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水电开发如何进行地质减灾
[ 通信界 / 中国能源报 / www.cntxj.net / 2011/12/7 21:11:14 ]
 

  11月19日,中国水力发电工程学会举办“绿色能源科普论坛”,专题研讨水电开发与地质减灾问题。

  水电专家张博庭认为,无论是今年年初的怒江开发再讨论,还是前不久中国在缅项目密松水电站被叫停,都是受制于环保人士对地质灾害问题的质疑。然而,有研究发现,水电开发有助于地质减灾。其原理是:水电建设将水的势能充分利用,并对发电之后的下泄水流进行了消能处理,缓解了高速流动的河水对河床及边坡的冲刷,从而有效地维护了河流周边的地质稳定。

  疑问一 导致地质灾害发生的原因到底是什么?

  今年年初,美国土木工程协会将2011年度的汉斯埃尔博特爱因斯坦奖颁给了清华大学教授王兆印,以表彰他对高含沙水流、泥石流和植被侵蚀动力学以及流域管理等方面的特殊贡献。

  按照王兆印教授的观点,第四纪晚根新世以来,青藏高原每年以2厘米的速度抬升,这个直接的后果就是导致青藏高原周边河流坡度加大。坡度加大直接增加了水流的势能,因此,位于西南地区的三条河流(怒江、澜沧江、金沙江)冲刷下切,使得两岸的山坡坡度增大,滑坡、崩塌和泥石流灾害就在所难免。

  同样地处青藏高原延伸地带的缅甸伊洛瓦底江也是一样。据记者了解,密松水电站的搁置,除了缅甸政府的政治考虑外,一部分是由于美国支持的环保人士认为,建设水电站会导致周边地质灾害更加频繁。

  疑问二 水电站本身通过何种手段实现地质减灾?

  中国水利水电科学研究院副院长贾金生认为,人类在江河治理中追求两大目标:兴利和避害。水电开发一方面能够兴利,就是发挥发电、防洪、供水、抗旱、航运的作用,同时还能避害。这个避害指的就是水库大坝建设本身,从科学上讲,就是一个减少地质灾害的过程。

  他认为:“减灾的一个重要手段就是消能,水电站的工作原理就是将水的势能转化为电能,势能的破坏力由此大大衰减。”

  经测算,水轮机把水的势能转化为电能的效率通常在90%—96%之间,也就是说,水的势能90%以上被利用了。

  除此之外,水电站还配套相应的消能系统。目前主要的消能形式有挑流消能、水跃消能和阶梯消能。

  挑流消能,就是在泄洪时,水直接先向高处喷出,然后自由落体在消力池内,通过与消力池中的水体碰撞消耗掉水中的能量。三峡、小浪底就是挑流消能的典型代表。

  水跃消能,泄洪时,水流顺着一个弧度跌落,然后再挑起,跳跃进消力池中消能。例如正在建设中的糯扎渡水电站,就设置有溢洪道和挑流鼻坎,水流通过挑流鼻坎跳跃跌落进消力池中消能。

  阶梯消能,就是设置台阶状溢洪道,水从台阶上一级一级地跌下来,每跌一级能量就减少一层。

  王兆印认为,减少地质灾害的关键正是消能。他将阶梯消能理念用于泥石流灾害治理的研究中,独创“人工阶梯—深潭”的灾害防治办法。这一理论在云南吊噶河的实验取得了成功,预期的三个目标——通过深潭高效消能作用控制河床下切、减少泥石流灾害、改善生态,全部实现。一年半后,河床下切完全停止,水生生物物种增加了一倍多。不久汶川地震发生,这一实验又运用到汶川震区文家沟的泥石流治理上。经过治理的文家沟,在遭遇超过2008年危险的程度下,依然保持了平安,没有造成任何生命财产损失。

  疑问三 水电站的边坡治理如何达到减少地质灾害的效果?

  众所周知,在水电站建设过程中,无论是库区、还是下游,都要进行灾害治理,这是除消能外,水电站建设实现地质减灾的又一重要途径。例如用预应力锚索加固存在潜在危胁的滑坡体;在水库蓄水期间,主动释放已经存在的危岩体。

  典型的例子,包括三峡工程著名的“链子崖”危险滑坡体的治理,1995年它就被列为三峡工程重点滑坡治理项目。国家先后投入7000多万元,用173根巨型铁链将它牢牢锚住,孔隙经过水泥灌浆处理。经过观测仪器的多年监测,治理后的链子崖已经趋于稳定,消除了它对三峡库区的威胁。这个成功的例子也被怒江州国土资源部门用来作为支持怒江水电开发的重要依据。他们认为,怒江的地质灾害,同样是可以通过科学手段进行有效治理的。

  再比如,位于大渡河上的水电站,为了对大坝一侧边坡进行治理,就使用了二千多根深达六、七十米的预应力锚索。除了锚索固定之外,抗滑剪力桩、钢丝防护网以及混凝土喷涂等常规的加固措施几乎经常会用到各种水电站建设中。

  此外,工程开挖弃渣变废为宝,不仅成为加固边坡的材料,同时也避免了洪水冲走弃渣形成的泥石流隐患。

  疑问四 为什么水库蓄水初期,地质灾害反而频繁了?

  三峡工程175米蓄水实验举世瞩目,很重要的一个原因就是,人们担心水位变动将导致5014公里的库岸出现高频度的滑坡、崩岸和泥石流。

  专家认为,这其实是水电站在蓄水期将潜在的灾害体集中释放的正常“免疫”现象。库岸边坡在水中浸泡后,土壤中的孔隙水压力增加,当水库水位下降时,土壤中的孔隙水压力来不及变化,外部静水压力丧失,导致土壤内外压力不平衡,边坡因此会被“胀破”,然后垮塌,垮塌之后的山体将逐步趋于稳定。这个现象被称为库岸再造。

  因此,实验性蓄水,就是为了提前释放潜在的灾害隐患。

  此外,通过水电站建设移民,将原本居住在不稳定滑坡体上的人们转移到安全地带安置,将大大减少地质灾害造成的人员伤亡和财产损失。

 

作者:中国能源报 合作媒体:中国能源报 编辑:顾北

 

 

 
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