（环境工程专业论文）大河坝水电站库区地质环境影响评价.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着西部大开发的推进，由于人类对地质资源的过度需求和不合理的开 发活动，造成人类工程建设与地质环境之间的矛盾将会日益尖锐，各种环境 地质问题将更趋严重。所以，必须开展地质环境研究，探索出人类工程建设 与地质环境相互协调的可持续发展对策。 拟建的大河坝水电站位于四jj i 省巴中市通江县境内，是铁溪河流域大型 水电工程之一。 大河坝水电站坝址控制流域面积较为广大，库区地质构造复杂，各种地 质现象发育。岩体物理力学性质较差，风化和水土流失强烈。其施工及蓄水 过程中会产生一系列的问题，导致库区环境地质的变更。本文通过对环境地 质概念的辨析，对大河坝水电站库区踏勘所得的地质资料和历史资料进行了 整理分析，阐述了大河坝水电站库坝区特别是库区的基本地质特征，着重分 析了库区的环境地质问题，包括原生地质环境及次生地质环境，对库区的物 理地质现象如滑坡、泥石流等做了简单的论述分析，并简单预测了库区可能 诱发地震的概率。对施工过程中岸坡的稳定性、建设材料的开采、道路的改 建、库区移民及城乡建设问题等做了简单的分析，并提出相应的建议措施。 最后运用灰色聚类法对库区环境地质质量进行了分区，计算了库区各单元所 属的灰度。环境地质质量较差的单元主要处于田坝滑坡一带，是库区环境地 质研究的重要部位，建议加强对该段的勘测，并采取相宜的处理措施，以保 证水电站的安全运营。 关键词：水电站环境地质原生地质环境次生地质环境灰色聚类 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t w i t ht h ep r o m o t i o no ft h ew e s td e v e l o p m e n t t h ec o n t r a d i c t i o n b e t w e e nt h ec o n s t r u c t i o no fh u m a na n dt h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n tw i l l b e i n c r e a s i n g l ys h a r p - p o i n t e d ，a n d a l lk i n d so fe n v i r o n m e n t a l g e o l o g i c a lp r o b l e m sw i l lt e n dt om o r es e r i o u sb e c a u s eo fe x c e s s i v e d e m a n do fg e o l o g i c a lr e s o u r c e sa n du n r e a s o n a b l ee x p l o i t a t i o n a sa r e s u l t ，i ti sv e r yi n d i s p e n s a b l et oc a r r yo u tt h ee v a l u a t i o no f g e o l o g i c a ld i s a s t e ro fl a n df o rc o n s t r u c t i o n ，t h i n ko u tas u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n tc o u n t e r m e a s u r eb e t w e e nt h em a n k i n dc o n s t r u c t i o na n dt h e g e o l o g i c a le n v i r o n m e n t d a h e b ah y d r op o w e rs t a t i o n 1 0 c a t e da tt o n g j i a n gc o u n t yo fb a z h o n g p r e f e c t u r ei ns i c h u a l lp r o v i n c e ，i so n eo ft h ei 印o r t a n th y d r a u l i c e n g i n e e r i n g d a h e b ah y d r op o w e rs t a t i o n sc o n t r o l i n gt h er i v e rv a l i c ya r e ai s l a r g e ，i n f l u e n c ei sg r e a t ，g e o l o g ys t r u c t u r eo ft h ej u n c t i o na r e ai s c o m p l e x ， v a r i o u s g e o l o g yp h e n o m e n o nd e v e l o p t h er o c kp h y s i c s m e c h a n i c sp r o p e