南水北調(diào)西線工程及其主要工程地質(zhì)問題

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個方面進(jìn)行綜合工程地質(zhì)評價，為線路優(yōu)化提供地質(zhì)依據(jù)。

西線調(diào)水工程是從長江上游調(diào)水到黃河上游的跨流域調(diào)水工程。其主要目的是解決西北、華北地區(qū)缺水問題。西線調(diào)水一期工程位于青藏高原東部邊緣地帶,地質(zhì)條件復(fù)雜,構(gòu)造活動頻繁,該區(qū)具有獨特的地殼變形和構(gòu)造應(yīng)力體系。一期調(diào)水工程區(qū)處在海拔3500m左右,主要是引大渡河支流的阿柯河、麻爾曲、杜柯河及雅礱江支流泥曲、達(dá)曲之水補(bǔ)給黃河支流賈曲。主要的工程地質(zhì)問題為活動斷裂、深埋長隧洞、凍土與凍害以及水庫工程地質(zhì)問題。1　活動斷裂問題西線調(diào)水區(qū)主要有15條區(qū)域性活動斷裂。其中玉樹斷裂(f2)、桑日麻斷裂(f8)、鄂陵湖南斷裂(f9)、甘德南斷裂(f10)、鮮水河斷裂(f4)等活動性較強(qiáng),對工程影響較大。斷裂活動不僅能影響引水隧洞的穩(wěn)定性,而且直接影響著工程區(qū)的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性。2　深埋長隧洞工程地質(zhì)問題由于一期工程輸水洞線共長244km,其中最長者達(dá)73km,屬于特長隧洞。這些隧洞埋深大,一般達(dá)300～600m,穿越不同的地質(zhì)單元,并且無法避開活斷層的影響。一些深埋長隧洞工程典型的地質(zhì)問題如高地溫、高壓涌水、高地應(yīng)力及巖爆等問題均可能出現(xiàn)。(1)高地應(yīng)力及巖爆　西線調(diào)不一期工程洞體深埋于山體基巖內(nèi),上覆巖體厚度一般為300～600m,隧洞的圍巖主要為三疊系的

通過對南水北調(diào)西線工程區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景的回顧,運用辯證的觀點,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,局部相對簡單;③總體活動強(qiáng)烈,局部相對穩(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。

南水北調(diào)西線工程位于新構(gòu)造活動強(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,活動斷層及地震是調(diào)水工程區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害.對主要地質(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、危險性評價、穩(wěn)定性評價、分區(qū)結(jié)果,以及對工程建設(shè)的可能影響,是論證半個多世紀(jì)以來,有

74歲的黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院(以下簡稱"黃委會規(guī)劃設(shè)計院")原副院長,南水北調(diào)西線工程設(shè)計總工程師談英武有些焦慮,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)項目上工作了一輩子的談英武非常清楚年度研究經(jīng)費暫停的可怕.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電站的出力，還會推動青海省東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益都會十分明顯。

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)西線工程要按計劃開工有些懸了!

南水北調(diào)西線工程地處高寒地區(qū),存在一系列工程地質(zhì)和巖石力學(xué)問題,其中,一些非常規(guī)問題往往難以發(fā)現(xiàn)或不被重視,如斷裂活動性與洞室抗斷問題、特大可能泥石流問題、洞室高壓涌水和突泥問題、高地溫引起的巖石物理力學(xué)性質(zhì)改變問題、高地應(yīng)力場及其演變問題、tbm條件下的巖石力學(xué)問題、區(qū)域地質(zhì)環(huán)境變遷問題等.這些問題處理不好,可能會帶來災(zāi)難性后果.提出并討論上述一系列問題,以引起巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域同行們的注意.

南水北調(diào)西線工程是解決我國西北地區(qū)干旱缺水和補(bǔ)充黃河水資源不足的關(guān)鍵性工程。西線 工程的建設(shè)與環(huán)境地質(zhì)的相互作用及可能出現(xiàn)的凍土與凍害、水庫誘發(fā)地震、庫岸變形等都是不容忽視 的環(huán)境地質(zhì)問題,只有深入分析其特點并注重保護(hù)地質(zhì)環(huán)境,才能最大限度地發(fā)揮西線調(diào)水工程環(huán)境地 質(zhì)的容量和效益,從而實現(xiàn)人類與環(huán)境地質(zhì)的和諧發(fā)展

南水北調(diào)西線工程兼有供水和治理黃河的重要作用，但面臨的民族文化、生態(tài)環(huán)境和綜合補(bǔ)償?shù)入y題也是前所未有的。在對西線工程影響和面臨的難題分析的基礎(chǔ)上，文章提出了確保規(guī)劃決策的廣泛參與性和實施的規(guī)范性、生態(tài)補(bǔ)償、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和政策補(bǔ)償?shù)恼呓ㄗh。

南水北調(diào)西線工程規(guī)劃于2010年開工,然而,論證尚不充分。相關(guān)領(lǐng)域的許多專家,特別是長期在該區(qū)域工作生活的四川學(xué)者,從地質(zhì)、生態(tài)、水利、經(jīng)濟(jì)、社會、宗教、替代方案、科學(xué)決策機(jī)制等方面進(jìn)行了廣泛探討,匯集為《南水北調(diào)西線工程備忘錄》,其中尤其對是否存在“安全島”和“避讓”可能、調(diào)水量是否可靠、投資預(yù)算和運作方式、超乎尋常的移民難度和文物保護(hù)難度、西線調(diào)水與國家能源戰(zhàn)略和生態(tài)安全、全局利益和替代方案、公平性和科學(xué)決策機(jī)制等問題,提出了令人震撼的質(zhì)疑和結(jié)論,專家們還提出應(yīng)從源頭治理生態(tài)、恢復(fù)若爾蓋濕地功能、調(diào)整工業(yè)布局、加大中線調(diào)水(重慶開縣小江調(diào)水方案)、長江黃河水電互濟(jì)等多方面來緩解北方缺水,并認(rèn)為,西線工程不僅僅是技術(shù)工程,而且是社會工程,科學(xué)決策應(yīng)包括廣泛征求各界專家和老百姓意見。本文的作者作為《南水北調(diào)西線工程備忘錄》編者之一,就該書對南水北調(diào)西線工程涉及的這些重大問題進(jìn)行綜述和探討,希望西線工程論證和決策能夠更加科學(xué),盡可能避免和降低風(fēng)險。

