金沙江水电站在地震活动中成灾可能性及其灾害效应

                                                               杨勇        

    2014年8月3日云南省鲁甸县发生6.5级地震,震源深度12千米,属于浅源性地震。发震断裂带位于川滇地震带的小江断裂和莲峰山断裂,这是该区域多年以来发生的最大一次地震。

    通过整理该区域近年来地震活动记录,我们可以看到,1974年发生了雷波-永善7级强震,并伴随多次较大余震, 2012年9月在彝良-大关连续发生5级以上群震,2013年2月发生4.9级地震,2014年4月在永善县金沙江边发生5.4级地震。说明该区域处于地 震活动的活跃期。追溯至再早前,本区域曾经发生过多次强烈地震并引发金沙江峡谷大规模次生地质灾害。

    从近几次地震发生时间和震源分布,与金沙江下游向家坝、溪洛渡两座巨型电站以及牛栏江天花板电站蓄水都有其关联性,如图:

金沙江下游水电站与近年来地震活动关系图

 

从图上测算,这几次地震震中距向家坝、溪洛渡水库在80-10公里,此次鲁甸地震震中距溪洛渡水库40余公里,距牛栏江天花板水库不到10公里。  

    通 过多年来我对金沙江历史上地震以及崩塌滑坡导致的堵江事件的分析整理,可以清晰的看到,金沙江的发育形成过程,伴随着青藏高原的隆起升降,在这一进程中, 有波澜壮阔的造山运动,也有一次次惊心动魄的地震活动,沧海桑田的峡谷地貌建造。它既遵循河流发育的一般规律,也呈现出它独特的发育特征,那就是它穿越了 几大地质断裂,冲破大山阻隔,连通高山平原,造福华夏大地,如今它还在继续经历着这样的历程,强烈的新构造运动和区域地貌条件使得金沙江在地震发生时形成 堵江堰塞湖现象在金沙江峡谷广泛分布,初步调查统计,金沙江干流共分布有地质灾害3739处,其中滑坡2032处,崩塌322处,泥石流932处,不稳定 斜坡453处,这些地质灾害为堵江堰塞湖的创造了有利条件。堵江堰塞湖的发育对金沙江河谷演化的作用与影响大至分为以下次序:地震活动及极端气候过程—产 生崩塌滑坡堵江—形成堰塞湖—堰塞湖溃决—巨大的洪峰和泥沙输送—河谷地貌环境改变—持续的次生灾害。青藏高原进入地震活跃期和气候变化敏感期,又面临水 电和其他基础设施建设的空前高潮,多重因素叠加,地质灾害成灾的频度和强度都大大增强。

    研究者根据滑坡堵江发育的地质条件、自然环境、诱发因素和堵江类型将中国堵江分布划分为青藏高原东南部、横断山区、川–鄂山区、秦岭大巴山区、西北高原和 台湾山区等六个典型区。通过对收集到的147起滑坡堵江事件按斜坡破坏机制、滑坡物质组成、滑坡体的体积等对滑坡堵江进行了分类,分析出地震活动导致堵江 的滑坡占70.0%、崩塌占17.1%、泥石流占12.9%。

    金 沙江水电建设布局忽视了地震灾害导致的堵江在河谷地貌动力过程中的重要角色,这方面的研究成果并不多见,我在考察中看到区域地质构造活动、气候环境变化、 地质和气象等灾害事件在金沙江河谷地貌中表现出丰富多彩,触目惊心。另一个方面就是目前缺乏对人口聚集区和相关区域潜在滑坡堵江事件发生后及其预警的超前 研究工作和应急处理工作。随着全球变化速率的加剧、不稳定气象气候事件发生频率的增高、地壳运动活动活跃期的到来、人类活动强度的干扰,加强其预测、气候 突变与地震堵江事件相关性研究、短时间内大型水库的潜在灾害评估、区域对比及典型区域内周期性发育等方面的深入研究迫在眉睫。

    研究发现,超过90%的 堰塞湖都是因地震导致的快速滑坡而塑造。 区域构造运动如地震是造成的滑坡等是堵江事件的重要机制之一,金沙江流域是新构造运动强烈上升的地区,地震活动频发,其在近代历史时期发生了众多地震、崩 塌和叠加了暴雨引发的滑坡和泥石流,进而诱发堵江堰塞事件。昔格达层覆盖的活动性断裂地段,出现的地震痕迹都普遍具有地震堰塞的迹象。