r t yi sb a d ，w e a t h e r i n ga n dt h es o i le r o s i o na r e m i g h t i n e s s i t sc o n s t r u c t i o na n dr e t a i n i n gw a t e rp r o c e s sw i l lp r o d u c e as e r i e so fp r o b l e mw h i c hw i l lc a u s et h ec h a n g eo fe n v i r o n m e n t a l g e o l o g yi nj u n c t i o na r e a t h i st e x ta n a l y z e st h ec o n c e p to ft h e e n v i r o n m e n tg e o l o g y ，s e t t l et h eg e o l o g yd a t ab ys u r v e ya n dt h eh i s t o r y d a t ao fj u n c t i o na r e ao fh y d r op o w e rs t a t i o n e l a b o r a t et h eb a s i c g e o l o g yc h a r a c t e r i s t i co fd a ma r e ae s p e c i a l l yj u n c t i o na r e a ，a n a l y z e t h ep r o b l e mo fg e o l o g ye n v i r o n m e n ti nj u n c t i o na r e ac o n c l u d i n g p r o t o g e n i cg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t a n d p r o t o g e n i c g e o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a n a l y z et h ep h y s i c a lg e o l o g yp h e n o m e n o ns u c ha sc o l l a p s e a n dm u d f l o w e t c p r e d i c tt h ep r o b a b i l i t ye v o k e db ye a r t h q u a k ei n j u n c t i o na r e a a n a l y z et h et h es t a b i l i t yo fb a n ks l o p ei nc o n s t r u c t i o n p r o c e s s ，t h em i n eo fc o n s t r u c t i o nm a t e r i a l ，t h ec h a n g e so ft h er o a d ， t h e r e s e r v o i ra r e ai m i g r a t ea n dc o n s t u c to ft h ec i t ya n dc o u n t r ye t c p u tf o r w a r dt h eh o m o l o g o u ss u g g e s t i o nm e a s u r e ，a tl a s tu s eg r e y c l u s t e r i n gm e t h o dt od i v i s et h ec e n to fe n v i r o n m e n tg e o l o g yq u a n t i t y i nj u n c t i o na r e a c o m p u t et h eg r e yl e v e lo fe a c hu n i ti nj u n c t i o n a r e a t h ew o r s eu n i to ft h ee n v i r o n m e n tg e o l o g yq u a n t it ym a i n l yi s p l a c e di nt i a n b a - l a n d s l i d ew h i c hi s t h ei m p o r t a n ta r e ao fe n v i r o n m e n t g e o l o g yr e s e a r c h ，s u g g e s tt os t r e n g t ht h es u r v e yt h i sp l a ta n da d o p t t h ep r o p e rp r o c e s s i n gm e a s u r e ，w i t h w h i c ht oa s s u r et h es a f e t y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 | i 页 o p e r a t i o no fd a h e b ah y d r op o w e rs t a t i o n k e yw o r d s ：h y d r o p o w e rs t a rio n ，e n vir o n m e n t g e o lo g y ，p r o t o g e nic g e o l o g i c a le n v ir o n m e n t 。