巖石工程與環(huán)境保護(hù)

董學(xué)晟

巖石工程與環(huán)境保護(hù)

董學(xué)晟

（長(zhǎng)江科學(xué)院科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，武漢 430010）

近年來(lái)，環(huán)境保護(hù)問(wèn)題變得越來(lái)越緊迫，作為一種可再生能源，水力發(fā)電受到了極大的重視，但它卻并不是一種絕對(duì)清潔的能源。不論是在施工期還是在運(yùn)行期，水力發(fā)電工程都會(huì)給環(huán)境和生態(tài)條件施加一些負(fù)面的影響。施工中大量的土石方開(kāi)挖完全毀壞了建設(shè)場(chǎng)地上的植被和土壤，導(dǎo)致大面積水土流失，增加了潛在的滑坡數(shù)量。在進(jìn)行西南水電開(kāi)發(fā)的規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)就區(qū)域內(nèi)梯級(jí)電站建設(shè)對(duì)環(huán)境和生態(tài)條件的綜合影響和長(zhǎng)期影響進(jìn)行詳盡的研究和分析，并提出了幾條減少土石方開(kāi)挖的原則性建議。

巖石力學(xué)；水力發(fā)電；環(huán)境保護(hù)；生態(tài)條件；土石方開(kāi)挖

當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)面臨全球變暖的巨大變故已是不爭(zhēng)的事實(shí)。氣候異常、極端天氣現(xiàn)象、越來(lái)越頻繁加劇發(fā)生的自然災(zāi)害，步步緊逼。大規(guī)模的水利水電建設(shè)對(duì)于環(huán)境和生態(tài)條件的負(fù)面影響如何，是一個(gè)很大的課題。僅從水電建設(shè)中的巖石工程這個(gè)側(cè)面來(lái)看，問(wèn)題還是很?chē)?yán)重的。首先可以肯定的是，水力發(fā)電不是絕對(duì)清潔的能源；其次，水電工程建設(shè)施工對(duì)環(huán)境和生態(tài)條件的負(fù)面影響嚴(yán)重；而巖石力學(xué)學(xué)科可以為減少這些負(fù)面影響做出貢獻(xiàn)。

1 水力發(fā)電不是絕對(duì)清潔的能源

相對(duì)于以化石燃料為能源的電力工程來(lái)說(shuō)，水電站所帶來(lái)的直接環(huán)境污染和生態(tài)影響要小得多。水能和太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物質(zhì)能一樣，是可再生的能源。利用水力發(fā)電時(shí)并不向周?chē)h(huán)境和大氣投放廢棄、污染物質(zhì)，然而，它并不是絕對(duì)的清潔能源。

攔河大壩截?cái)嗵烊凰鳎畮?kù)是新出現(xiàn)的水域，都對(duì)河流和水庫(kù)周?chē)沫h(huán)境（土地、水文和氣象等）和生態(tài)（動(dòng)物群落、植物群落）造成影響。這些影響有正面的（有益的），但其負(fù)面影響也必須重視。有些影響短期就可看到，但更值得注意的是那些要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才顯現(xiàn)出來(lái)、一經(jīng)出現(xiàn)就難以糾正的影響。應(yīng)當(dāng)在做出工程建設(shè)決策之前，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)水電工程時(shí)進(jìn)行詳盡、細(xì)致的調(diào)查和研究。

