初步分析了西線工程區(qū)工程地質(zhì)的辯證特征:①地層簡單,構(gòu)造復(fù)雜;②總體構(gòu)造復(fù)雜,局部相對(duì)簡單;③總體活動(dòng)強(qiáng)烈,局部相對(duì)穩(wěn)定;④巖體類型多樣,巖石強(qiáng)度差異性大;⑤巖性單一,巖石厚度巨大;⑥總體植被良好,外動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)育;⑦塊石料豐富,土料、礫石料缺乏;⑧復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造客觀上不可回避,主觀上可利用。認(rèn)為在相對(duì)不利的總體地質(zhì)特征背景下,可以尋找出有利的建設(shè)場地,滿足工程建設(shè)的需要。

在扼要介紹南水北調(diào)西線工程仁青里－崗龍引水線路斷層及春特征的基礎(chǔ)上，分8段詳細(xì)論述各洞段的主要工程地質(zhì)問題，并從10個(gè)方面進(jìn)行綜合工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，為線路優(yōu)化提供地質(zhì)依據(jù)。

西線南水北調(diào)雅礱江調(diào)水線路,初步規(guī)劃引水方式為抽水和自流兩種。設(shè)計(jì)引水流量217m~3/s,年調(diào)水最45億m~3。規(guī)劃的比較引水線路有四條。(1)長一恰自流引水線路。從雅礱江長須樞紐引水,利用深埋地下長隧洞引水穿越巴顏喀拉山,在黃河右岸恰給弄溝入黃河,線路長131km。(2)長一達(dá)自流引水線路。從雅礱江長須樞紐引水,隧洞引水穿越巴顏喀拉山至黃河支流達(dá)日河入黃河,線路長94km。

74歲的黃河水利委員會(huì)勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院(以下簡稱"黃委會(huì)規(guī)劃設(shè)計(jì)院")原副院長,南水北調(diào)西線工程設(shè)計(jì)總工程師談?dòng)⑽溆行┙箲],盡管他已經(jīng)退休.2009年度南水北調(diào)工程5000萬元的研究經(jīng)費(fèi)一直沒有下發(fā),相關(guān)研究人員不免感到慌張,尤其在東線和中線工程整體推遲的情況下,一些年輕人甚至萌生了退意.在南水北調(diào)項(xiàng)目上工作了一輩子的談?dòng)⑽浞浅Ｇ宄甓妊芯拷?jīng)費(fèi)暫停的可怕.57年的工作積累,還有堆積如山的資料,頃刻之間可能變得毫無用處,誰來最終為這件事情負(fù)責(zé)?

南水北調(diào)西線工程是改善西部地區(qū)缺水和改善大西北生態(tài)環(huán)境及確保工農(nóng)業(yè)牧業(yè)發(fā)展的工程。它不僅會(huì)使龍羊峽多年調(diào)節(jié)的大型水庫充分發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，提高黃河干流上各級(jí)電站的出力，還會(huì)推動(dòng)青海省東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益都會(huì)十分明顯。

前期準(zhǔn)備57年一波三折,工程投入太大,施工難度太高,預(yù)期效益難以確定,地方利益又打架……種種跡象顯示,南水北調(diào)西線工程要按計(jì)劃開工有些懸了!

從南水北調(diào)西線工程雅礱江調(diào)水線路的工程地質(zhì)條件出發(fā)，分析論證了三大自流引水線路和兩大抽水引水線路的優(yōu)劣，并對(duì)3條自流引水線路進(jìn)行了比選，推薦出優(yōu)化的引水線路。

從距黃河上游較近的大渡河、雅礱江、通天河三條河調(diào)水，調(diào)水量１６０億～１７０億ｍ～3，基本上能夠滿足黃河流域２０５０年左右需水要求。但是緊臨黃河流域的廣大內(nèi)陸地區(qū)，對(duì)水資源的需求仍有較大增長。在三條河調(diào)水方案規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對(duì)瀾滄江、怒江向黃河調(diào)水,進(jìn)行了初步的方案研究，作為西線調(diào)水的后續(xù)水源。后續(xù)水源方案可調(diào)水量１６０億～２００億ｍ～3，相當(dāng)于三條河總調(diào)水量,但是，調(diào)水工程規(guī)模浩大,應(yīng)在三條河調(diào)水工程實(shí)施后進(jìn)行深入研究。

