长江三峡工程环境地质

yuanzi16长江三峡水利枢纽工程，是举世瞩目的跨世纪巨型工程。它具有巨大的防洪、发电、通航、供水、灌溉、水产和旅游以及发展库区经济等综合效益。三峡工程的环境地质条件和环境地质问题如何，对于工程的安全稳定、正常运行和经济合理，对于其经济、社会和环境效益的发挥，都具有十分重要的意义。本文拟根据公开发表的资料和研究成果，概略论述关于长江三峡工程的主要的环境地质条件和环境地质问题，供读者了解和研究参考。一、长江三峡地区地壳稳定性长江三峡地区在大地构造上，属于扬子准地台内部的一个由出露的前震旦纪结品基底构成的稳定地块。其区域地壳稳定性良好。尤其是在我国华南地区，这种地块对于筑坝建库，确实是一种得天独厚、不可多得的优越的环境地质条件。在我国华北地台的古老基底上筑坝甚多，如大伙房、潘家口、岗南、下静游等坝址，筑坝建库以来一直都很安全稳定。加拿大斯堪的纳维亚库坝，建在古老基底上，也很安全稳定。在长江三峡地区古老地块周围，虽有一些弱活动性断裂，但是其近期的构造活动性和地震活动性都比较微弱。巴东全宜昌剖面的地震和重磁探测成果表明，这一带未反应出有陡梯度的深大断裂存在。在茅坪和秭归两处，分别进行的800米和500米深孔水压致裂地应力测定以及深孔电视和孔隙水压力测定成果，也进一步证明长江三峡地区属于稳定地块区。二、长江三峡工程坝区环境地质三斗坪坝址是一个符合长江三峡工程整体要求的大坝坝址。坝区面积为18.7平方公里。坝基岩体为坚硬、完整的花岗岩岩体。专家论证报告指出，三斗坪坝址“基岩完整，力学强度高，透水性弱，工程地质条件优越，适宜修建混凝土高坝”。岩体结构研究是研究岩体工程地质性质的基础。有关专家在三斗坪坝基和船闸岩体结构研究中，通过对具有典型意义的出露岩体结构面参数的实测，采用计算计网络模拟技术，分别建立了岩体结构面产状、间距、迹长概率模型，并利用该模型对坝基和船闸岩体的工程地质性质进行了评价。该模拟计算成果表明，三斗坪坝基和船闸岩体完整性较好，质量好的和极好的岩体占到80%〜90%以上，控制岩体强度和变形的、结构面的连续性系数大都小于15%。三斗坪坝基和船闸岩体的透水性，在不同结构区有较大差异；在结构密区透水性较好，在结构疏区有北北东、北西西和北东东三个强透水方位。同时，通过该模拟计算还得出了岩体的结构形式，为估算岩体强度提供了力学介质模型。总之，应用该模型进行的模拟计算与野外实测数据基本吻合。由此得出的结论是，岩体质量基本符合大坝建筑要求。三、长江三峡工程库区环境地质㈠、库区范围三峡水库是一个狭长的河道型水库。三峡库区西起重庆巴县鱼洞镇，东至湖北宜昌三斗坪坝址；纵深长600余公里，宽度多小于1000米；岸线长2000多公里；水库面积达1084平方公里。三峡水库淹没涉及湖北省的宜昌、秭归、兴山、巴东以及重庆市的巫山、巫溪、奉节、云阳、万州、开县、忠县、丰都、石柱、涪陵、武隆、长寿、渝北、巴南、主城区、江津市，共计20个县（区、市），总面积达5.67万平方公里。其中，淹没陆地面积达600平方公里。㈡、地层岩性与工程地质岩类1、 地层岩性三峡库区地层，除了缺失泥盆系下统、石炭系上统、白垩系一部分和第三系以外，从前震旦系至第四系均有出露。其分布特点是：从东到西，地质年代由老到新。体积较大的第四纪堆积体，大都是崩塌体、滑坡体。2、 工程地质岩类三峡库区地层，按其岩相建造和岩体结构特征，可以分为以下四种工程地质岩类：⑴、块状结品岩类包括前震旦系块状岩浆岩和混合化的中、深变质岩；仅分布在庙河〜三斗坪地段。⑵、层状碎屑岩类主要为三叠系中、上统和侏罗系红层，为区内主要易滑岩类；主要分布于香溪全秭归，奉节全库尾。⑶、层状碳酸岩类比较集中分布于庙河全奉节的十支流和乌江。⑷、松软岩（土）类为第四系松散松软堆积，多为斜坡地带的残坡积、崩滑堆积和城镇区人工堆积；为区内易滑岩（土）类。㈢、地质构造三峡库区在大地构造上位于扬子准地台区。北与秦岭地槽相邻，以巫山与奉节之间的齐岳山基底断裂为界（大体上从奉节全石柱，呈南西向展布）；西为四川台坳（川滇块陷）；东为上扬子台褶皱带。