在這方面，俄羅斯人做得較好。早在上個(gè)世紀(jì)90年代初，他們就注意開(kāi)展了這方面的研究。例如莫斯科動(dòng)力學(xué)院可再生能源教研室主任В.И.維薩里昂諾夫和Л.А.佐洛托夫編寫(xiě)了《可再生能源的生態(tài)學(xué)問(wèn)題》①В.И.維薩里昂諾夫，Л.А.佐洛托夫.可再生能源的生態(tài)學(xué)問(wèn)題（內(nèi)部學(xué)習(xí)資料），董學(xué)晟譯，陳濟(jì)生校，2007.一書(shū)，作為學(xué)生的教材。此書(shū)就可再生能源開(kāi)發(fā)中對(duì)生態(tài)、環(huán)境的影響，在有關(guān)能源工程項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)中如何評(píng)估這些影響，以及在設(shè)計(jì)階段如何采取措施盡量減小負(fù)面影響等方面，進(jìn)行了比較全面系統(tǒng)的闡述。主要內(nèi)容是關(guān)于傳統(tǒng)的可再生能源——即水力發(fā)電工程建設(shè)（包括小水電建設(shè)）。對(duì)于非傳統(tǒng)的可再生能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能），除生態(tài)環(huán)境方面的問(wèn)題外，對(duì)其原理、主要技術(shù)工藝、資源情況等也作了一般性的介紹。

大型水電建設(shè)對(duì)環(huán)境和生態(tài)條件的影響分為設(shè)計(jì)階段可以評(píng)估的影響、施工期的影響和運(yùn)行期的影響。設(shè)計(jì)階段可以評(píng)估的7個(gè)方面影響是：

（1）土地淹沒(méi)。大型水庫(kù)淹沒(méi)大量土地和耕地，特別是在平原和丘陵地區(qū)。即使是山區(qū)，形成大量庫(kù)容的地帶，往往就是當(dāng)?shù)厝嗣褓囈陨妗O為寶貴的坪壩。

（2）庫(kù)岸浸沒(méi)和再造。除了水庫(kù)直接淹沒(méi)的土地外，庫(kù)岸周邊的土地還受到浸沒(méi)和庫(kù)岸再造的影響（約占被淹沒(méi)土地面積的3%～5%）。在土地被浸沒(méi)的復(fù)雜過(guò)程中，土地質(zhì)量可能發(fā)生衰退。庫(kù)岸再造是導(dǎo)致近岸土地變形的物理-地質(zhì)過(guò)程的總和，包括沖刷、磨蝕、滑坡、卡斯特、管涌等。

（3）水文條件改變。大壩上游形成湖泊型的水體，其水位狀態(tài)完全取決于水利樞紐的工作狀態(tài)。下游河道的水位和流量狀態(tài)、建筑物上下游的冰熱力學(xué)狀況、泥沙沖淤、河道演變等也都改變了。

（4）氣候改變。大型水庫(kù)水域上輻射平衡改變，周邊地帶春季和夏初氣溫降低、夏末和秋季氣溫抬高，氣溫的日變幅和年變幅要減?。豢諝鉂穸仍黾?，水面的蒸發(fā)增加；直接在水域上的降水減少，而在鄰近地區(qū)的降水則可能增加。風(fēng)速增加，風(fēng)向改變。

（5）景觀改造。大型水庫(kù)的建造顯著地改變天然景觀，施工過(guò)程中破壞了原有的生態(tài)景觀，地形、地貌有很大的變化，植被遭嚴(yán)重?fù)p壞。

（6）水質(zhì)變化。水庫(kù)的天然自凈化能力比河流的要低20%～30%。工業(yè)和生活污水的排放，以及農(nóng)業(yè)廢水流入水庫(kù)，水被有營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)污染了，蔓生水草，破壞水生態(tài)系統(tǒng)平衡，水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化使水質(zhì)降低。

（7）地質(zhì)構(gòu)造變化。水庫(kù)區(qū)域的地震活動(dòng)性增加，較弱的震動(dòng)數(shù)量增加，需要考慮水庫(kù)誘發(fā)地震現(xiàn)象。

在施工期才顯現(xiàn)出來(lái)的影響，也有7個(gè)方面，即：聲學(xué)污染，建筑施工時(shí)對(duì)大氣的污染，水體渾濁、石油產(chǎn)物的排放，施工管理建筑物、倉(cāng)庫(kù)、交通的建筑及生活廢料、污染物的突發(fā)投放和排放，高峰建筑影響，土壤和植被的破壞，和對(duì)動(dòng)物、植物區(qū)系的綜合影響。但這些是設(shè)計(jì)階段無(wú)法進(jìn)行預(yù)評(píng)估或預(yù)測(cè)的。

