消能是减灾的关键

来源 :地球 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ppsl21
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  水电开发与地质灾害之间关系的讨论早已是甚嚣尘上,支持水电开发与反对水电开发的两方争论已久,都不能说服对方。2011年《地球》杂志第5期(总第181期)刊登的“再争怒江建坝”系列文章,讨论的焦点就是关于水电开发与地质灾害之间是否存在必然联系:水电开发是否能够防治地质灾害的发生,还是增加了地质灾害发生的潜在隐患?结果仍然没有定论。
  国际水利环境学会副主席、清华大学教授王兆印领头的“人工阶梯一深潭系统”科研项目为这场争论提供了一个新的视角。“人工阶梯——深潭系统”能够高效模仿天然阶梯——深潭系统,不仅可用于恢复生态,还可用来防止山区。河流的滑坡、泥石流和河床下切等灾害,其关键就在于阶梯——深潭系统能够很好的对河水进行“消能”。而水电站,尤其是小水电站,具备阶梯——深潭系统的特性,即具有消能的功能,有助于预防、减少滑坡、泥石流等地质灾害。
  减少地质灾害的关键是“消能”
  山区地质灾害的发生主要是因为一些不良的能量在起作用,例如不良的水流能量造成沟谷下切,沟谷的下切增加了山体的不良势能,从而引发崩塌、滑坡、泥石流。这种情况在我国西南流域尤其典型。第四纪晚更新世以来,青藏高原不断抬升(每一年抬升的速度大概是两厘米),导致青藏高原周边河流的坡度都在加大。加大的坡度增加了水流能量,导致河流冲刷下切,很多河流冲刷下切几百米到两千米不等。金沙江是其中之一。同时,冲刷下切又使得两岸山坡的坡度增加,滑坡和崩塌的势能变得很大,所以我国西南流域每年都发生大量的泥石流灾害。
  既然山区地质灾害的动力来源是不良的能量在起作用,治理地质灾害的关键就在于如何消减这些不良能量,即“消能”。
  传统治理泥石流地质灾害采用的是拦挡坝、排导槽和渡槽的措施,然而当特大泥石流来临时,拦挡坝却不能够抵挡,一个个被冲垮。拦挡坝主要是把洪水和泥石流的沉积物拦挡在库区里面,减少对下游的危害,但是它也存在一些问题:洪水掏刷了底部导致溃坝,溃坝导致山体崩塌。这主要是因为拦挡坝本身没有消能,水流的能量还是很大,过坝后水流的冲击力还是很强,所以会冲击坝体的基部,最终导致大坝溃坝。所以说,消能是一个非常重要的概念。
  天然阶梯——深潭系统就是一种消能结构。天然阶梯深潭是大坡度山区河流和山谷中十分常见的自然地貌形态,由一段陡坡和一段缓坡加上深潭相间连接而成,陡坡上堆积着较大的卵石,构成阶梯,深潭里充满了细小的沙粒和一些较粗糙的沙砾。阶梯深潭系统具有一个全面又健康的良好环境,对于保持天然生态环境的稳定大有裨益。
  “人工阶梯——深潭系统”可以高效模拟天然阶梯——深潭系统,具有很好的消能功能,并且对环境非常绿色、安全。我国是多山国家,大多数河流发源于山区,阶梯深潭系统分布很广。虎跳峡中那块标志性的石块,在游客眼中它是虎跳峡重要的旅游景点,实际上它却是控制河床侵蚀下切、维持河床稳定与健康的河床结构的“消能石”。
  人工阶梯——深潭系统
  天然的阶梯——深潭系统受山区陡坡河流的水流参数和河床特性等关键因素的影响。这些因素不仅控制水生物,同样影响两栖类和陆生类生物的栖息地。一些国家已经开始利用阶梯——深潭系统对河流进行治理,在保持河床稳定的同时,使河流重现自然风貌,并使河岸生态系统得到保护。
  王兆印和他的科研团队模仿天然阶梯——深潭系统建造的“人工阶梯——深潭系统”,不仅用于恢复生态,还用于来防止山区、河流的滑坡、泥石流和河床下切等灾害。这在国际上是第一次将阶梯——深潭系统用于灾害治理。2006年,王兆印和他的科研团队首次把“人工阶梯——深潭”的试验搬到了野外,研究阶梯——深潭系统的消能率。
  吊嘎河位于云南东川(东川以“泥石流博物馆”闻名),是金沙江支流小江的支流。根据当时考察资料显示:吊嘎河山洪年年发生,冲刷河床,造成河床下切。在一次洪水过程中,一块1.5米的巨石被运移了39米。那么,在河道上效仿自然阶梯——深潭做人工阶梯——深潭是否能够阻止住灾害的进一步发生?
