2015“江河十年行”之九三峡库区水电站被毁只是冰山一角.docx

 2015“江河十年行”之九——三峡库区水电站被毁只是冰山一角2015“江河十年行”之九——三峡库区水电站被毁只是冰山一角2016-03-2319:28:40归档在 我的博文 | 浏览次 | 评论63条                 汪永晨 三峡大坝修建以来，人们对它的关注度一直很高，担心也从没放松过。专家们更是说，金沙江流域是中国甚至世界上地质灾害最密集的地区，在这里布局建设密集的高坝和大库容水电站，有什么风险？地质学者杨勇认为，云南前两年发生的地震，与全世界规模最大、密度最高的金沙江大坝群有关鲁甸地震灾区山村。图片来源：杨勇 云南省鲁甸县2014年8月3日发生6.5级地震，导致超600人丧生，并引发严重地质次生灾害。地震引发了正在建设的红石岩水电站上游一处山体滑坡，并形成堰塞湖。堰塞湖的湖面水高超过千米，淹没一千多亩良田，直接危及下游多座水电站。 多年研究金沙江流域地质问题的地质生态学家杨勇在接受中外对话记者刘琴访问时认为，从2012年彝良地震到鲁甸地震，从地震发生时间和震源分布来看，与建设金沙江下游向家坝、溪洛渡两座巨型电站和牛栏江天花板电站等水库蓄水都有关联性。这一地区，也正是“江河十年行”在用十年的时间关注并记录的大江江段。中外对话记者刘琴采访“江河十年行”专家杨勇时，有这样的对话：刘琴：有没有迹象可以表明，云南鲁甸这次地震与修建水电站有关？杨勇：目前只能正视这样的基本信息——此次地震震中位于鲁甸县龙头山镇旱谷田村下的金沙江一级支流牛栏江峡谷内，距牛栏江干流第七级水电站天花板水库大坝不到7公里。该水库于2007年开工建设，2011年蓄水发电运行，（牛栏江共规划10级开发，目前已建成4级，在建2级）；距金沙江溪洛渡水库（牛栏江下游回水区）也仅有10余公里。  2012年金沙江  2013年金沙江上向家坝大坝和化工企业共存的县城2012年溪洛渡大坝 2012年9月彝良地震，震中距2011年建成的洛泽河麻林电站水库库尾不到10公里；距金沙江向家坝水库最近点不到60公里。  2014年4月永善地震，震中距金沙江溪洛渡水库最近点不到7公里。从近几次地震发生时间和震源分布来看，与建设金沙江下游向家坝、溪洛渡两座巨型电站以及牛栏江天花板电站等水库蓄水都有其关联性，如图 刘琴：金沙江流域是中国甚至世界上地质灾害最密集的地区，在这里布局建设密集的高坝和大库容水电站，有什么风险？ 杨勇：金沙江干支流穿越川滇地震断裂带，一些江段与断裂带平行或重叠，区内又是地质破碎、地质灾害和地质危岩分布密集的高山峡谷，在这样的河流布局建设密集的高坝和大库容水电站，存在两方面的地质风险： 一是水电运行系统面临地震活动时造成的破坏，包括大坝、发电厂房、地面建筑、输变电设施、输电线路等等，一旦发生强烈地震，如果震中距离这些系统比较近的话，损失破坏一定是严重的，并将形成持续的次生地质灾害和连锁灾害链。 二是在金沙江流域这样复杂而活跃的地震活动危险区域，水库诱发地震的频率和强度都将增大。近年来地震活动处于活跃期，特别是在川滇地震带，这是客观存在的事实，虽然这一地区没有水库也会发生强烈地震，但是水库可能会更强烈激发应力释放，这种释放机制科学上还不能解释清楚，人类还没有能力去认识和控制其规律。 横断山脉暨金沙江水电建设布局，忽视了在恶劣地质环境下，地震灾害导致的堵江在河谷地貌动力过程中的重要角色。 