運(yùn)行期的影響是：水庫(kù)充蓄與消落，即庫(kù)水位漲落變化造成的影響；建筑物和設(shè)備直接產(chǎn)生的污染；水道和水庫(kù)輸水帶來(lái)的污染。具體有：灘地疏干，冬季土地淹沒(méi)，下游冰熱力變化和氣候變化；水庫(kù)的熱污染、機(jī)械污染（淤積）和化學(xué)污染；生物學(xué)污染、有機(jī)污染（天然的和人工的），富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染和細(xì)菌污染；有毒化學(xué)品和石油產(chǎn)品污染；事故對(duì)自然環(huán)境的影響。

該書(shū)還從生態(tài)影響的角度闡述了如何進(jìn)行水電站與火電站及其它替代電站的效益比較?！八娬編?kù)區(qū)土地資源的保護(hù)”是很有教益的一章，它要求從工程設(shè)計(jì)一開(kāi)始就考慮受水庫(kù)影響土地的保護(hù)，包括筑堤圍護(hù)、排水、受影響土地的再開(kāi)發(fā)、土壤改良、淹沒(méi)損失的評(píng)估等方面。接著專(zhuān)門(mén)研究了水庫(kù)影響區(qū)土地的開(kāi)發(fā)，提出了綜合水利的概念和建立水保護(hù)區(qū)的設(shè)想，介紹了防治水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的研究方法。對(duì)于水電樞紐運(yùn)行期，提出了建立水庫(kù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)并進(jìn)行管理的要求，內(nèi)容包括：地下水位、水質(zhì)、生態(tài)過(guò)程等。其中特別指出，生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施不單單會(huì)限制一些生產(chǎn)活動(dòng)，有時(shí)也會(huì)提高生產(chǎn)效果，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。最后，專(zhuān)門(mén)闡述了與水電工程有關(guān)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，對(duì)監(jiān)測(cè)的基本概念、目的和任務(wù)、組織、特征指標(biāo)、監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)的評(píng)估等都作了系統(tǒng)介紹。

綜觀俄羅斯人的做法，有3點(diǎn)值得我們學(xué)習(xí)、借鑒：

（1）水利樞紐工程、水電站工程的設(shè)計(jì)任務(wù)，不僅僅是設(shè)計(jì)樞紐建筑物和工程本身，還應(yīng)包括認(rèn)識(shí)工程對(duì)環(huán)境和生態(tài)條件的影響，制定消除負(fù)面影響、保護(hù)環(huán)境和生態(tài)條件的措施。

（2）在進(jìn)行水電工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將樞紐工程放在地區(qū)的地質(zhì)、地理和生態(tài)的大環(huán)境中，緊密結(jié)合當(dāng)?shù)厝嗣裆?、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，考慮工程和建筑物等多方面聯(lián)系和影響。

（3）水電工程設(shè)計(jì)中各種經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估、費(fèi)用計(jì)算或比較，都應(yīng)將工程對(duì)生態(tài)和環(huán)境的影響，以及為消除負(fù)面影響而采取保護(hù)措施的代價(jià)包含在內(nèi)。

2 水電工程建設(shè)對(duì)環(huán)境生態(tài)的影響

上面闡述的主要是建成后的水電站對(duì)環(huán)境和生態(tài)條件的影響。然而需要強(qiáng)調(diào)指出：水電工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)環(huán)境和生態(tài)的破壞比建成后的更為嚴(yán)重，許多負(fù)面影響不僅在施工期間，而且在水庫(kù)、電站運(yùn)行后的很長(zhǎng)時(shí)間都難以消除，其中影響最大的就是開(kāi)挖工程。這個(gè)問(wèn)題至今沒(méi)有引起足夠的重視。