基于工程實(shí)踐,探討西線一期工程區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的原則和基本思路,根據(jù)有關(guān)資料,給出工程區(qū)的穩(wěn)定性分區(qū),認(rèn)為西線工程位于基本穩(wěn)定區(qū),附近斷裂大多數(shù)不具有活動(dòng)性,壩址場區(qū)內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂和地震震中分布,沒有活動(dòng)斷裂穿越引水隧洞。隧洞圍巖主要為ii～iii類圍巖,局部為iv～v類圍巖,巖爆強(qiáng)度不高,圍巖大變形主要發(fā)生在板巖段和構(gòu)造破碎帶處,地質(zhì)條件適合tbm施工。根據(jù)水文地質(zhì)資料,給出各隧洞段的涌水量?？赡芤饛?qiáng)透水或涌水的地段主要在淺埋過溝段、向斜褶皺核部破碎巖體形成的富水段、斷層破碎帶及其影響帶。

應(yīng)用遙感和gis技術(shù),從1994年到2002年,對(duì)大型的南水北調(diào)西線工程進(jìn)行凍土、水文、地質(zhì)、土地覆蓋和自然生態(tài)環(huán)境調(diào)查研究,取得了良好的效果,確保了南水北調(diào)西線工程前期工作的順利開展。

該文設(shè)想構(gòu)建南水北調(diào)西線工程數(shù)字化平臺(tái)和虛擬環(huán)境,以完成多比例尺、多數(shù)據(jù)類型的水資源利用、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)與國土狀況信息的數(shù)字集成;通過西線調(diào)水區(qū)、輸水沿線、受水區(qū)和后備水源區(qū)的數(shù)字仿真手段,對(duì)不同現(xiàn)有及存在的可能調(diào)水方案的工程可行性、有效性等予以綜合分析和比選,并制定受水區(qū)水資源可持續(xù)利用與優(yōu)化配置方案。

利用30個(gè)站的1965—2000年日降水資料,分析了南水北調(diào)西線工程區(qū)的降水氣候特征、降水過程特征和降水極值特征.結(jié)果表明:該區(qū)多年平均降水量為520.5mm,年降水量等值線呈東北-西南向分布,由西北向東南遞增,半干旱區(qū)和濕潤地區(qū)年降水量的分界線在該區(qū)沿玉樹-清水河-大武-河南-合作-臨洮一線分布;降水過程大部分大于5d,降水集中在3d左右,過程降水量可分為緯向類和斜向類兩種,斜向類占大多數(shù),其中斜向類又可分為西北-東南向、東北-西南向兩種,以西北-東南向的發(fā)生較多.降水中心由西北向東南方向移動(dòng),或中心變動(dòng)不大,但范圍先加大后減小.在所有降水過程中,一日最大雨量出現(xiàn)在壤塘的頻率最高,其次為若爾蓋和臨洮;3d最大降水量最頻繁發(fā)生在臨洮,其次為壤塘和若爾蓋.18次過程降水極值分布與多年的年降水量大值區(qū)相對(duì)應(yīng).1965年、1984年、1992年過程降水偏弱,1981年、1989年、1999年過程降水偏強(qiáng).

在分析深埋隧洞巖爆破壞機(jī)制和地應(yīng)力條件的同時(shí),詳細(xì)論述了南水北調(diào)西線工程主要引水線路區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場特征及主應(yīng)力的大小、相互關(guān)系;根據(jù)地應(yīng)力、巖性等特征初步評(píng)價(jià)主要引水線路區(qū)隧洞圍巖發(fā)生巖爆的可能性

根據(jù)斷裂構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造的解譯標(biāo)志和野外考察的結(jié)果,在南水北調(diào)西線工程區(qū)內(nèi)確定了近200條斷裂構(gòu)造和26個(gè)規(guī)模和成因不盡相同的環(huán)形構(gòu)造。斷裂構(gòu)造分別沿nw,ne,近sn和近ew向分布,nw向斷裂為區(qū)域性的斷裂構(gòu)造,控制工程區(qū)內(nèi)地貌、水系等的發(fā)育。有22條斷裂構(gòu)造影像特征比較清晰,規(guī)模相對(duì)較大,而其中有8條nw向區(qū)域或主干斷裂對(duì)工程區(qū)輸水線路和相關(guān)壩址的穩(wěn)定性影響更加突出一些。但綜合分析的結(jié)果表明,全新世活動(dòng)的斷裂構(gòu)造并沒有穿越輸水線路;而穿過了輸水線路的區(qū)域性大斷裂自晚更新世晚期以來就基本停止活動(dòng),區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析也說明工程區(qū)處于一個(gè)相對(duì)安全島內(nèi)。環(huán)形構(gòu)造多為巖漿熱液作用的產(chǎn)物,它們的存在對(duì)于工程穩(wěn)定性起到積極的作用,是改善和提高工程穩(wěn)定性的一種因素。