g r e yc l u s t e r i n gm e t h o d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出及研究意义 大河坝水电站位于四川省通江县铁溪镇境内，是铁溪河上规划的第一级 电站。电站采用混合式开发，闸址位于大河坝大桥下游峡谷处，厂址位于铁 溪大桥上游约4 0 0 m 处，闸、厂址相距约4 4 4 k m 。电站装机容量1 2 0 万k w ， 年发电量4 5 3 8 万k w h ，具有年调节能力，综合经济指标优越。工程区有 铁溪镇至镇巴的乡级公路贯通，厂房距通江县城约7 6 k m ，对外交通方便。 因该水库具有地理位置好，对外交通方便，淹没损失小，她质条件清楚。但 是，大河坝水电站处于深山峡谷区，库区的崩塌、滑坡、泥石流、库区渗漏 等多种地质灾害问题，是大河坝水电站建设用地地质灾害危险性评估的主要 问题。因此，对工程区进行地质环境影响评价，并在此基础上分析评估该工 程建设用地的适宜性，具有重大的理论价值和现实意义，而且对今后水电站 建设用地地质灾害危险性评估具有一定工程指导和借鉴意义。 1 2 国内外研究的历史和现状 地质环境综合评价是一个比较新的课题，目前还没有一个统一的评价标 准和评价方法。不可否认，地质环境综合评价己取得了重要进展，不但在抗 灾减灾防灾中发挥了重要作用，而且为地质灾害危险性评估逐步走向成熟奠 定了基础具备为政府决策和指导工程建设的现实意义。由于经济的快速增 长，人类工程活动的周期大大缩短，故要求技术人员在短时内快速、合理地 评价预测区域地质环境与地质灾害，进行危险性区划，准确定位，对地质环 境适宜性分析，避开不适合人类工程活动的区段，避免可能发生的地质灾害。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 1 国外研究现状 水电站对环境影响研究，目前国外相对国内的研究成熟，它包括天然原 生环境影响和社会环境影响。美国是世界上发展水电能源最早的国家之一， 其出现的环境问题也最早，自2 0 世纪6 0 年代以来，随着大坝和其他配套设 施的老化，水电工程的维修和退役就引起各方面重视，美国的研究就多针对 已有大坝对环境影响的问题。但地质灾害危险性评估作为灾害研究领域中一 门新的边缘学科，是在近几十年来兴起的。6 0 年代以前，灾害研究主要局限 于灾害机理及预测研究，重点调查分析灾害形成条件与活动过程。7 0 年代以 后，随着自然灾害破坏损失的急剧增加，促使人类把减灾工作提高到前所未 有的程度。一些发达国家首先拓宽了灾害研究领域、在继续深入研究灾害机 理的同时，开始进行灾害评估工作。1 9 7 1 年h e w i t t 和b u r t o n 提出了。一地 多灾”的研究计划( a u - h a z a r d s a t - a - p l a c e ) 并把它应用于伦敦和安大略。这一 技术路线要求对这一地区的破坏性事件的所有类型( s p t r u mo ft y p e so f d a m a g i n ge v e n t s ) 及其相互关系进行描述，要求分析每个灾种的特征项有强度 ( m a g a i t u a e ) 、轮回周期( i 蜘蛐p m o d ) 和过去的损失记录( p a s t d a m a g er e c o r d ) ， 然而未能最终做出多种的综合危险图。瑞士在1 9 7 9 年就颁布了联邦政府土 地管理法，法律第2 2 条规定：“各州需要调查并确定处于自然动力严重威胁 的土地范围”，各州以联邦政府法律为依据制定了相应的州政府法律：如沃州 制定的土地管理法律第8 9 条规定：。受自然灾害，鲡雪崩、滑坡、崖塌、洪 水威胁的土地，在未得到专家评估，充分论证或危险性排除之前，禁止在灾 害危险区进行任何建筑活动”从9 0 年代起，围绕国际减灾1 0 年计划行动， 北美及欧洲许多国家在原地质灾害危险性分区研究的基础上，开展地质灾害 危险性与土地使用立法的风险评估研究，把原来单纯的地质灾害危险性研究 拓宽到了综合减灾效益方面的系统研究。1 9 9 1 年，联合国国际减灾十年科技 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 委员会提出了国际减轻自然灾害十年的灾害预防、减少、减轻和环境保护 纲要方案与目标。在灾害评估规划中提出：“各个国家对自然灾害进行评估， 即评估危险性和脆弱性主要包括：具有危害性的灾害类型；对每一种灾害 威胁的地理分布和发生间隔及影响程度进行评估；评估最重要的人口和资 源集中点的易灾性。”