2.1 水電工程的施工開(kāi)挖

建筑工程的一項(xiàng)重要工程就是土石方開(kāi)挖，水力發(fā)電工程也是如此。大型水利水電樞紐土石方開(kāi)挖量常常大得驚人，如三峽工程的土石方開(kāi)挖達(dá)1億m3。一般可分為主體工程等永久性工程的開(kāi)挖（大壩及相關(guān)建筑物），和施工輔助設(shè)施等臨時(shí)工程的開(kāi)挖兩類(lèi)。

主體工程首先是大壩壩基開(kāi)挖。重力壩壩基一般要求挖到新鮮基巖，或者至少也要挖到微風(fēng)化層，保證基巖與混凝土之間有足夠的抗剪強(qiáng)度。對(duì)于拱壩來(lái)說(shuō)，壩肩開(kāi)挖是重點(diǎn)，要清除斷裂密集、有軟弱夾層或破碎帶的巖體，保證拱座巖體在壩體的推力作用下有足夠的穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚膲位_(kāi)挖要求雖然較低，但也必須剝離覆蓋層，清除表層松動(dòng)、破碎的巖石。地下洞室開(kāi)挖山體內(nèi)部的巖體，一般對(duì)外部的環(huán)境、氣候影響較小，但是洞室的進(jìn)、出口門(mén)臉段為了保證邊坡穩(wěn)定性，開(kāi)挖規(guī)模常常也很大。地面電站廠房由于安裝機(jī)組和設(shè)置尾水洞的需要，基坑挖得很深。建在露天的輸、變電站也需要開(kāi)挖到穩(wěn)定的基巖。此外，還有永久性的交通道路開(kāi)挖，如上壩公路、進(jìn)場(chǎng)公路等。在山區(qū)建設(shè)的水電站，上述這些基礎(chǔ)和道路的開(kāi)挖，往往造成高陡邊坡，為保證這些邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，常常需要采取復(fù)雜的工程措施。

施工輔助企業(yè)和臨時(shí)工程有施工場(chǎng)地平整，施工道路修建，采料場(chǎng)開(kāi)挖，天然滑坡、陡坡和危巖的處理、加固幾種土石方開(kāi)挖：

（1）施工場(chǎng)地平整。施工用的附屬企業(yè)如：混凝土拌合樓、沙石骨料場(chǎng)、碎石機(jī)廠、鋼筋場(chǎng)、鋼管廠、水廠、機(jī)械修理廠、大型施工機(jī)械的停放場(chǎng)等，都需要平整出寬廣的場(chǎng)地，對(duì)地基有一定的要求。施工人員的生活區(qū)有宿舍、食堂、醫(yī)院、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、商店等等，也都需要有一定面積的平整地面。山區(qū)水電站選址的一個(gè)重要因素就是有無(wú)方便的施工場(chǎng)地。大、中型水電站的施工場(chǎng)地往往需要進(jìn)行大量的土石開(kāi)挖、平場(chǎng)，建成一個(gè)綿延許多公里、有如小市鎮(zhèn)規(guī)模的工區(qū)（如劉家峽水電站的小川，隔河巖工程的西寺坪，三峽工程的八河口）。工程建成后，往往人去樓空，留下一片荒蕪的建筑群。

（2）施工道路修建。在主體工程與附屬企業(yè)之間、各主體工程之間、附企之間、生活區(qū)域與施工現(xiàn)場(chǎng)之間，都需要許多臨時(shí)性的施工道路。這些公路眾多，除少數(shù)貫穿整個(gè)施工期的干道外，一般標(biāo)準(zhǔn)較低，許多是隨用隨修，用過(guò)隨時(shí)廢棄。在大型工程的施工現(xiàn)場(chǎng)，我們往往可以見(jiàn)到縱橫交錯(cuò)、密如蛛網(wǎng)般的臨時(shí)道路，其間土石橫流，原有的地形地貌完全不可辨認(rèn)。