㈣、新构造运动与地震三峡库区新构造运动，表现为觐近期以来大面积的间歇性整体隆起和局部地段的差异性断裂活动。㈤、环境地质问题三峡库区环境地质条件复杂，环境地质问题较多。其中，水库泥沙淤积、水库诱发地震、库岸稳定性与崩塌滑坡地质灾害等，都是举世关注的三峡库区重大环境地质问题。1、水库泥沙淤积水库泥沙淤积，尤其是对多沙河流上的水库而言，往往是关系到工程成败的关键之一，也是世界上未能圆满解决的库区重大环境地质问题之一。长江是年输沙总量居世界第四位的多沙河流。三峡水库泥沙淤积对于库容、港口航道、库区防洪和枢纽运行等都会产生不良影响，必需予以高度重视。三峡水库积水面积约100万平方公里，占长江流域总面积的55%。根据宜昌水文站多年观测资料统计，年平均流量为每秒14300立方米（约占长江的43.6%），含沙量为每立方米1.21公斤，年输沙量为5.33亿吨。在三峡水库积水面积内，积水面积和径流量分别仅占15.5%和15.9%的嘉陵江，输沙量却占到30.4%，且含沙量高达每立方米2.3公斤，居长江上游十、支流之首；金沙江积水面积占48.2%，径流量占31.9%，输沙量占42%，含沙量达每立方米1.85公斤。可见，嘉陵江和金沙江是三峡水库泥沙的主要来源。长江上游来沙量变化趋势，不仅关系到长江上游水资源的开发和保护，而且直接影响三峡水库的运行和效益。对于这个问题，根据多年来的研究和计算结果，得出了以下三种不同的结论：第一种认为，来沙量有所减少。第二种认为，长江有可能成为第二条黄河。第三种认为，目前长江上游来沙量还没有明显增加或减少的变化趋势。虽然在局部地区和特定时段来沙量可能出现明显的增加或减少，但是总的来说，人类活动对水土流失和土壤侵蚀的正、负影响相互消长后的综合作用，尚未能干扰长江上游水沙系列年变化的统计特征，即来沙量仍然保持着水大沙多、水小沙少的随机属性。三峡水库泥沙淤积将会产生以下几个主要方面的问题：1、 水库库容长期保持的问题。据计算，三峡水库年均入库流量（寸滩站）为3490亿立方米，悬沙量达4.62亿吨。由于三峡水库是河道型水库，加之采用“蓄清排浑”运行方式，即在汛期6〜9月来沙量集中时，降低水位（坝前水位降至防洪限制水位）运行，因而防洪限制水位以上的防洪库容和枯季限制水位以上的调节库容的大部分可长期保持。据计算，按175〜145〜155米分期蓄水方案运行100年后，防洪库容可保持85%，调节库容可保持91.5%。2、 库尾区港口航道泥沙淤积的问题。泥沙模型试验表明，按175〜145〜155米方案运行前10年（包括按156〜135〜140米方案运行的10年，共20年），重庆港区泥沙淤积不严重。当然，其后泥沙淤积将会逐年有所增加，不同程度地影响港口作业和碍航。对此，可通过优化水库调度、港口改造以及航道整治和疏浚等措施加以缓解和控制。3、 库尾重庆市防洪水位抬高的问题。据计算，按175〜145〜155米方案运行100年后，重庆市朝天门百年一遇的洪水位将为199.09米，比天然情况抬高4.79米（计算值可能还有1〜3米的变幅）。入库泥沙的控制是妥善处理三峡水库泥沙淤积问题的关键。它包括减少入库泥沙总量，优化水库调度，增大排沙量，保持有效库容，减少泥沙淤积对水库效益的影响。然而，工程措施与生物措施相结合，对重点产沙区进行综合治理，是妥善处理三峡库区泥沙淤积问题的根本出路。据计算，三峡水库运行30年后，在上游建库拦沙，可使三峡库区泥沙总淤积量减少31.9%〜61.5%，库尾淤积量减少92.2%〜95.7%，重庆百年一遇洪水位降低0.76〜1.64米；而在三峡水库运行100年后，在上游建库拦沙可使三峡库区泥沙总淤积量减少14.3%〜35.8%,库尾淤积量减少94.8%〜98.4%，重庆百年一遇洪水位降低1.71〜3.66米。可见，采取上游拦沙这一工程措施，对于减少三峡库区特别是库尾的泥沙淤积，降低库尾重庆市因泥沙淤积而抬高的洪水位，都有明显的作用。