  从2006年6月15号开始,王兆印和他的科研团队模拟天然阶梯——深潭,在400米的河段上建造了人工阶梯深潭用于减少地质灾害控制河床下切的先例。科研团队通过撬棍或者绳索一类将人力能够撼动的最大的石块(直径超过1米)搬运到河床中,然后做成叠瓦似的阶梯——深潭结构。每块石头上标记的号码代表一个阶梯,纵向看上去,犹如一个天然的峡谷深潭。从外观上看。“人工阶梯——深潭”与天然“阶梯——深潭”非常接近。
  王兆印希望通过人工阶梯——深潭系统达到三个目标:一是通过深潭高效消能作用控制河床下切,二是减少泥石流灾害,三是改善生态。试验的结果证明三个目标都达到了,而且非常成功。这在国际上也是第一次将阶梯——深潭系统既能用于生态修复,又能用于控制灾害。王兆印认为“人工阶梯——深潭系统”最首要的任务是要控制河流下切。原来吊嘎河每年下切10厘米,但是经过4、5年的治理后,结果让人非常乐观。经过治理之后,下切已经完全停止,而且因为同时创造了多样性和增加了水生栖息地,水生生物大量增加,物种数增加了一倍多。
  “人工阶梯——深潭系统”试验成功后不久,汶川大地震发生,该系统又被运用到汶川震区文家沟的泥石流的治理上。四川省绵竹市清平乡境内的文家沟附近是汶川大地震第二大滑坡体所在处,暴雨冲刷形成的90多万方泥石流掩埋了很多村庄。2009年,王兆印和他的科研团队在这里建了33级阶梯深潭,每一级2米到3米高,费用在20万人民币左右。
  2009年7月17日。文家沟的降雨量达90.9毫米,超过发生严重泥石流的2008年。在文家沟所处的清平乡境内,未治理的其它沟谷几乎都暴发了泥石流。而经王兆印和他的科研团队治理后的文家沟,则始终保持平安。虽然有局部的小规模泥石流发生,但没有造成任何生命财产损失。试验结果证明:“人工阶梯——深潭系统。完全可以有效地消耗洪水能量,减少泥石流的发生,并大大降低泥石流的规模和破坏力。
  水电工程具有“消能”的功能
  减少泥石流地质灾害的关键在于消能,而水电开发就是要提取和利用河水的能量。筑坝开发水电将不良的水流能量转换为可利用的电能,在消能方面与“人工阶梯深潭”的作用是相似的,都具有消除山区不良水能和减少地质灾害的作用。
  “水电站能够减灾体现在两个方面:一是它能够充分地消能,因为水能利用本身就是能源的消耗和转换。水能源被利用之后,破坏力也大大地衰减。第二方面来讲,建水电站的过程中,无论是在库区还是下游,都要在消能的层面上做很多工作。采取很 多措施。例如,通过加固提高抗水侵袭的能力,也相应的减少了地质灾害。从这两个方面来说,水库大坝的建设是有利于消能,有利于减少地质灾害的。”国际大坝委员会主席贾金生说。
  “水坝建立以后,河水的流速变慢,河水流速的动能变成了水位的势能,这个能量如果不被消耗掉,就可能会形成高速水流,对下游成较大的威胁。幸运的是我们通过水轮机把这些能量转换成了电能。水流通过水轮机,由势能转变成千家万户所需要的电能,而水依然按照它原来的路线向下游流去。经过测算,水轮机把水能转化为电能的效率通常在90%到96%之间,也就是说,90%以上的能量被利用了。水轮机把水能转换为电能的过程,我称它是机械消能过程。”中国水力发电工程学会副秘书长张博庭说。
  张博庭还指出,光有机械消能还是不够的,因为水轮机的过流能力是有限的,不可能随时随刻把所有的水能都转换为电能。在洪水来临时,需要泄洪,大量的水通过其它系统要进行消能,因此任何水电站都要设置消能系统,以避免对大坝河边坡造成较大的伤害。目前主要的消能形式有挑流消能、水跃消能和阶梯消能,利用这种消能措施对下泄洪水起到消能作用。我国水电站采取的消能形式常见的是水跃消能,泄水时,水流先顺着一个弧度流下来跌水,再挑起来,形成水跃,随后跌入消力池中消能。
  “人工阶梯——深潭系统”的应用,佐证了水电站控制下切的河流和山谷的关键在于消能,水电站除了将水能转变为电能减少远期的地质灾害之外,还有多种综合减灾措施。
