水電建設(shè)中土石方開挖對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

宋曉晨 馮高峰 徐東升

水能同太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿纫粯?都是可再生的能源。相對(duì)于以傳統(tǒng)化石燃料為能源的電力工程來(lái)說(shuō),水電工程所帶來(lái)的直接環(huán)境污染和生態(tài)影響要小很多。然而,它仍然對(duì)環(huán)境和生態(tài)造成了不可小覷的污染和破壞。因而大型水電建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[1]分為規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的影響、施工階段的影響和運(yùn)行管理階段的影響,充分體現(xiàn)了對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視[2]。

1 水電工程建設(shè)施工階段對(duì)環(huán)境生態(tài)的影響

需要特別強(qiáng)調(diào)指出的是,水利水電工程建設(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挖工程[3]。

1.1 水電工程建設(shè)中的施工開挖

1)主體工程開挖。主體工程首先是大壩壩基開挖。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。拱壩開挖的重點(diǎn)是壩肩,要清除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_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。在山區(qū)建設(shè)的水電站,由于大量的施工開挖,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。

2)施工輔助工程開挖。a.場(chǎng)地平整。施工用的輔助工程如:混凝土拌和樓、砂石骨料場(chǎng)、鋼筋場(chǎng)、鋼管廠、機(jī)械修理廠、大型施工機(jī)械的停放場(chǎng)等,都需要平整出寬敞的場(chǎng)地,對(duì)地基有一定的要求。另外,施工單位和業(yè)主生活區(qū)也需要有一定面積的平整地面。這些往往需要大方量的開挖,然而在工程建成后,往往人去樓空,留下一片狼藉。b.道路修建。首先壩址區(qū)的進(jìn)場(chǎng)公路往往里程較大,施工開挖的土石方量很大,還有就是在主體工程、輔助工程、生活區(qū)域相互之間,往往都需要許多臨時(shí)性的施工道路。c.料場(chǎng)開挖。大壩、廠房等混凝土工程需要大量的砂石骨料,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,通常都需要人工開采。至于當(dāng)?shù)夭牧蠅胃侵饕揽块_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,于是形成大片的荒山禿嶺。d.危巖、陡坡和滑坡的處理。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;有的天然岸坡很陡或穩(wěn)定性不足;壩址區(qū)和水庫(kù)區(qū)常有可能復(fù)活的古滑坡存在。

1.2 施工開挖對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞

1)植被和覆蓋層挖除。土石方開挖,首先要清除的就是植被和覆蓋層,覆蓋層的開挖使植物喪失了生存的必要條件——土壤,土壤的喪失使工程建成后恢復(fù)植被極為困難。

2)水土流失。大范圍土石方開挖本身就相當(dāng)于人為地造成大面積徹底的“水土流失”。開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,加重了水土流失的環(huán)境災(zāi)難,嚴(yán)重者可能導(dǎo)致泥石流。

3)潛在地質(zhì)災(zāi)害增加。主要是那些公路邊坡、料場(chǎng)棄渣邊坡、施工場(chǎng)地開挖周邊的邊坡等,一般不會(huì)進(jìn)行永久性加固處理。在暴雨、地震等影響下極易發(fā)生崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

2 巖石力學(xué)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的作用

巖石力學(xué)應(yīng)當(dāng)在幫助工程的設(shè)計(jì)和施工,將對(duì)環(huán)境和生態(tài)的消極影響降到最低,這是巖石力學(xué)學(xué)科不可推卸的責(zé)任[4,5]。

2.1 減少土石方開挖

為了盡量減少開挖,在工程設(shè)計(jì)之初,應(yīng)該優(yōu)化建筑物的結(jié)構(gòu)和尺寸,對(duì)天然巖體應(yīng)盡量保護(hù),加固巖體以提高其承載能力,而避免采用簡(jiǎn)單挖除的辦法。

2.2 減少邊坡開挖

用隧道代替傍山削坡的公路,用引水隧洞代替順山坡開挖成的明渠,用地下廠房代替坡上布置的明廠房等。從而減少開挖量,減少對(duì)天然地表的植被的破壞,減少潛在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率。

2.3 詳細(xì)勘探和研究,減小巖體認(rèn)識(shí)的不確定性

應(yīng)當(dāng)盡量加深對(duì)巖體的認(rèn)識(shí),力求弄清巖體的極限承載能力,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,從而減少不必要的工程開挖量。

2.4 充分利用巖體的自穩(wěn)能力和承載能力

1)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。

2)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。

3)邊坡穩(wěn)定。針對(duì)邊坡中影響穩(wěn)定性的軟弱夾層、斷裂破碎帶、節(jié)理密集帶等局部問題進(jìn)行加固處理,盡量減少簡(jiǎn)單采用減小坡度的辦法增加邊坡穩(wěn)定性,力求減少開挖量。

3 結(jié)語(yǔ)

一切工程建設(shè)都要圍繞可持續(xù)發(fā)展,從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益出發(fā),因而在設(shè)計(jì)施工的過(guò)程中應(yīng)該提高以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):

1)水利工程在設(shè)計(jì)的初期,不僅要考慮設(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,制定如何消除負(fù)面影響、保護(hù)環(huán)境和生態(tài)條件的相關(guān)措施;

2)在進(jìn)行水電工程設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)將工程放在具體的地質(zhì)、環(huán)境和生態(tài)的條件下,考慮工程建設(shè)和當(dāng)?shù)厝嗣裆睢⑸a(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多方面聯(lián)系和影響;

3)水電工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的經(jīng)費(fèi)預(yù)算應(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)措施的費(fèi)用包含在內(nèi);

4)水電工程施工過(guò)程應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程施工,監(jiān)理部門應(yīng)該做好嚴(yán)格監(jiān)督的作用,督促施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境的保護(hù)。

[1] 朱黨生.水利水電工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2006.

[2] 曹永強(qiáng),倪廣恒,胡和平.水利水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響分析[J].人民黃河,2005,27(1):56-58.

[3] 方子云,鄒家祥,鄭連生.中國(guó)水利百科全書:環(huán)境水利分冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2004.

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

[5] 董學(xué)晟.巖石工程與環(huán)境保護(hù)[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2009,26(4):22-26.