刘琴：水电建设诱发地震，需具备哪些条件？ 杨勇：目前的研究认为，水库诱发地震取决于库坝区地质环境、地质构造背景和水库规模和运行的总体组合条件。 从对世界近2000多座水库地震的分析表明，水深和库容在水库诱发地震的动力机制中具有十分明显的因果关系：水体负荷所产生的正应力、剪应力远小于完整岩石的抗压和抗剪强度。如果具备以下两个条件：1岩体破碎，裂隙发育；2水体负荷产生的超孔隙水压足够大，那么水库负荷所产生的剪应力和孔压力就形成诱发地震的直接作用因素。同时，还是触发较大初始应力的间接作用因素。 这好比一个气球，在无外来压力状态下，它会保持平衡状态或者逐步释放压力，在有外来压力情况下，压力会加快释放，如果用针尖触碰它就会瞬间释放甚至爆炸，水库地震就是在一切条件具备时形成的有大有小的“针尖”效应。 所以，不能一概认为，水库诱发地震不会形成大地震。世界上虽然还没有水库诱发7级以上的地震案例（如果不算汶川地震），但是世界上也没有像在地质应力高度集中的横断山脉地区建设高密度水电群的案例。 川滇地震带的横断山诸河流分布有沉积岩、变质岩和火成岩，并出露有象征地球岩石圈中构造活动最强烈、结构最复杂的蛇绿岩混杂带。岩层结构破碎，断裂构造复杂，在建和规划电站库坝区都具备不同程度的渗漏条件，水库蓄水造成岩体的抗压和抗剪强度降低，破坏岩体内应力均衡状态，改变地下水动力条件和库岸岩体动力平衡，在其他条件具备时，将成为水库诱发地震的重要因素。区内河流具备地球上最活跃的地质构造背景，活动断裂纵横交错，电站坝址和库区难以避开这些构造活动区，而大多数断裂构造与地震活动均有成因上的联系。 另外，由于横断山诸河流流量具有季节变化大的特征，一旦在河流上形成首尾相连的大水库群，消洪增枯的频繁交替以及水库容差异和频繁调度，引起库容水深的不断变化，也会引起库岸围岩结构瞬时应变，在这种快速频繁的变化中，也可能导致应力失衡而诱发地震。 刘琴：目前，中国水电建设大跃进势头不减，已经向中国西南、青藏高原大举进入，建水电站是不是缓解中国电力紧张局势的最佳选择？ 杨勇：中国电力装机总容量截至2012年末达到10.6亿千瓦,超过美国成为世界电力大国，但是中国同期GDP只及美国的30%左右，说明中国单位GDP能耗很高。据相关资料，中国同比产值能耗水平是日本的7.5倍，德国的5.5倍，美国的4.4倍，澳大利亚的3.5倍，甚至是巴西的2.3倍。 这说明，随着深化改革，调结构，改方式，淘汰落后产能，中国现有电力装机能力通过进一步优化配置，完全可以支撑相当一个发展时期的能源供应。金沙江以及西南地区众多河流的水电开发完全可以放缓，进一步审时度势，深入研究，科学规划设计，避免不应承受的风险。三峡库区水电站被毁只是冰山一角 地质专家认为，三峡库区已进入灾害高发期，水电站被冲毁在意料之中，而这只是冰山一角，全国已有多座水电站因地质灾害而损毁。  巨型水库、水面面积扩大、库岸再造频繁等都会加剧发生地质灾害的可能性。图片来源：杨勇 2014年9月上旬，三峡库区湖北省秭归县发生山体滑坡，装机容量1000千瓦的利丰源水电站（原名大岭山水电站）被彻底冲毁，这是三峡库区首次发生水电站冲毁事件。 地质生态学家杨勇告诉中外对话记者刘琴，“三峡库区水电站被冲毁是在意料之中。” 