（3）采料場(chǎng)開(kāi)挖?；炷链髩?、廠房等混凝土工程需要大量的沙石骨料，河灘上天然卵石和砂料往往是要么數(shù)量不夠，要么質(zhì)量不行，通常都需要人工開(kāi)采。至于當(dāng)?shù)夭牧蠅危ㄍ翂巍⒍咽瘔蔚龋└侵饕揽块_(kāi)山采料、制料。合乎質(zhì)量要求的巖層有時(shí)埋藏較深，那就不僅要將覆蓋層挖除，還要將上面質(zhì)量不符合要求的巖層都挖掉，于是整個(gè)山頭被揭掉，有時(shí)相互連接，形成大片的荒山禿嶺（如圖1）。

（4）滑坡、陡坡和危巖的處理。壩址區(qū)和水庫(kù)區(qū)常有可能復(fù)活的古滑坡存在；有的天然岸坡很陡或穩(wěn)定性不足；由于卸荷作用，近岸山體常因岸剪裂隙發(fā)育形成不穩(wěn)定的危巖體。為保證岸坡和山體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在處理這些滑坡體、危巖體時(shí)，出于經(jīng)濟(jì)的考慮，常常采用挖除的手段，由此造成連片的裸露山崖屢見(jiàn)不鮮（如圖2）。

圖1 水布埡工程右岸石料場(chǎng)Fig.1 Right bank quarry of Shuibuya Project

圖2 加固處理后的水布埡馬崖高邊坡Fig.2 Maya high slope of Shuibuya Project after stability treatment

2.2 開(kāi)挖對(duì)環(huán)境和生態(tài)的破壞

大面積土石方開(kāi)挖工程往往徹底地改變了壩區(qū)和水庫(kù)區(qū)當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌，完全破壞了?dāng)?shù)卦械纳鷳B(tài)系統(tǒng)，對(duì)鄰近一定范圍內(nèi)的氣候、水文環(huán)境和生態(tài)條件也有很大影響。大致有以下幾方面：

（1）植被完全被清除。所有土石方開(kāi)挖，第一步就是清除植被。上述各種開(kāi)挖，盡管要求各自不同，但植被都會(huì)被清除。因此，在施工開(kāi)挖區(qū)內(nèi)，任何原有的生物群落都不復(fù)存在了。

（2）覆蓋層（土壤、砂礫層等）基本被挖除。除少數(shù)簡(jiǎn)易的臨時(shí)房屋、場(chǎng)地和便道外，挖除覆蓋層是各種基礎(chǔ)開(kāi)挖的最低要求，而土壤是植物生存的必要條件，土壤的喪失使工程建成后恢復(fù)植被極為困難。

（3）風(fēng)化、破碎巖層被清除。其清除范圍主要是在加固后的邊坡、危巖體等部位。從土壤的角度看，風(fēng)化破碎的巖層是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和植物礦質(zhì)養(yǎng)分元素（氮除外）的最初來(lái)源，稱(chēng)為土壤母質(zhì)。失去了母質(zhì)，土壤再生的條件也喪失了。

（4）水土流失增加。大范圍土石方開(kāi)挖本身就相當(dāng)于人為地造成大面積徹底的“水土流失”。開(kāi)挖留下了許多裸露邊坡，其坡度一般都比天然邊坡要大，一到雨季，水、土直瀉而下，更加重了水土流失的環(huán)境災(zāi)難。

