南水北調西線工程側仿—雅碧江引水線路工程地質遙感研究

南水北調西線工程位于新構造活動強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)的主要地質災害包括活動斷層和地震、凍土凍害、高地應力及巖爆、地溫異常、庫區(qū)岸坡變形等.其中,活動斷層及地震是調水工程區(qū)的主要地質災害.對主要地質災害的特征和破壞形式進行了探討,并提出了有關治理措施

本書由中山大學地理科學與規(guī)劃學院劉希林教授和華北水利水電學院資源與環(huán)境學院黃志全教授合著,由地質出版社于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西線一期工程區(qū)泥石流、滑坡和崩塌災害的分布規(guī)律、基本特征、危險性評價、穩(wěn)定性評價、分區(qū)結果,以及對工程建設的可能影響,是論證半個多世紀以來,有

通過對南水北調西線工程區(qū)的區(qū)域地質背景的回顧,運用辯證的觀點,初步分析了西線工程區(qū)工程地質的辯證特征:①地層簡單,構造復雜;②總體構造復雜,局部相對簡單;③總體活動強烈,局部相對穩(wěn)定;④巖體類型多樣,巖石強度差異性大;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復雜的地質構造客觀上不可回避,主觀上可利用。認為在相對不利的總體地質特征背景下,可以尋找出有利的建設場地,滿足工程建設的需要。

在扼要介紹南水北調西線工程仁青里－崗龍引水線路斷層及春特征的基礎上，分8段詳細論述各洞段的主要工程地質問題，并從10個方面進行綜合工程地質評價，為線路優(yōu)化提供地質依據(jù)。

西線南水北調雅礱江調水線路,初步規(guī)劃引水方式為抽水和自流兩種。設計引水流量217m~3/s,年調水最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日河入黃河,線路長94km。

74歲的黃河水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院(以下簡稱"黃委會規(guī)劃設計院")原副院長,南水北調西線工程設計總工程師談英武有些焦慮,盡管他已經(jīng)退休.2009年度南水北調工程5000萬元的研究經(jīng)費一直沒有下發(fā),相關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責?

南水北調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)境及確保工農業(yè)牧業(yè)發(fā)展的工程。它不僅會使龍羊峽多年調節(jié)的大型水庫充分發(fā)揮調節(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)濟發(fā)展建設，經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益都會十分明顯。

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

從南水北調西線工程雅礱江調水線路的工程地質條件出發(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3條自流引水線路進行了比選，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、通天河三條河調水，調水量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陸地區(qū)，對水資源的需求仍有較大增長。在三條河調水方案規(guī)劃的基礎上，對瀾滄江、怒江向黃河調水,進行了初步的方案研究，作為西線調水的后續(xù)水源。后續(xù)水源方案可調水量１６０億～２００億ｍ～3，相當于三條河總調水量,但是，調水工程規(guī)模浩大,應在三條河調水工程實施后進行深入研究。

基于工程實踐,探討西線一期工程區(qū)域穩(wěn)定性評價的原則和基本思路,根據(jù)有關資料,給出工程區(qū)的穩(wěn)定性分區(qū),認為西線工程位于基本穩(wěn)定區(qū),附近斷裂大多數(shù)不具有活動性,壩址場區(qū)內沒有發(fā)現(xiàn)活動斷裂和地震震中分布,沒有活動斷裂穿越引水隧洞。隧洞圍巖主要為ii～iii類圍巖,局部為iv～v類圍巖,巖爆強度不高,圍巖大變形主要發(fā)生在板巖段和構造破碎帶處,地質條件適合tbm施工。根據(jù)水文地質資料,給出各隧洞段的涌水量?？赡芤饛娡杆蛴克牡囟沃饕跍\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。

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

該文設想構建南水北調西線工程數(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)濟社會與國土狀況信息的數(shù)字集成;通過西線調水區(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個站的1965—2000年日降水資料,分析了南水北調西線工程區(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.1965年、1984年、1992年過程降水偏弱,1981年、1989年、1999年過程降水偏強.