杨勇说，三峡大坝建成后，形成一个长达600公里的巨型水库，水位上升，并且每年都在不断地进行水位调节，常年水面面积大幅度扩展，这样一来一方面库岸再造活动频繁，岸坡变形加剧，地质环境恶化，地质灾害危险性增加；另一方面局地气候发生变化，导致局地气候特征的变化及局地气象灾害发生，特别是持续降雨和强度降雨频率增强；再加上涉及113万人的三峡库区移民安置建设、道路施工、小水电开挖、采石取土等活动。如果上述因素叠加，发生地质灾害的条件就已经形成。 四川省地矿局区域地质调查队总工程师范晓对中外对话记者刘琴说：事实上，三峡库区已进入灾害“高发期”，目前已确认的崩塌、滑坡、危岩、坍岸等地质灾害点已超过5000处。“之所以这次事故关注度高，是因为首次冲毁的是三峡库区的一座水电站。”  地质学家范晓曾撰文说，自2008年9月三峡工程开始175米试验性蓄水以来，出现了一个地质灾害的高发期，截止到2011年7月，仅重庆库区就发生地质灾害灾（险）情272起。2008年至2009年的蓄降水阶段就发生了243起，其中新生的突发性地质灾害167起，占68%。为此，长江水利委员会要求蓄降水阶段每天的水位升降不超过0.5米，使2009年至2010年、2010年至2011年两个蓄降水阶段的情况有所稳定，发生的地质灾害灾（险）情分别减少到16起和13起。但专家也指出，从2010年以来，水位在175米保持的时间较长，应当警惕地质灾害的滞后效应。 三峡工程是世界上最大的水电站工程，于1994年12月14日正式动工修建，2006年5月20日全线建成。库区主要包含长江流域的重庆市和湖北省的一些范围。 有多少水电站无法统计 杨勇和范晓在接受中外对话记者采访时说，三峡库区有多少水电站无法统计。  杨勇说，三峡库区有很多支流汇入，小水电开发在三峡库区是比较泛滥的，有多少无法统计。如果是在三峡水库蓄水前建设的小水电站，电站选址的地质环境可能随着三峡蓄水而发生变化，地质危险程度会增加。 范晓分析说，中国的小水电站非常多，因为中国实行的是分级审批制，从中央到省、县，甚至乡一级，都有审批权。中国的河流，从干流到支流，被不同政府所瓜分，长江上游水力资源100%已被开发。 国家电力监管委员会2009的一份文件显示，中国5万千瓦以下的小水电资源十分丰富，广泛分布在1700多个县，技术可开发量1.28亿千瓦。目前，全国已建成小水电站45000多座，总装机容量5100多万千瓦，在建规模达2000万千瓦。  对于三峡库区水电站首次被冲毁事件，范晓、杨勇之所以没有感到意外，是因为他们清楚，中国水电站被损毁事件时有发生，包括大型水电站。 范晓告诉中外对话记者，2014年8月发生的鲁甸6.5级地震引发崩塌、滑坡等地质灾害，并因山崩堵江在牛栏江上形成堰塞湖，其中牛栏江上已建成的红石岩电站被大型崩塌和堰塞湖掩埋和淹没，使总投资约8元亿的工程几乎全部报废。 他说，高山峡谷中的大型电站工程，由于建设过程中的巨量开挖与爆破，往往会严重影响大坝、引水隧洞、电站厂房附近地质结构稳定性，一旦强震来临，这里也是最易引发地质灾害的地点，在汶川地震灾区的许多地方都曾观察到这种现象，牛栏江红石岩电站的情况也不例外。因此，在中国西部地震和地质灾害多发区，进行大型水电工程以及其他大型工程的决策，都应十分慎重，并应进行独立客观、严格周密的灾害风险评估。 而在2014年“江河十年行”时，我们竟然还发现鲁地拉水电站还没发电，闸门就被冲走，损失的6亿元没人负责。 针对近几年来的各种质疑，三峡公司领导人是这样回复的：金沙江下游河段四个梯级水电站在区域地貌上位于青藏高原和云贵高原向四川盆地过渡的斜坡地带，地势总体上西高东低，在地质构造单元上属于扬子准地台范畴。