另外，由于以植被覆盖为基础的流域生态平衡与以水沙运动为主体的河流水情，有着直接的因果关系，因而针对重点产沙区，大力开展水土保持工作和防护林建设，促进生态环境良性循环，将是妥善处理三峡水库泥沙淤积问题的根本途径。总之，三峡水库是一个河道型水库，采用“蓄清排浑”运行方式（即汛期水多沙多，开闸放水排沙；枯水期水小沙少，关闸蓄水），可以长期保持绝大部分有效库容，保证防洪、发电和航运等综合效益的发挥。至于泥沙对重庆市的影响，采取综合治理措施可以满足港口作业和航运要求；水库长期运行以后，在假定的不利条件下，泥沙淤积将会使洪水位略有抬高，但其抬高的洪水位不致影响重庆市的主要市区。2、 水库诱发地震一般来说，水库蓄水量越大，水库诱发地震的可能性及其震级也就越大。论证结果表明，三峡大坝坝址处于地壳稳定性良好的弱震地区。建库后虽然不能排除库区局部地段发生水库诱发地震的可能性，但其最大震级将不会超过5.5〜6级，影响到三斗坪坝址的地震烈度将不会超过6度，而三峡大坝的设计抗震烈度为7度。所以，水库诱发地震不致影响三峡工程的安全。有人担心，如果天然地震与水库诱发地震叠加或者水库诱发地震与滑坡、崩塌叠加，是否会影响三峡工程的安全。专家认为，这种担心是不必要的。因为，有的水库地震很难区分是天然的还是水库诱发的，而且它们总是以弱震水平出现，对三峡工程不会造成大的影响。另外，地震诱发滑坡或者滑坡引起地震都是可能的，但是其量级都比较小，而且这是一种连锁反应，与叠加作用还不一样。3、 水库库岸稳定性三峡工程库岸类型与稳定性研究的成果表明，三峡工程干流库岸发生崩塌、滑坡和浅变形破坏残留的体积占总体积的80%以上；稳定性好和较好的库岸长度占库岸总长度的90%，稳定性较差的库岸长度占7.46%，稳定性差的库岸长度仅占1.4%。可见，三峡水库库岸总体上具有变形破坏不很强烈的特点。同时，由于岸坡的变形破坏分布不均，部分库岸崩塌、滑坡发育，使局部库岸具有变形破坏强烈的特点，并不时发生告急事件。而且，勘查发现，三峡水库库岸现存大型典型崩塌、滑坡的稳定程度是不同的。有些属于潜在不稳定型，其余属于基本稳定型和稳定型。模型试验表明，大多数滑坡在连续大暴雨、排水系统失效、江水位（或库水位）突然大幅度下降的情况下，其稳定性将会明显降低，甚至会由稳定型转化为不稳定型。链子崖和黄腊石是长江三峡的两大崩塌滑坡地质灾害点。链子崖危岩和黄腊石滑坡分别位于秭归、巴东县临江地段。60年代以来，这两处大型地质灾害崩滑体不断发生险情。专家认为，若不抓紧治理，将会分别有250万立方米和2000立方米的岩石崩塌入长江，不仅会造成堵江碍航的严重后果，而且对兴建三峡大坝也会带来一定的影响。目前，链黄地质灾害防治工程正在加紧施工，计划4年完成。三峡库区重大崩滑体，除了链子崖危岩和黄腊石滑坡以外，还有鸡扒子滑坡、新滩滑坡等。总之，专家组论证成果表明，三峡水库无渗漏，也无严重的浸没和坍岸问题。库岸的总体稳定性是好的。少数可能失稳的崩塌滑坡体，离三峡坝址都在26公里以远，不会影响工程运行和大坝安全。水库蓄水后，江面扩宽，水深加大，因崩塌滑坡导致堵江碍航的可能性比建库前将会大大减小。4、库区移民及开发的环境地质研究三峡工程开发性移民成功与否是关系到三峡工程成败的一大关键。它包括坝区移民和库区移民。三峡库区移民及开发的环境地质研究，对于三峡工程不但十分必要，而且十分紧迫。它涉及到三峡库区矿产资源开发利用、移民搬迁新址选择的地质环境、地质环境开发保护和地质灾害防治、生态环境保护、移民新址缺水地区地下水资源调查等许多问题。⑴、三峡地区矿产资源及其开发利用尽快查清三峡地区可供开发利用的矿产资源，为库区移民和开发提供资源条件，十分必要。三峡库区矿产种类较多。其中，天然气、磷、岩盐、锶、硫、钡、汞、建材等矿产资源比较丰富。湖北宜昌磷矿具有良好的开发前景，是解决我国北方缺磷问题的一个重要矿区，今后将向黄磷、磷肥和磷化工产品系列方向发展。万县盐矿资源丰富，除发展真空制盐外，正在积极扩大盐碱化工生产，以充分开发利用岩盐资源。天然气是三峡地区的重要能源矿产。近年来，又在川东万县地区发现了大天池等中型天然气田，并可望找到大型天然气田。