理论教育 大坝环境水文地质:水环境特征

大坝环境水文地质:水环境特征

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:就库水的水化学特征而言,随着水位的抬升、水面的增宽,库区湿度明显的增大,而有利于周边植被的生长。显然,在库水位骤降期间,将是此类新的物理地质现象的高发期。水库淤积不仅可缩短其使用寿命,而且会对上下游防洪、灌溉、航运乃至整个流域的生态平衡带来不利影响。由人类工程活动所引发的地震称为诱发地震,而由水库蓄水所引发的地震则称为水库诱发地震。水库诱发地震的一个基本特点,就是震级不大、但震源较浅。

大坝环境水文地质:水环境特征

蓄水条件下,坝前库水位抬升了数十米甚至百米以上,因而形成了具有较宽水面的人工湖泊。显然,兴建的大坝越高,上、下游之间的水头差越大,由此形成的人工湖泊——水库,对于原先存在的环境的影响也就越深远。主要表现在:

(1)库水位的大幅上升以及水域的扩大,使作用于库盘的水体荷载明显增大,同时在一定范围内也使原先存在的地表水与岸坡区地下水之间的水体交换模式发生转变。

(2)就库水的水动力特征而言,由原来湍急的河流(山区),转变为相对稳定的人工湖泊,其外营力地质作用随之发生改变,即由原来流动相的河流侵蚀作用转变为相对静止的湖泊沉积作用。正是这一新的地质作用,坝前往往堆积有一定厚度的淤积物。

(3)就库水的水化学特征而言,随着水位的抬升、水面的增宽,库区湿度明显的增大,而有利于周边植被的生长。同时,巨大的库水水体也为水生物的繁衍提供了有利的条件。所有这些方面促使库水水质发生变化,如水化学类型的改变以及酸碱度的改变等,而有别于蓄水之前。当然,影响库水水质变化的因素还包括其他一些,如水库周边淹没范围内岩土体中可溶性组分以及相关元素于浸析条件下的析出,以及植被的腐烂等。蓄水条件下坝前库水通常是坝址地下水的一个重要补给源,而上述库水水质的变化将在一定程度上影响枢纽区内地下水质的形成及其变化。

(4)蓄水状态下大坝上、下游之间产生的巨大水头差,使坝址上、下游水体之间的水力梯度增大,在一定条件下(如泄洪)由此在大坝下游可产生强烈的冲刷作用。

坝前人工湖泊的形成,极大地改变了库区的水环境特征,由此可能诱发一系列环境水文地质及工程地质问题(彭汉兴,1998)。

由于大坝的拦蓄作用,库区岸坡地下水位随着库水位的上升也相应地上升,因而改变了岸坡一定范围内地下水的补、径、排条件。原来位于地表浅层的非饱和风化岩体中的相当部分因水库蓄水产生的壅水作用而处于饱和状态,遭受水的浸泡而不可避免地造成岩体的软化,甚至在一定条件下发生泥化。由此,又可能诱发新的物理地质现象,如边坡失稳现象等。显然,在库水位骤降期间,将是此类新的物理地质现象的高发期。(www.daowen.com)

由于世界上任何一条河流都挟带泥沙,故在水库建成蓄水之后必有泥沙在库底沉淀,此为水库淤积问题。水库淤积不仅可缩短其使用寿命,而且会对上下游防洪、灌溉、航运乃至整个流域的生态平衡带来不利影响。就库区而言,因此而损失库容,影响了水库的效益;库水中呈悬浮质泥沙增多以后,改变了水中的溶解氧含量,影响鱼类正常生长,鱼类的繁殖区及食物供应基地被泥沙覆盖后,也会造成水产产量的下降。另外,当含有粗颗粒泥沙的库水进入水轮机组时会给后者造成磨损,高速含沙的水流对闸槽和隧洞也会带来磨损,而当泥沙一经堵塞泄水建筑进口,会造成提门开闸的困难。水库淤积也会给水库下游带来诸多不利影响,如造成下游河床的下切,破坏了河岸坍塌和滩地淤积间的平衡。又如对生态和农作物生长的影响,即下泄库水中冲泻质的减少,意味着水中肥分的下降,而影响灌溉质量;库水中部分悬浮物质被大坝拦截,而影响河口地区渔场的分布,等。