在地质历史上，长期受西部地槽强烈活动的影响，区域构造基本特征总体上以断裂构造为主，褶皱特征处于次要地位。区域内主干断裂发育，是主要的发震特征，地震活动较频繁。但选定的四个坝址均避开发震断层，一般与活动断层相距25km以上，坝址区均处于一个相对稳定地块，即在不稳定的大地质背景下坝址位于一个安全的地质岛上。同时他们也承认，目前这四个电站的区域地壳稳定性研究程度还很薄弱，因此研究水电工程区的地壳稳定性具有重大的理论意义和现实意义。 三峡公司副总工程师胡斌认为：“虽然我们这4个水电站都建在相对稳定的坝址上，但还是不可避免地涉及到强震多发地区大坝的安全问题。”胡斌说，特别是溪洛渡、白鹤滩和乌东德这三个水电站，其所在地区发生强震的震级有可能超过7级，因此这三个水电站是按9度防震设计的，而向家坝水电站面对的这一问题则相对轻松些。“我们这4个水电站在抗震安全方面都是作了充分准备的。” 这些标出来的都是电站 这些标出来的都是电站 杨勇说：横断山脉位于青藏高原东部，印度板块与欧亚板块相接、至今地壳运动仍然剧烈复杂的造山带，是杨子板块与冈底斯-印度板块之间巨型造山系的组成部分。其特点是，活动性断裂构造十分发育，挤压、褶皱、隆起并伴随着引张、伸展、裂陷，形成了冷谷相间的纵列峡谷地貌和山间断陷盆地(湖泊)，这样的地质地貌为江河发育和水能富集创造了有利条件。但是，随着青藏高原第四纪以来的快速隆起，周边河谷如岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江等河川的强烈下切，高山峡谷和滩多流急的河谷形态还在强烈的演变中，区内断裂构造体系如鲜水河断裂、龙门山断裂、安宁河断裂、小江断裂、程海断裂、澜沧江、怒江断裂等频繁的新构造运动，使强烈的地震活动沿着这些断裂带频繁发生，河谷两侧高陡斜坡地上大规模的山体崩塌、滑坡屡屡发生，临灾危岩地貌发育，高地应力区河谷强烈下切卸荷而产生的大型危岩山体给工程建设和城乡安全带来了诸多不利影响。 近年来，国内外许多学者越来越认识到，在这些地质背景下灾变的可能性。金沙江堵江灾害的环境效应  杨勇认为：在中国西部这样的地质灾害高发区，一旦发生极端灾害事件，由于梯级大坝的上下相连，尤其是高坝、大库连续分布，极可能对灾害起到放大作用，造成具有连锁效应的灾害链，给下游构成严重威胁。在这方面我国有极其惨痛的教训：1975年8月，河南省淮河流域的特大暴雨更是酿成了世界上最大的水库垮坝惨案，因淮河上游的大型水库-板桥水库溃坝，导致下游石漫滩大型水库、两个中型水库、60座小型水库、两个滞洪区在短短数小时内，相继垮坝溃决。这次洪水灾害死亡总数超过20万人，1700万亩农田被毁，受灾人口1200万。 在金沙江，历史上有多次地震堵江断流，最近的发生在2003年7月和10月，云南大姚连续发生两次6级以上的强烈地震，金沙江右岸支流上有54座大中型水库的坝体发生严重的裂缝与渗水，丧失了正常蓄水功能，并给下游造成巨大威胁，下游组织大规模民众撤离。当我们已经面临金沙江遭遇强烈地震和引发的堵江现实时，情况将更为严峻和复杂，下游的相连的大坝水库和城市人口密集区，地震区交通瘫痪，救援受阻，水位快速升高，大坝满水，闸门启动失灵等。 因此，在金沙江水电开发中我们应该更加审慎，提前应对。