（5）潛在的滑坡地段增加。主要是那些臨時(shí)公路邊坡、料場(chǎng)周?chē)吰?、施工?chǎng)地開(kāi)挖周邊的邊坡等，受經(jīng)費(fèi)限制一般都不會(huì)進(jìn)行永久性加固處理。在電站運(yùn)行期間，在暴雨、地震等影響下極易發(fā)生山體失穩(wěn)和滑坡。即使沒(méi)有人員、財(cái)產(chǎn)損失，也加劇了水土流失。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，土壤是生命的賴以存在的基礎(chǔ)。土壤內(nèi)含有礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和微生物，礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)都是植物養(yǎng)分的重要來(lái)源，微生物分解有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)、固定氮素；土壤是一個(gè)疏松多孔體，能夠保持水分；土壤是植物生長(zhǎng)不可缺少的，特別是表層土壤往往形成腐殖質(zhì)，是植物養(yǎng)分主要來(lái)源。宏觀地看，土壤是巖石圈表面的疏松表層，是陸生植物生活的基質(zhì)和陸生動(dòng)物生活的基底。土壤不僅為植物提供必需的營(yíng)養(yǎng)和水分，而且也是土壤動(dòng)物賴以生存的棲息場(chǎng)所。失去了土壤，植物無(wú)法生存，沒(méi)有植物，動(dòng)物也不能生存。土壤是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，巖石經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代風(fēng)化成結(jié)構(gòu)疏松的風(fēng)化殼，其上部就是土壤母質(zhì)，再要經(jīng)過(guò)數(shù)十、百萬(wàn)年才能形成今天的土壤。建設(shè)一個(gè)大型水利水電工程，挖除了植被、土壤和表層風(fēng)化巖石，留下許多平方公里滿目瘡痍的裸露巖石表面，要恢復(fù)其生態(tài)環(huán)境，依靠人工在石頭縫里種幾棵樹(shù)苗，是無(wú)濟(jì)于事的。

2.3 西南水電開(kāi)發(fā)問(wèn)題

近十多年來(lái)，我國(guó)大力開(kāi)發(fā)西南大河的水電資源，金沙江、大渡河、雅礱江、瀾滄江、怒江都紛紛提出了梯級(jí)開(kāi)發(fā)計(jì)劃。金沙江梯級(jí)規(guī)劃有許多版本，中游河段有”一庫(kù)八級(jí)”的方案，即上虎跳峽、兩家人、梨園、阿海、金安橋、龍開(kāi)口、魯?shù)乩陀^音巖。雅礱江口至宜賓的下游河段有4級(jí)：烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩。雅礱江21級(jí)，如已建、在建的二灘、官地、錦屏一級(jí)、二級(jí)等。大渡河有龔嘴、銅街子、瀑布溝等22級(jí)。瀾滄江有漫灣、大朝山、小灣、糯扎渡等14級(jí)。引起爭(zhēng)議的怒江水電資源開(kāi)發(fā)規(guī)劃有13級(jí)。按這些規(guī)劃，幾乎每一寸水頭都要得到利用，其中不少是在高山深谷中的巨型工程。

這些水庫(kù)建成后對(duì)整個(gè)流域，乃至整個(gè)西南地區(qū)的氣候、水文環(huán)境和生態(tài)條件的長(zhǎng)期影響如何？客觀、科學(xué)的研究成果尚未見(jiàn)到。但僅從施工期的影響看，對(duì)環(huán)境的破壞就將十分嚴(yán)重。這地區(qū)的山體一般都十分陡峭、河谷狹窄，兩岸多有不穩(wěn)定的高邊坡和古滑坡。沿這樣的山坡修建施工道路和平整場(chǎng)地，為了形成穩(wěn)定的邊坡，必然要進(jìn)行大面積的削坡，清除大片植被和表土、乃至部分風(fēng)化破碎的巖石。受到破壞和影響的范圍很大，有時(shí)會(huì)一直到山頂（圖3）。所以，一個(gè)電站施工影響的不是一個(gè)“點(diǎn)”，也不僅是一條“線”，而是一大片。可以很容易地想像到，一條河的梯級(jí)開(kāi)發(fā)造成的‘禿山’是一片連一片，以至于整個(gè)流域、整個(gè)區(qū)域。這里，一到雨季將會(huì)出現(xiàn)大范圍的水土流失，陡坡段由于被公路橫切成路塹，邊坡穩(wěn)定性大大降低，滑坡將頻繁出現(xiàn)（汶川大地震后次生災(zāi)難之一的滑坡，大量發(fā)生在公路沿線，就是證明）。

圖3 大渡河瀑布溝水電站工地Fig.3 Construction site of Pubugou Hydropower Station on the Dadu River