水库浸没问题亦由水库蓄水引起。所谓水库浸没,指由水库蓄水引起的所在流域一定范围内地下水位抬升,以致对区内的城镇建筑、工厂企业、道路以及农业等带来不利影响。而浸没标准,指地下水位对上述城镇建筑等方面不致带来不利影响的安全埋深。建筑物的浸没标准,在数值上为基础埋置深度与基础以下的毛细管上升高度之和;而农作物的浸没标准为其根系深度与根系以下的毛细管上升高度之和。显然,如果壅水后的实际地下水位低于产生浸没的临界水位,则不会发生浸没。已有的研究表明,在下述环境地质条件下,一定范围内将会存在浸没的可能性:①在平原型水库大坝下游,顺河坝或围堤的外侧,尤其是在地面高程低于河床的库岸地带;②在地下水位埋深较浅,地表水或地下水排泄不畅,且其补给量大于排泄量的库岸地带;③在盆地型水库的边缘与山前洪积扇之间直接相接的地段或其他地貌过渡带。

由人类工程活动所引发的地震称为诱发地震,而由水库蓄水所引发的地震则称为水库诱发地震。水库诱发地震的一个基本特点,就是震级不大、但震源较浅。因此,由水库诱发地震导致的灾害有时还是很严重的,如我国新丰江水库地震导致倒塌房屋数千间,死伤数人,库岸局部发生崩塌和滑坡,与此同时还导致在大坝右侧坝段高程108m处产生上、下游间呈贯穿性的达82m长的裂缝。在其他的一些水电站,如龙羊峡、丹江口、岩滩、东江、乌溪江以及乌江渡等,都有库区发生诱发地震的报道。已有的研究表明,水库诱发地震发生的震例与所在的坝高和库容之间存在一定的关系:①诱发地震的水库库容越大,其发震率越高,而当库容大于1000 亿m3时,发震率高达40%;②坝的高度与所在水库的发震率呈正比,而当坝高大于200m,水库发震的震例占25%;③一般而言,震级大的水库、坝高及库容都比较大。由此可见,坝高且库容大的水库发生诱发地震的可能性无疑大一些。诚然,就某一个具体的水库而言,是否会发生诱发地震,不仅与如上所述的坝高及库容等工程因素有关,而且还与所在流域的区域地质背景有关。显然,不同的区域地质背景就可能诱发不同类型的水库地震,如构造型或岩溶塌陷型等。

另外,坝前人工型湖泊的形成,还会诱发大坝下游河道的演变问题。究其原因,由于水库下泄清水会使大坝下游河道水流含沙条件发生改变,从而使河流产生新的平衡问题。大坝下游河道的演变存在着千差万别,有的河流在拦河坝形成之后其下游河道演化强烈,有的则甚微。如欧美一些河流在建坝之后,使下泄流量均匀化,以致在有泥沙补给的条件下,河槽的容积呈减小之势;而在我国一些河流则由于在建坝之后下泄水流的清水作用(如官厅、三门峡及丹江口水库等),使大坝下游河槽反而向加宽、加深的方向发展。已有的研究表明,大坝下游河道的演化,关键在于下游河道挟沙能力与水库下泄河支流入汇沙量的对比关系,以及水流冲刷能力与河床抗冲刷能力的对比关系。

蓄水状态下,库坝区诱发的上述环境水文地质问题(部分亦为工程地质问题),在很大程度上源于新的水环境下产生的新的水—岩系列间的相互作用,包括物理力学作用及化学作用等,其基本特征见表2.1.1(王士天等,1997)。

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