鉴于天然气和盐矿共生的特点，可在三峡水库周围万县、达县和毗邻的川中地区，布设一些天然气化工和盐化工大中型企业。这些企业不仅可为库区农业综合开发服务，而且还可能成为带动三峡库区经济发展的支柱产业。三峡库区锶矿资源丰富。重庆市合川干沟和铜梁玉峡两个锶矿占全国单独类型锶矿的77.55%，是我国锶化工原料的主要产地。三峡地区水泥原料等建材资源丰富，加上小煤矿遍布，为发展建材工业提供了条件。随着三峡库区的开发，该地区原有建材生产能力显然不能满足需要，必须尽快加大建材矿产资源开发的力度，新建扩建一批非金属建材生产企业。总之，三峡地区矿产资源的“家底”基本上是清楚的。要开发利用，有些地区尚需进一步工作。可结合地方建设需要，选择一些开发前景好的地区进一步勘查，为库区开发性移民和经济建设服务。⑵、移民搬迁新址选择的地质环境三峡地区特定的地质构造和地貌条件，尤其是严重的崩塌滑坡等地质灾害，决定了三峡库区移民搬迁新址选择，千万要重视事先对地质环境与地质灾害进行调查研究。三峡水库按正常蓄水位175米方案，淹没区涉及原四川、湖北两省19个县市。三峡库区地质条件复杂，尤其是崩塌滑坡分布之密、发生之频繁在我国和全世界都位居前列。沿三峡工程十流和主要支流的库岸，共已查明体积大于1万立方米的崩塌、滑坡和危险岩体多达404处，总体积达30.67亿立方米。其中十流库岸283处，体积约为15.05亿立方米，平均分布的线密度为每公里0.21个，平均崩塌滑坡模数为每公里109.1万立方米；支流库岸121处，体积约为15.61亿立方米，平均线密度为每公里0.074个，平均崩塌滑坡模数为每公里96.4万立方米。不仅如此，在库区内一些相对平缓、地形地貌条件适宜城镇建设的地方，有的还存在古滑坡，需要详细勘查，合理规划布局，否则会带来许多不良后果。巫山、万县、奉节、涪陵等县市新址，均相继发现存在滑坡。地矿部门一对11个县城搬迁新址进行过环境地质调查。在今后的城镇、集镇搬迁新址选择中，还应进一步加强环境地质调查。对此，有关部门建议：①万县市和巴东县城两个地质灾害严重地区应尽量早搬快搬。②对库区13个搬迁城镇和140个集（乡）镇选址区，应进行必要的地质勘查和评价。③在城镇新址建设、施工和营运过程中，应采取适当措施保护地质环境，防止人为因素诱发地质灾害。④在《长江三峡工程建设移民条例》中以法规条文形式明确规定，对新选址区的稳定性问题和山体斜坡稳定性问题应进行专门论证。⑶、库区地质环境保护和地质灾害防治除库区移民新址选择外，库区地质环境的合理开发保护和地质灾害的防治也是一个十分重要的问题。三峡库区多为基岩山地，土地贫瘠。目前各移民县人均占有的土地仅1亩左右，人地矛盾突出。其中，坡度大于25度的坡地约占1/3。100万移民中，近50万为农村移民。库区干流沿岸及河岔沿岸自然斜坡的大量开发利用，将不可避免。若乱垦滥伐、乱采滥挖，则可能会产生严重的水土流失，不仅会导致土地进一步贫瘠化，而且还可能给沿岸港口建设和航运造成不良影响。同时，在城镇迁建扩建、土地开发、桥梁道路建设、矿产资源开发等工程一经济活动中，不合理的工程一经济活动，如过渡开挖坡脚、斜坡上部加载、地表排水不力等，都将对库区地质环境造成强烈的干扰和破坏，甚至诱发新的崩塌、滑坡等地质灾害，从而给库区国土开发和经济建设造成严重后果。因此，必须重视库区地质环境的合理开发，同时加强地质环境保护和地质灾害防治。⑷、移民新址缺水地区地下水资源调查三峡地区水资源丰富。工农业生产和生活用水都可以从长江及其支流取水解决。不过，有些地区也可能需要地下水。因为，尽管三峡地区地处崇山峻岭，但是总的说来地下水资源并不丰富。所以，在从三峡水库引水和当地地表水难以解决水源问题的地区，在可能的条件下为城镇和人畜饮用水积极进行地下水资源调查是必要的。四、三峡工程建设与生态环境三峡工程建设对生态和环境既有有利影响也有不利影响。有利影响主要有：长江中下游防洪标准大大提高，可以有效地减少洪水灾害对中下游地区生态和环境的破坏；减缓洞庭湖的淤积和萎缩；增大中下游枯水期流量，改善大坝下游枯水期水质，并可为南水北调提供水