金沙江、瀾滄江、怒江3條源自青藏高原唐古拉山的河流在云南西北與四川、西藏接壤的橫斷山脈地區(qū)并行奔流400 km。瀾滄江與金沙江最近直線距離為66 km；瀾滄江與怒江的最短直線距離為16 km。這三江沿深大斷裂發(fā)育，使地形深切形成3條大峽谷。三江并流地區(qū)占我國(guó)國(guó)土面積不到0.4%，卻擁有全國(guó)20%以上的高等植物和全國(guó)25%的動(dòng)物種數(shù)，棲息著77種國(guó)家級(jí)保護(hù)動(dòng)物和34種國(guó)家級(jí)保護(hù)植物，被譽(yù)為“世界生物基因庫(kù)”［1］。有研究表明［2］：近30年來(lái)在氣候干旱化和人為活動(dòng)的影響下已經(jīng)出現(xiàn)草場(chǎng)退化、冰川萎縮、雪線上升、土壤沙化和水土流失等生態(tài)環(huán)境荒漠化問(wèn)題。全面開(kāi)發(fā)三江的水電資源將造成十分嚴(yán)重的環(huán)境生態(tài)問(wèn)題。

一個(gè)水電工程的建設(shè)，直接影響的不過(guò)是幾平方公里至幾十平方公里，相對(duì)于一個(gè)地區(qū)（更不要說(shuō)全國(guó)）來(lái)說(shuō)，是一個(gè)點(diǎn)，是很微小的；但是一個(gè)連續(xù)開(kāi)發(fā)的水電站梯級(jí)，那造成的危害就是一條線、一條河的流域；幾條河的梯級(jí)開(kāi)發(fā)影響的是一大片。這不單純是數(shù)量的線性增加。整個(gè)地區(qū)水文條件的變化，對(duì)大氣環(huán)流影響如何？小范圍內(nèi)生態(tài)條件惡化，在周?chē)磹夯h(huán)境的影響下，經(jīng)過(guò)相當(dāng)時(shí)間，可能逐漸得到恢復(fù)。范圍大了，還能恢復(fù)嗎？以往建設(shè)速度較低，一年或幾年增加一個(gè)大電站，其環(huán)境和生態(tài)的影響人們可以仔細(xì)跟蹤研究，據(jù)以修正做法。現(xiàn)在大干快上，一二十年，二三十年內(nèi)水電資源要開(kāi)發(fā)殆盡，那種研究還能跟得上嗎？大自然的反應(yīng)如何？都需要全面地、仔細(xì)地進(jìn)行研究和權(quán)衡。

四川汶川的一條岷江小支流——草坡河的經(jīng)歷可給我們一些警示［2］。草坡河全長(zhǎng)45.5 km，多年平均流量17.1 m3／s，落差大，全河平均比降6.35%。汶川地震前已建和在建的電站14座，都是徑流式的涵洞引水電站。這些水電工程造成水壩和電站之間的河段水量減少或干涸，整個(gè)草坡河被割裂得支離破碎，原生及水生環(huán)境均遭破壞，工程施工期極大地破壞了兩棲動(dòng)物的棲息和繁殖生境，導(dǎo)致卵團(tuán)密度、蝌蚪密度和成體的數(shù)量急劇下降。這些水壩在地震中已大多被毀壞。

3 巖石力學(xué)如何為環(huán)境和生態(tài)服務(wù)

巖石工程是水電建設(shè)工程的重要組成部分，巖石工程離不開(kāi)巖石力學(xué)。巖石力學(xué)在為工程服務(wù)的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)幫助工程的設(shè)計(jì)和施工，將對(duì)環(huán)境和生態(tài)的消極影響盡量減小到最低限度，這是巖石力學(xué)學(xué)科不可推卸的責(zé)任［3］。

（1）在滿足工程需要的同時(shí)，要盡量減少開(kāi)挖。為了盡量減少開(kāi)挖，一方面應(yīng)在優(yōu)化建筑物的幾何形態(tài)和減小尺寸，另一方面要盡量保護(hù)、增加巖體的承載能力，即加固巖體，避免采用簡(jiǎn)單挖除的辦法。