  修建水电站之后。虽然能够通过消能终止滑坡体的发育,但还有很多处于临界状态的潜在的滑坡体没有得到释放,所以水电站的修建只是终止了地质灾害发育的条件,起到远期的减灾效果。水电施工减灾作用并不是绝对的,必须要注意科学的施工,否则的话,工程的扰动也会增加地质灾害发生的几率。
  水电站建成后有一个现象引起人们的关注,新的水库蓄水后似乎引发了比较频繁的地质灾害。其实这是水电站蓄水期一种释放潜在的地质滑坡体的正常“免疫”现象。新库岸边坡的土体在水中浸泡后,土壤中的空隙水压力将会增加,当水库突然泄水水位下降时,土壤中的孔隙水压力来不及变化,边坡外部的静水压力突然丧失,土体的内外压力不平衡,是导致边坡失稳的主要原因。
  只要有这种潜在的滑坡体存在,即使不修建水库,这个潜在的滑坡体总有一天也会暴发。例如,在受到地震的晃动影响或者连续强降雨的情况下,只要潜在滑坡体的边坡吸收了足够的水分,滑坡一样会发生。所以,水库蓄水的初期地质灾害增加的现象,称之为地质灾害的“免疫”。
  总体来看,水电开发的地质减灾是全方位的。“消能”可以发挥长期减灾效益,“免疫”可以发挥出中期的减灾效果,而我们采用的工程避险措施,可以发挥出近期的减灾作用。
  水电开发的负面影响仍然不可忽视
  “长江三峡、黄河三门峡等一系列工程项目的上马,思想上首先考虑的就是防洪减少水患。当时三峡工程辩论时,主上的湖北方面其实主要考虑荆州地区的防洪。在二十世纪,可以说大部分水利工程都是为了减灾而建设的。水利工程上马之后,自然灾害减少了,人们安居乐业,觉得理所当然,忘记了水电站建设的初衷是为了减灾、能够减灾。”原中国电力投资集团高级工程师朱军提出,在上个世纪,水电建设的首要任务便是为了减灾。
  张博庭说:“怒江的地质灾害争论,我们很多科技人员都没有水电可以消能减灾这个理念,不敢说这个话。我们自己都不敢说水电开发是减灾了,老觉得它可能会造成地质灾害。”
  虽然多方专家论证了水电开发具有减灾的作用,但不可忽视的一点是,水电开发也存在可能造成土地淹没、移民搬迂、环境破坏、生态恶化乃至地质灾害的问题。客观而全面地认识水电的利弊,对于能源工业、环境保护、水利事业,经济建设乃至社会发展,都具有重要意义。
  “水电开发从地质角度来讲,由于建大坝,侵蚀基准面抬高了,河流的流速会减弱,下切速度就会缓慢,从这个角度来说对两岸斜坡的稳定性有利。西南地区是个新构造活动区域,抬升速度快,因此建坝对这个地区非常好。当然水电开发它肯定也有不利的方面,否则我们就不需要设立这样一个议题。它的不利主要表现在建设水库蓄水以后形成巨大的水体,就会带来压力,同时会沿构造断裂向深部渗透,可能诱发水库地震。”中国地质学会工程地质专委会副秘书长祁生文肯定了水电开发对减灾的积极作用,同时也提出了存在的问题,
  针对水电开发引起的负面影响,北京矿产地质研究院王旭昭提议增加一些举措,平衡利弊关系。“大坝阻断了一些生物活动通道,会带来一些负面影响。大坝如果能增加一些结构,例如鱼类的洄游渠道,或者设置维持沟谷必要的水流保证水生态,地表生态的工程就可以解除这些负面影响。水能不是百分之百都用于发电,而是将一部分水流用于维护生态,这样的大坝就把利弊关系平衡了,会取得更多的利,既可获得电能,对环境还会有比较好的作用。”
  水电是经济上最合理、技术上最成熟、规模效益突出、环保价值巨大的清洁能源和可再生能源,对应对气候变化和节能减排降耗具有突出的促进作用。但水电开发引发的一系列负面影响也是确实存在的。
其他文献
——《地球年轮——金钉子的故事》播映新闻通气会    2012年1月11日上午,为了落实党的十七届六中全会关于大力发展文化产业的精神和深化文化体制改革、推动社会主义文化大发展大繁荣的战略部署,落实全国国土资源工作会议上国土资源部部长徐绍史的讲话精神;扩大地球科学的社会影响力,国土资源部在北京召开《地球年轮——金钉子的故事》播映新闻通气会。  出席本次会议的人员有:中国古生物化石保护基金会名誉理事长
期刊