汶川地震的震源恰好在通过紫坪铺水库的水磨—庙子坪断裂带上 地质学家范晓是第一个提出汶川地震与紫坪铺电站有关。2008年大坝上的裂缝还在 2009年紫坪铺大坝边上钉满了钉子的大山2009年范晓在接受记者采访 范晓对“江河十年行”的记者这样说：汶川地震发震的北川—映秀断裂带在紫坪铺水库附近分为两支，一支在通过映秀，即狭义的映秀断裂带；一支通过水磨—庙子坪，即水磨—庙子坪断裂带，后者恰好在地表穿过紫坪铺水库的主要蓄水区。  从地貌特征看，原本由西北山区向东南流入平原的岷江，流至原漩口镇处发生90°的突然转折，变为西南～东北走向，从而与水磨-庙子坪断裂带并行，这表明此段河谷顺应了断层破碎带的软弱部位，这是断裂具有晚近时期活动性的重要证据，这种活动性断裂通常都会成为地震的发震断裂。  汶川8级地震震源与震中的空间关系示意图 据范晓 如此快速地大幅度地蓄水和放水十分罕见和危险 范晓的研究表明：紫坪铺水库2004年9月开始蓄水，蓄水前，大坝处的天然河流水位高度在海拔752米～755米。蓄水以后的水位变化可分为以下几个阶段：第1阶段（低幅加载Ⅰ与低幅卸载Ⅰ）：2004年09月至2005年08月，752米上升至775米，升幅23米；775米下降至760米，降幅15米；第2阶段（高幅加载Ⅰ）：2005年09月至2005年12月，760米上升至840米，升幅80米；第3阶段（低幅卸载Ⅱ）：2006年01月至2006年04月，840米下降至820米，降幅20米第4阶段（高幅加载Ⅱ）：2006年05月至2006年12月，820米上升至875米，升幅55米；第5阶段（高幅卸载Ⅰ）：2007年01月至2007年08月，875米下降至817米，降幅58米；第6阶段（高幅加载Ⅲ）：2007年09月至2007年12月，817米上升至873米，升幅56米；第7阶段（高幅卸载Ⅱ）：2008年01月至2008年05月，873米下降至821米，降幅52米。 从2004年9月开始蓄水至2006年10月达到875米的最高水位，水位的升幅高达123米，而这仅仅用了两年零一个月的时间，这在国内外的高坝大库中都是罕见的。如此快速地大幅度地提高水位，以及高幅加载与高幅卸载的反复交替，就象不断给地震断层进行强力按摩，会促使断裂加速复活。据雷兴林等（2008）的计算，当水位在875米至817米之间变化时，其卸载量或加载量高达约7.4亿立方米（即约7.4亿吨），而汶川地震正好发生在紫坪铺水库经历了三次高幅加载和两次高幅卸载之后，而且正好处在第二次高幅卸载期之末。水库蓄水以后，紫坪铺库区的地震活动显著增强  图12 汶川8级地震前紫坪铺库区三个小震密集区分布图 据卢显（2010）1红色线框内的密集红圈是水库西南区的水磨震群；2棕色线框内的密集红圈是水库东北区的深溪沟震群；3绿色线框内密集红圈是水库东南区的都江堰震群红五角星是汶川8级地震震中；蓝色三角及蓝色字是库区地震监测台站及其名称水库诱发的小震群是不是汶川地震的前震？ 范晓认为：由于紫坪铺水库西南区的水磨震群是公认的水库诱发地震，而汶川8级地震的震源又恰恰位于水磨震群的空间范围之内，因此，汶川地震与水磨震群的关系，成为了紫坪铺水库是否诱发了汶川地震的关键纽带。汶川地震在大区域没有明显前兆是否正好反映了水库诱发地震的特征? 范晓说：习惯上人们总是认为，水库诱发地震是因为断层的应力积累已达到临界状态，水库的蓄水活动只是起到触发作用，但这是一个并未被实证或难以实证的命题。