把灾害危险性评估纳入实现减灾目标的重要措施1 9 9 6 年6 月在德国召开的第八次国际防灾会设有专题“灾害的危险性和不确定性 评估”。地质灾害危险性评估目前成为国内外灾害科学研究的热点之一，也 是灾害预测预报和减灾防灾工作的主要内容。 1 2 2 国内研究现状 我国对灾害研究历史久远，但早期的灾害研究主要局限于灾害事件现象 和破坏损失情况的统计描述。8 0 年代以后，随着灾害对社会经济影响的日益 严重和国际灾害研究的迅速发展，我国灾害评估研究得到蓬勃发展，但尚未 形成独立的学科体系。8 0 年代以前，地质灾害研究主要局限于对灾害分布规 律、形成机理、趋势预测等方面的分析，基本依附于水文地质、工程地质和 有关的研究工作。8 0 年代以后，地质灾害研究开始突破传统的研究模式，研 究水平不断提高，研究内容日益丰富，开始向新的独立学科发展，随之，灾 害危险性评估开始起步9 0 年代以来，我国也相继开展了区域性地质灾害危 险性评价工作，并建立了各类地质灾害危险性评价模型其中，张业成等针 对我国崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等灾害，建立了地质灾害危险性指数 评价模型和危险性评价分析模型，并研绘了地质灾害强度分布图和区划图。 殷跃平等对我国地质灾害类型、分布规律、成因机制、级别及其灾害损失程 度等进行分析的基础上，运用专家打分、模糊综合评价和危险性指数等方法 对地质灾害现状进行了综合评价，绘制了目前我国地质灾害的现状评价图， 综合表征了我国目前地质质害的空间发育现状。陈礼昌等采用遥感技术、计 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 算机技术、g i s 技术和计算机自动制图系统等，建立了“新亚欧大陆桥( 中国 段) 铁路沿线地带”构造稳定性评价模型等，据此共划分了2 7 个构造稳定性 r 分区单元。此外，灰色理论、层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) ，模糊 综合评判、信息嫡评判等也被用于区域地质灾害危险性评估当中。 1 9 9 2 1 9 9 4 年由国家计委国土司和地质矿产部地质环境管理司共同组织 的全国地质灾害现状调查，对全国地质灾害损失程度和分布情况进行了估算 评估；刘希林等根据大量调查统计资料、提出了判断泥石流危险程度和评估 泥石流泛滥堆积范围的方法湖瑞林等将计算机技术应用于地质灾害评估，初 步提出了地质灾害评估的计算机模型预测系统与应用方法。陈情来运用模糊 综合评判方法对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害进行了危险性评估，确定了 不同因子活动强度和控制判别标准，划分建设项目地质灾害等级：张业成、张 梁等建立地质灾害风险评估，涉及危险性评估和易损性评估，提出多层次地 质灾害评估体系。而系统的建设用地地质灾害危险性评估方面的论文、文献 却寥寥无几，且多为生产性报告：赵志祥、李树武首先对水利水电工程建设项 目进行了建设用地地质灾害危险性评估进行了探讨，但综合评估未涉及单种 地质灾害在建设用地地质灾害危险性评估体系所占的比重关系。 1 3 研究目标、研究内容，拟解决的关键问题 1 3 1 课题研究目标及内容 本论文大致分三部分完成：第一部分库区基本灾害类型研究，在研究大河 坝水电站工程地质环境条件和库区居民分布及建筑结构类型的基础上，对崩 塌、滑坡、泥石流、水库渗漏进行单种地质灾害危险性评估第二部分系统 评估体系和方法研究，在单灾研究的基础上，进行库区地质环境综合评价， 进而进行库区地质环境质量状况的区划。第三部分进行库区地质环境评价结 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 果的分析以及对库区灾害性相对较大的区域提出治理措施。 ( 1 ) 确定库区基本灾害类型，研究水电站库区崩塌、滑坡、泥石流、水库 渗漏等灾害危险性评估； ( 2 ) 库区原生地质环境及评价； ( 3 ) 库区次生地质环境及评价； ( 4 ) 水电站库区地质环境综合评价； 1 3 2 拟解决的关键问题 e1 ) 综合评价中各评价单元的划分 c 2 ) 综合评判中各评价因子以及权重的确定。 1 4 研究方法、技术路线、课题的创新性 1 4 1 研究方法 本项研究在现场调研与收集前人研究资料、流域梯级开发资料、库区工 程地质调查资料的基础上，从库区所在区域地质环境入手，对水电站库区的 地质灾害的基本特征、形成机制进行了研究；采用原型调研和室内分析相结 合，选取数学模型计算水库蓄水前后滑坡的稳定性状、泥石流危险性、水库 浸没、库区渗漏、采用距离系数法对承灾体的易损性进行研究。同时对影响 该水电站地质灾害发生的重要因素进行了分析和确定，通过数学模型，将这 些因素进行定量化和分级，采用灰色数学方法，获得了大河坝水电站的地质 环境质量分区图，并综合评估了水电站的地质环境。并比较分析评价结果。 来验证评估因子的选择和评估方法的采用的可靠性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 4 2 研究技术路线 本课题以理论研究为基础，拟采用的技术路线如图1 1 所示： 1 4 3 课题的创新性 地质环境综合评价是一个比较新的课题，目前还没有一个统一的评价标 准和评价方法。