    事实上,2008年汶川地震已经给了我们最好的答案,此次地震在岷江、沱江和涪江上游流域(青藏高原东部边缘)共形成地质灾害两万多处,其中蓄水存留时间 14天以上的堰塞湖265处,高危堰塞湖33处,这是自全世界有记录以来,地震导致的堰塞湖次生灾害分布最密集,灾情最复杂,对水电和下游安全威胁最大的 一次典型地震灾情案例。

    然而,由于金沙江的恶劣地质环境的复杂性,地震活动改变山河的强度,水电水库的规模密度,威胁程度都远远超过汶川地震灾区,再加上金沙江大部分地区远离大城市,救援条件也远不及汶川地震灾区。

    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25 km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。”

    根据金沙江的地震记录和我们考察所进行的研究分析,我们来演绎一次在金沙江相应江段发生7-8级的地震情况下,金沙江可能出现的灾情:

    上游通加峡可能出现成群滑坡,形成2-3处堵江堰塞湖,交通不便,距离遥远,救援处置比较困难,可能会丧失最佳救援时机;

    巴塘-奔子栏江段可能形成连续分布的崩塌滑坡群,很多休眠中的古滑坡将复活,堰塞湖呈串珠状分布,苏哇龙、昌波、日冕电站厂房和输变电系统受到重创,远离大城市,沿江交通受损破坏严重,救援处置非常困难;

    中游虎跳峡可能发生大规模崩塌,导致堵江,阿海、鲁地拉电站库区可能发生大规模滑坡堵江,输变电系统受到重创;

    下游乌东德库区可能发生大规模滑坡,大坝以下的阿巧-大石棚古滑坡可能复活,忠武山、白沙坡、炭山、因民等可能发生大规模滑坡,导致堵江江水快速回流至大坝造成威胁,电站厂房和地面建筑由于峡谷两岸崩塌将受到重创,救援处置较为困难;

    白鹤滩库区形成密集滑坡和泥石流物源,峡谷中的电站厂房和输变电系统也将由于大规模的崩塌受到重创,救援条件稍好;

    溪洛渡库区将形成一系列山体崩塌滑坡,电站将受到上游大坝失去调控的放水和堵江溃决洪峰的严峻考验。

    由于我国大坝建设采用严格的抗震标准,一般来说不会发生垮坝现象,但是由于产生巨量堵江体,处置失去最佳时机,可能出现洪水翻坝,导致大坝报废或修复困难。(如下汶川地震系列灾害图)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

地震导致堵江灾害的环境效应

    在中国西部这样的地震灾害高发区,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,极可能对灾情起到放大作用,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。

    长 期以来形成的“人定胜天”、“征服自然,改造自然”、“技术万能”,“工程至上”的思维定势,仍然在主导着我们处理人类活动与自然环境相互关系的思维方式 和行为方式。从而忽视或轻视人类工程活动的环境制约因素,简单地甚至一厢情愿地去看待许多尚未认识的自然规律和环境风险(范晓:水电工程对地质环境的影响及其灾害隐患)。

    地质灾害引发的堵江灾害,将产生溃坝和洪水灾害,形成一系列新的地质灾害体,重新塑造河谷地貌,从长远的河流发育史来推测,对河流发育产生深刻影响,如河流流向改变,产生堰塞海沉积等等。

    水 电工程形成的人为堵江,会产生正反两方面的效应,最基本的效应是改变了河流水动力关系,水岩关系发生变化,其地质活动、地质灾害规律都会发生巨大变化,水 库诱发地震,库岸地貌再造,不稳定地质体复活等,都是水库蓄水以后面临的新问题,在金沙江这样的河谷,这些变化带来的灾变是必须承认的客观现实。

    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。

对策建议

      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(按目前情况来看可能已经来不及了);

      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。

 

                                                            金沙江的泥石流

 

                                                           金沙江矿区的地质危岩区

 

                                                       金沙江历史上的山崩堵江遗迹

 

                                                金沙江历史上地震形成的崩塌滑坡遗迹

 

                                                                  金沙江峡谷山村

 

                                                               金沙江峡谷中的土房建筑

 

                                                                 鲁甸地震灾区山村

 

                                                           乌东德电站河谷中的地质灾害

 

                                            溪洛渡水库2013年蓄水期间发生滑坡