在这种情况下，当然不能排除断层原本的应力积累并未达临界状态，而因为水库的蓄水活动导致岩石破裂或地震活动被“激发”或不是被“触发”的状况，即可能是在岩石中产生了新的破裂。 四川省地震局的张致伟等（2009）、程万正等（2010）都指出，紫坪铺水库蓄水以后，库区出现了小震密集增加的现象，它们与水库蓄水、放水有关，这既可能属于区域长期地震活动的一种起伏，也可能是因为水库区小震活动异常的“链式续增”，引起断裂带上巨大能量的提前突然释放。既然是提前突然释放，因此汶川地震前孕震过程的阶段性特征以及中短期前兆性地震活动不明显 汶川地震前，中期巨变异常以及宏观异常开始出现的时间，恰与紫坪铺水库高幅加卸载期开始的时段吻合，因此，汶川地震震前异常与其它大震的不同，是否正好反映了水库诱发地震与天然地震的差别，显然值得注意。水库能够诱发震级高达8级的巨大地震吗？  范晓说：历史上被确认的水库诱发地震的最大震级为6～7级，虽然从普通逻辑上，这并不能推论水库不能诱发8级地震，但水库能否诱发汶川地震这样的高达8级而且破裂带长约二三百公里远远超出库区范围的巨大地震，仍然让人们充满疑问。 四川省地震局的易桂喜等（2006、2011），通过研究汶川地震前龙门山—岷山断裂带的地震活动参数，发现在紫坪铺水库蓄水前，龙门山断裂带高应力区分布在绵竹—茂县一线的东北侧，即龙门山断裂带的北段属于未来最可能发生强震的地段，而包括紫坪铺库区在内的汶川段，处于中偏低的应力状态，尚不具备发生强震的背景。 紫坪铺水库蓄水后，小震群的活动与b值的降低显示了紫坪铺库区附近应力水平的显著升高，8级地震没有启动于原本应力水平较高的龙门山断裂带北段，而是发生在紫坪铺水库附近，很有可能是受到水库蓄水的影响；而汶川地震之所以表现出由初始破裂点向北东方向扩展的单侧破裂现象，并且破裂延伸达200公里以上，似乎又与原先龙门山断裂带北段比较接近破裂临界状态有关。一幅正在完成的拼图及其巨大的挑战 范晓和越来越多的地质学家认为：紫坪铺水库与汶川地震，这一前所未有的案例，给水库诱发地震的研究提供了许多有价值的新鲜材料和新的研究视角，也提出了许多具有巨大挑战的科学命题。 水利工程专家王维洛曾经指出（2008），科学家面临的一个全新情况是，紫坪铺水库建造在具有强烈地震活动背景的断裂带上，在这种情况下，水库诱发的构造性地震是否还属于传统经验的水库诱发地震的范畴？ 对策建议 面对中国大江大河面临的如此严峻的挑战，杨勇提出建议：尽快调整金沙江水电规划布局、坝高、库容、装机规模、坝址选择等等（可能已经来不及了）；中国电力装机总容量截至2012年末已经超过10亿kw,达到10.6亿kw,超过美国成为世界电力大国。但是我国的年GDP只及美国的30%左右，说明我国单位GDP能耗很高，据相关资料对比，我国同比产值能耗水平是日本的7.5倍，德国的5.5倍，美国的4.4倍，澳大利亚的3.5倍，甚至是巴西的2.3倍。这说明，随着我国深化改革，调结构，改方式，淘汰落后产能，我国现有电力装机能力通过进一步优化配置，完全可以支撑我国相当一个时期的能源供应。否则象当前这样的发展势头，可能造成电力产能过剩的局面。在这样的情况下，金沙江以及西南地区众多河流的水电开发完全可以放缓，进一步审时度势，深入研究，科学规划设计，等待合理的开发时机和条件，避免风险；如果现在开发方式不能逆转，要制定应对各种灾害的预案。 明天，“江河十年行”将走近怒江。