对水电站库区地质评价一般只局限于单个灾体的评价，因此 对水电站库区地质环境进行综合评价这项课题具有一定的创新性。而且对工 程区进行地质灾害危险性评估，并在此基础上分析评估该工程建设用地的适 宜性，具有重大的理论价值和现实意义，而且对今后水电站建设用地地质灾 害危险性评估具有一定工程指导和借鉴意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 灰色聚类法定量评价 i 库区灾害性划分 工 l 建设用地适宜性分析及环境保护措施 0 总结整理论文 图1 1 技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章区域地质环境背景 2 1 交通位置及工程概况 大河坝水电站位于四川省通江县铁溪镇境内，是铁溪河上规划的第一级 电站。电站采用混合式开发，闸址位于大河坝大桥下游峡谷处，厂址位于铁 溪大桥上游约4 0 0 m 处，闸、厂址相距约4 4 4 k m 。电站装机容量1 2 0 万k w ， 年发电量4 5 3 8 万k w h ，具有年调节能力，综合经济指标优越工程区有 铁溪镇至镇巴的乡级公路贯通，厂房距通江县城约7 6 k m ，对外交通方便。 大河坝至川陕交界处河段长1 1 9 k m ，选择大河坝处建坝壅高水位5 1 m ，正常 水位高程6 4 5 m ，相应库容3 9 2 0 万m ? ，集水面积5 9 4 m 。 图2 1 大河坝水电站地理位置图 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 地层与岩性 工作区内主要为中生界和新生界地层，由三迭系、侏罗系、白垩系和第 四系组成。除三迭系中统是海相沉积外，其余均是陆相碎属岩沉积。新生界 零星分布于河谷阶地及沟谷洼地中。主要岩性有砂岩、砂质泥岩、泥质粉砂 岩、碳质页岩和少量碳酸盐岩。 2 1 1 新生界第四系( q 4 ) 区域内第四系零星分布于河滩、坡地。按其成因大致可分为： ( 1 ) 、残坡积层( 甜“) 分布于不同高度的缓坡台地上，沟谷洼地，岩性为粉质粘土、岩屑、碎块 石。厚度不等，一般1 3 m 。 ( 2 ) 、河流冲洪积层( 吖m ) 分布于现代河床及两侧一级河流阶地上，为砂土、卵砾石，断续分布 于漫滩、心滩等地，厚l o m 以内。 ( 3 ) 、崩坡积层( q ，) 崩坡积为粉质粘土、转石、块碎石，大多分布于沿河两岸峡谷陡崖坡脚， 厚3 l o m 。 2 2 2 侏罗系( j ) ( 1 ) 、侏罗系中统( j ：) 千佛岩组( j 2 q ) ：由杂色细粉砂岩、砂质泥岩夹页岩及灰岩组成。 沙溪庙组( j 2 s ) ：为灰紫、紫红色泥岩夹不稳定的灰色长石石英砂岩、 泥质粉砂岩。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 2 ) 、侏罗系下统白田坝组( j 。b ) 平行不整合于上三迭统须家河组或中三迭统之上。岩性以灰、灰绿、灰 黄褐色长石石英砂岩、粉砂质泥岩及黑色砂质页岩为主。底部为厚块状石 英岩砾岩为主的砾岩。中部及上部夹页岩、薄煤层及菱铁矿透镜体。 2 2 3 三迭系( t ) ( 1 ) 、三迭系上统须家河组( t 3 】【) 平行不整合于中三迭中统之上。厚0 3 2 0 米。以灰、深灰色中厚层 及块状长石石英砂岩为主，夹泥质细粉砂岩，炭质页岩、薄煤层及菱铁矿。 底部局部见砾岩。 ( 2 ) 、三迭系中统嘉陵江组( t 2 j ) 厚3 1 5 7 3 0 米。以灰、深灰色中厚层自云岩、灰质白云岩、泥质灰 岩及白云岩为主。底部和中部夹2 - 4 层灰质角砾岩及透镜状石膏。 2 3 地质构造及地震 2 3 1 地质构造 该工程所在区域地质构造，处于四川构造盆地北东边缘区，大巴山弧形 构造体系西部北西向断褶带外围构造与仪陇平昌莲花状旋转构造体系 北东边缘交接过渡区内。在工作区内主要为上三迭统、侏罗统地层组成的一 系列复式紧密褶皱。从北向南有：什字坝复式向斜、水洋坪复式背斜、丝罗 坝复式背斜，构造线均为北西南东向，两翼地层倾角2 0 6 0 0 ，轴部和翼 部次级褶皱或挠曲比较发育。 工程区内断裂构造不发育。晚近期新构造运动表现为间歇性缓慢抬升， 西南交通大学硕士研究生学位论文第”页 区域构造稳定性良好。 2 3 2 地震 根据四川省地质目录记载，外围区域强烈地震仅对规划区内产生轻微波 及( 见表3 2 ) ，查g b l 8 3 0 6 - - 2 0 0 1 中国地震动参数区划图，本设计区内 地震动峰值加速度为0 0 5 9 ，地震抗震设防烈度为6 度，地震反应谱特征周 期t g = o 3 5 s 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 表2 - 1 通江县附近地区地震历史记录 地理座标 发生时间地点震级 烈度 影响程度 东经北纬 1 6 3 0 0 1 1 63 2 。0 6 71 0 4 。0 1 7 平武西6 2 5靠近波