（2）多開(kāi)洞、少挖邊坡。用公路隧道代替傍山削坡而成的公路，用引水隧洞代替順山坡開(kāi)挖成的明渠，用地下廠房代替坡上布置的明廠房。由于線路短、開(kāi)挖斷面小，開(kāi)挖量會(huì)大大減少，除進(jìn)、出口地段外，基本上不會(huì)破壞地表的土壤和植被。

（3）多勘探、多研究，加深認(rèn)識(shí)巖體、減小不確定性。應(yīng)當(dāng)盡量加深對(duì)巖體的認(rèn)識(shí)，力求弄清巖體承載能力可能達(dá)到的限度，充分發(fā)揮天然巖體的潛力，確定改造加固巖體所能達(dá)到的限度，在設(shè)計(jì)中增大可靠度、減小對(duì)安全裕度的要求，減少不必要的開(kāi)挖工程量。為此，工程前期工作要盡量做細(xì)，充分利用施工地質(zhì)和性狀監(jiān)測(cè)提供的信息。

（4）多加固少挖除，充分保護(hù)和利用巖體的自穩(wěn)能力和承載能力。①危巖處理：風(fēng)化、軟弱巖體或被斷層、節(jié)理切割的破碎巖體，在開(kāi)挖擾動(dòng)、產(chǎn)生新的臨空面后容易形成危巖體或不穩(wěn)定塊體，對(duì)它們應(yīng)當(dāng)盡量采用加固措施，少用簡(jiǎn)單的挖除辦法。②巖石邊坡穩(wěn)定：應(yīng)針對(duì)邊坡中影響穩(wěn)定性的軟弱層帶、大的斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等局部問(wèn)題進(jìn)行加固處理，不宜采用減小坡度的辦法增加邊坡穩(wěn)定性。③建筑物的基礎(chǔ)處理：只要基巖巖體的強(qiáng)度指標(biāo)和變形指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，或者不低于作為替代物的混凝土的指標(biāo)，就應(yīng)當(dāng)保留在基礎(chǔ)中不要挖掉，不必一定要挖到新鮮巖體。

總的說(shuō)來(lái)，一切都應(yīng)從整體出發(fā)，從長(zhǎng)期出發(fā)，從全國(guó)人民、子孫后代的長(zhǎng)久利益出發(fā)。

［1］ 郭菊馨，王自英，白 波，等.云南三江并流地區(qū)氣候變化及其對(duì)環(huán)境的影響［J］.云南地理環(huán)境研究，2006，（2）：48-52.

［2］ 李成.草坡河的美麗與哀愁［J］.大自然，2008，（6）：11-13.

［3］ 董學(xué)晟，田 野，鄔愛(ài)清.水工巖石力學(xué)［M］.北京：中國(guó)水利電力出版社，2004.

Rock Engineering and Environmental Protection

DONG Xue-sheng
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

In recent years the environmental problems become more and more urgent.Great emphasis has been put on water power development in our country，as a renewable energy source.But it is not an absolutely clean power source.Both in construction period and in operation time water power projects will bring negative influences on the environment and ecological condition.Rock and earth excavation of huge quantity in construction works destroys the vegetation cover and soil on the work site entirely，so causes water and soil erosion in large area.Potential landslide areas increase.It is necessary to make a comprehensive research and analysis including the synthetic impacts on environment and ecological condition over a long period when the water power developments in south-west area of our country are to be planned and implemented.Several suggestions to decrease the rock and earth excavation are given.

rock mechanics；water power；environmental protection；ecology；rock and earth excavation

TV213.4

A

1001-5485（2009）04-0022-05

2008-11-27；

2009-01-06

董學(xué)晟（1932-），男，湖北大冶人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水工巖石力學(xué)研究，（電話）027-82829703（電子信箱）dongxc＠m(xù)ail.crsri.cn。

（編輯：周曉雁）