在分析深埋隧洞巖爆破壞機制和地應力條件的同時,詳細論述了南水北調西線工程主要引水線路區(qū)的現(xiàn)代構造應力場特征及主應力的大小、相互關系;根據(jù)地應力、巖性等特征初步評價主要引水線路區(qū)隧洞圍巖發(fā)生巖爆的可能性

根據(jù)斷裂構造和環(huán)形構造的解譯標志和野外考察的結果,在南水北調西線工程區(qū)內確定了近200條斷裂構造和26個規(guī)模和成因不盡相同的環(huán)形構造。斷裂構造分別沿nw,ne,近sn和近ew向分布,nw向斷裂為區(qū)域性的斷裂構造,控制工程區(qū)內地貌、水系等的發(fā)育。有22條斷裂構造影像特征比較清晰,規(guī)模相對較大,而其中有8條nw向區(qū)域或主干斷裂對工程區(qū)輸水線路和相關壩址的穩(wěn)定性影響更加突出一些。但綜合分析的結果表明,全新世活動的斷裂構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,區(qū)域地質構造分析也說明工程區(qū)處于一個相對安全島內。環(huán)形構造多為巖漿熱液作用的產物,它們的存在對于工程穩(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。

以南水北調西線工程區(qū)的構造解譯為例,對信息源選擇、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行針對性研究,證實了該方法組合對南水北調西線工程區(qū)的遙感影像處理的有效性,進而建立了色調、形狀、地層或巖體被錯斷、地貌形態(tài)差異和水系格局等解譯標志。通過對斷裂構造解譯的實地驗證,表明解譯準確率達到90%以上,位置誤差小于15m。與常規(guī)地質調查方法相比,遙感信息具有視域寬廣、內容豐富、主要斷裂突出、受地面條件限制較少、有效提高野外驗證效率的優(yōu)勢。

“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座電站裝機容量13000萬kw,年發(fā)電量7530億kwh,是我國21世紀永續(xù)利用的電力能源。而南水北調西線工程規(guī)劃自四大基地河源調水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%。西水北調分期建設方案,自雅魯藏布江及怒江調水近1000億m3,可濟黃補金。既可向黃河補水500多億m3,又可向金沙江補水近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)氣候變動和干早化趨勢發(fā)展對年徑流量計算成果及引水工程投資規(guī)模的影響.

西線調水是否可行,調水對生態(tài)環(huán)境的影響重大,必須進行系統(tǒng)、深入、科學的研究。能否從西線調水、能調多少水,必須在認真深入研究長江源頭大自然的變化趨勢并順應其變化規(guī)律的基礎上做出科學的決策,否則,人類會因調水破壞自然,影響生態(tài),而最終受到大自然的懲罰。西線工程水源區(qū)地質結構就決定了其地質環(huán)境復雜和脆弱,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的后果。西線調水是否必要?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。解決黃河缺水的治本之策,是在建立合理的水權制度和防污節(jié)水機制的前提下,以短缺的水資源為基礎,調整產業(yè)結構,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。

南水北調西線工程是對我國大自然最大的改造工程,有三大挑戰(zhàn)性的問題:對自然規(guī)律的挑戰(zhàn)、對生態(tài)地質環(huán)境的挑戰(zhàn)、對社會協(xié)調發(fā)展的挑戰(zhàn)。對自然的改造和索取不是無止境的,南水北調西線工程不能搞“只爭朝夕,”而應“慎之又慎,”要形成應對三大挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略規(guī)劃。水資源開發(fā)利用應換一種思維,實現(xiàn)三個跨越:告別改造、征服自然的幻想,實現(xiàn)順應和尊重自然的跨越;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水到追求國家安全,人與社會自然環(huán)境協(xié)調發(fā)展的跨越。