以南水北調(diào)西線工程區(qū)的構(gòu)造解譯為例,對(duì)信息源選擇、波段組合、影像融合、幾何精校正、圖像鑲嵌等一系列處理方法進(jìn)行針對(duì)性研究,證實(shí)了該方法組合對(duì)南水北調(diào)西線工程區(qū)的遙感影像處理的有效性,進(jìn)而建立了色調(diào)、形狀、地層或巖體被錯(cuò)斷、地貌形態(tài)差異和水系格局等解譯標(biāo)志。通過對(duì)斷裂構(gòu)造解譯的實(shí)地驗(yàn)證,表明解譯準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上,位置誤差小于15m。與常規(guī)地質(zhì)調(diào)查方法相比,遙感信息具有視域?qū)拸V、內(nèi)容豐富、主要斷裂突出、受地面條件限制較少、有效提高野外驗(yàn)證效率的優(yōu)勢。

“在山西黎城縣，考察隊(duì)員周宇下去拍攝一個(gè)剛建成的城市水景觀，水面泛起的惡臭熏得他當(dāng)場就吐起來?！睏钣轮钢掌f。照片中的水景觀造型很漂亮，可惜里面是一潭污黑死水，周圍行人寥寥。“人們沒事根本就不愿到這里來?！?/p>

金沙江、長江上游、雅礱江、大渡河是我國寶貴的水電基地,規(guī)劃69座電站裝機(jī)容量13000萬kw,年發(fā)電量7530億kwh,是我國21世紀(jì)永續(xù)利用的電力能源。而南水北調(diào)西線工程規(guī)劃自四大基地河源調(diào)水190億m3,即將減少保證出力1054.3萬kw、電量1099.3億kwh,分別損失15%、14%。西水北調(diào)分期建設(shè)方案,自雅魯藏布江及怒江調(diào)水近1000億m3,可濟(jì)黃補(bǔ)金。既可向黃河補(bǔ)水500多億m3,又可向金沙江補(bǔ)水近400多億m3。徹底解決黃河流域的缺水問題和增加黃河各梯級(jí)裝機(jī)容量,而不影響四大基地的保證出力與保證電量,又能增加金沙江的下泄流量,確保北方用水,還可增加金沙江和長江上游的裝機(jī)容量。

雅礱江引水入黃工程引水壩址多年平均年徑流量,是確定引水工程規(guī)模的基本依據(jù)之一.按現(xiàn)有實(shí)測水文資料,經(jīng)多途徑綜合分析比較,確定了規(guī)劃階段各引水壩址年徑流量采用成果.據(jù)此,初步討論了引水區(qū)氣候變動(dòng)和干早化趨勢發(fā)展對(duì)年徑流量計(jì)算成果及引水工程投資規(guī)模的影響.

西線調(diào)水是否可行,調(diào)水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響重大,必須進(jìn)行系統(tǒng)、深入、科學(xué)的研究。能否從西線調(diào)水、能調(diào)多少水,必須在認(rèn)真深入研究長江源頭大自然的變化趨勢并順應(yīng)其變化規(guī)律的基礎(chǔ)上做出科學(xué)的決策,否則,人類會(huì)因調(diào)水破壞自然,影響生態(tài),而最終受到大自然的懲罰。西線工程水源區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)就決定了其地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜和脆弱,同時(shí)難免將使長江上游生態(tài)環(huán)境惡化,寧可采取“保守”一點(diǎn)的態(tài)度,也不要釀成無法挽回和無法彌補(bǔ)的后果。西線調(diào)水是否必要?黃河缺水除了黃河水源的自然減少外。最根本的原因是黃河承載了過多的供水任務(wù)。解決黃河缺水的治本之策,是在建立合理的水權(quán)制度和防污節(jié)水機(jī)制的前提下,以短缺的水資源為基礎(chǔ),調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),實(shí)施生態(tài)移民,減少水的需求總量,實(shí)現(xiàn)黃河水新的供求平衡。

南水北調(diào)西線工程是對(duì)我國大自然最大的改造工程,有三大挑戰(zhàn)性的問題:對(duì)自然規(guī)律的挑戰(zhàn)、對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的挑戰(zhàn)、對(duì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的挑戰(zhàn)。對(duì)自然的改造和索取不是無止境的,南水北調(diào)西線工程不能搞“只爭朝夕,”而應(yīng)“慎之又慎,”要形成應(yīng)對(duì)三大挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略規(guī)劃。水資源開發(fā)利用應(yīng)換一種思維,實(shí)現(xiàn)三個(gè)跨越:告別改造、征服自然的幻想,實(shí)現(xiàn)順應(yīng)和尊重自然的跨越;從單一水利部門的規(guī)劃決策向公共規(guī)劃論證體系的跨越;從追求單純的截流調(diào)水到追求國家安全,人與社會(huì)自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的跨越。