南水北調(diào)西線工程位于新構(gòu)造活動強(qiáng)烈的青藏高原東北部,工程所面臨的地質(zhì)災(zāi)害類型主要為地震、崩塌、滑坡、泥石流、岸坡變形和破壞。工程施工及運行過程中,可能受到隧道涌水及巖爆、凍土、冰害等影響;區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害類型以泥石流和崩塌數(shù)量最多。

對巖爆問題進(jìn)行了探討,詳細(xì)分析了工程區(qū)各種因素對巖爆的影響,對巖爆區(qū)的臨界埋深進(jìn)行了預(yù)測,并從改善預(yù)應(yīng)力條件、預(yù)注水、加固圍巖等方面提出了有關(guān)巖爆的防治措施,以減少巖爆的發(fā)生概率。

表2　麗水市1998年度兩次降水的離子含量(μmolπl(wèi)) table2　theionsquantities(μmolπl(wèi))in twicerainsin1998 時間so2-4no - 3ca 2++mg2+nh + 4ph 1月853642675170 3月711815354180 表3　美國伊利諾州降水離子含量(μmolπl(wèi)) table3　theionsquantities(μmolπl(wèi))inrainsof illinoisstateofamerica 年份so2-4no - 3ca 2++mg2+ph 19546020826105 19777030104140 年相等。那么當(dāng)年的降水ph值就應(yīng)該是4117,而不 是6105,所以美國學(xué)者認(rèn)為美國

南水北調(diào)西線工程的可行性論證還需要進(jìn)一步完善,到現(xiàn)在為止共有8個以上的方案,各有特點。利用我國地貌西高東低的特征,克服巴顏喀拉山南側(cè)北高南低的高程障礙,沿著第一階梯的邊緣,先由南向東,使五大水系巨大的往南流的水轉(zhuǎn)向東流,然后再轉(zhuǎn)向北流,這成為許多南水北調(diào)西線工程方案或設(shè)想的主要思考方向。河西走廊是我國西部重要戰(zhàn)略要地,歷史上是我國與中、西亞經(jīng)濟(jì)文化交流的要道,當(dāng)今又是新歐亞大陸橋的咽喉,亦是西部大開發(fā)重點區(qū)域之一的西隴海蘭新線經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分。這里土地遼闊,礦產(chǎn)資源豐實,光熱條件良好,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力很大。但是河西干旱少雨,水資源匱乏。有水變綠洲,無水成沙漠。河西走廊東、北兩面為大漠,西部與新疆干旱區(qū)接壤,均無水外援。只有其南部江河縱橫,有水北濟(jì)。通過研究,擬從通天河4000米左右處取水,首先抬高水位或適當(dāng)提水,使水流翻過巴顏喀拉山自流進(jìn)入扎陵湖與鄂陵湖,然后經(jīng)調(diào)節(jié)開渠引水東行,大約在青海省楠木塘北山,沿海拔4200米的山脊順北坡直下,利用約800米的地面落差興建興海大型水電站。尾水沿3350米的等高線穿過大河壩河直抵海拔3300米的青海湖畔,復(fù)東南行并逐漸轉(zhuǎn)向北流,然后利用隧洞穿過鐘梁嶺、達(dá)坂山、烏鞘嶺入武威地區(qū)的古浪縣。在該縣城南利用地形落差興建大型古浪電站。電站尾水沿2300米入武威、民勤、金昌、乃至張掖、酒泉、嘉峪關(guān)、哈密……全面解決河西走廊地區(qū)的用水問題。上述方案有許多獨特之處:方案引水近到河西,如有必要遠(yuǎn)可入新疆,亦可為現(xiàn)有西線補(bǔ)水。工程立于不敗之地。方案水源近有通天河供水40億~50億立方米,如需水量增加,取水口可向南延伸到瀾滄江、怒江、雅魯藏布江,水源源遠(yuǎn)流長。取水盡量減少或降低高壩大庫,利用水流特點調(diào)水,充分發(fā)揮水流的作用,保證發(fā)電供水。從而改善北方電力結(jié)構(gòu),節(jié)省煤炭,改善大氣環(huán)境,有利生態(tài)環(huán)境改良。由于水流走線高,可大面積植樹造林,嚴(yán)防沙漠南侵?；谶@一新構(gòu)想,對于南水北調(diào)西線工程提出了一些戰(zhàn)略性建議。對于南水西調(diào)的投資資金,建議公共設(shè)施部分由國家投入,而能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的水電站建設(shè)則面向市場招商引資。

利用30個站的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,或中心變動不大,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).

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)水工程實施后進(jìn)行深入研究。

“在山西黎城縣，考察隊員周宇下去拍攝一個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?！叭藗儧]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。

該文設(shè)想構(gòu)建南水北調(diào)西線工程數(shù)字化平臺和虛擬環(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。

西線調(diào)水是否可行,調(diào)水對生態(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,同時難免將使長江上游生態(tài)環(huán)境惡化,寧可采取“保守”一點的態(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),實施生態(tài)移民,減少水的需求總量,實現(xiàn)黃河水新的供求平衡。