2012世界末日的喧嚣沸沸扬扬之时,又有新的观点震响人们的耳膜。英国《每日邮报》报道说,著名物理学家、剑桥大学教授斯蒂芬·霍金在70岁大寿来临前发出预言:未来一千年内,地球会因某场大灾难而毁灭,人类未来将移民火星……这条消息迅速被其他媒体转载,并引发热议,很多网友表示“宁愿相信霍金”。  但很快被证明,上述消息是虚假的。  千年内地球将毁灭?  英国《每日邮报》的文章称。霍金在七十大寿前接受英国B
期刊
我是一只鹰,披着华贵的羽毛,有可以撕裂一切猎物的利爪,还有上天赐予的一对犀利的眼睛。我有广阔的天空,天下尊贵尽收眼底。我迎着晨曦,邀游长空。我任思绪流淌,任故园思量。凌冽的寒风中,我看到了乍暖清寒的夕阳,看到了孤寂萧索的离园,我怀念的地方,在这块嶙峋突兀的崖壁上,整整留下了我近五十年的光阴。在这里,我固守着梦想,独留梦呓的相聚,黯然神伤。我的生命中,只有苍劲和冷酷的猎杀,唯一的柔情,也只是找寻旧时
期刊
天文学家日前绘制出迄今为止最大的宇宙暗物质地图,证实了目前关于宇宙物理特性、构成以及进化的普适理论,标志着人类朝着理解暗物质以及如何将其纳入我们目前的物理学知识体系迈近了一大步。  在宇宙学中,暗物质是指那些自身不发射电磁辐射,也不与电磁波相互作用的一种物质。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成。因为本身不可见,人们目前只能通过
期刊
鄱阳湖面上的天气说翻脸就翻脸,刚刚还是大晴天,这会却是乌云密布,又是刮风又是下雨。但几分钟之后,太阳又露出了笑脸。在渐趋平静的湖面上,有两个黑色的小脑袋偷偷露出了水面,这是两只5个月大的小江豚,体重在50斤左右。  两只小江豚在水中嬉戏,有时会窜出水面很高。鄱阳湖的老渔民都知道,江豚只有在开心的时候才会跳这么高。两只小江豚玩得很欢快,没有发现一条渔船在慢慢靠近。一般情况下,江豚比较害羞,听见船的马
期刊
2012年1月17日下午,庆祝《地球》杂志创刊三十周年座谈会在北京全国人大会议中心隆重举行。国土资源部领导及部有关司局、部直属单位领导参加了这次会议。会议由中国地质博物馆副馆长、《地球》杂志副总编张亚钧主持。  部老领导张宏仁,蒋承菘、孟宪来,国务院参事张洪涛,地质学家、中科院院士李廷栋参加了本次座谈会。  会议开始,中国地质博物馆馆长、《地球》杂志总编贾跃明致欢迎词,对百忙之中拨冗出席座谈会的各
期刊
他曾有一份令人羡慕的工作——市政府公务员,他曾生活在一个惬意的城市——四川成都。他毅然放弃了在别人看来如此优越的条件,一个人来到非洲保护野生动物。受到过家人的强烈反对,周围人的百般不解,刚到非洲时一度被认为是乔装的偷猎者,他坚持了下来,成为第一个深入非洲保护野生动物的中国人,第一个在非洲注册NGO的中国人。在2010年举行的世界野生动物保护大会上,大会主席在发言中评价他是第一个不是因经商而来肯尼亚
期刊
各位领导、各位来宾、同志们:  《地球》杂志是我国唯一一份历史悠久的地质学科普期刊,创刊于1981年,至今已有30年的出版历史。在地球杂志创刊三十年之际,我首先代表国土资源部对《地球》杂志创刊三十周年表示热烈祝贺:对三十年来在《地球》杂志埋头苦干、兢兢业业、努力创新、甘于奉献的一代又一代的编辑和作者表示衷心感谢!对多年来关心支持《地球》杂志工作的各位领导和专家表示真心感谢!  《地球》杂志创刊始于
期刊
玛利亚·索老人躺在撮罗子里看着天空中亮晶晶的星星,这些星星已经陪她度过了九十多个春秋,作为部落里的女酋长,玛利亚·索最近几年越来越焦虑了,不是因为她的身体越来越苍老,而是因为她和驯鹿的生活空间越来越小了。一阵寒风从撮罗子的缝隙里钻了进来,她裹紧了皮大衣,轻轻地起身,挑开帘子,看见心爱的驯鹿正和她一起沐浴着月光。  今晚的月色真好,皑皑白雪让月光显得更加清幽、宁静,驯鹿正在舔舐着盐碱地,听见身后传来
期刊
前段时间,有一组图片在网络上备受关注,评论数和转发数颇高。怎样的一组图片呢?是一名摄影师拍摄的上海街道,但图片中没有人。在上海这样一个国际大都市,街道上没有一个人的情况大概不会出现,所以这组照片经过了后期处理,将照片中出现的人全部抹掉。很多人评论说,没有人类存在的城市,宁静中透着诡异。  正如这组照片,如果人类突然消失,世界将会怎样?假设某种不知名的病毒突然把人类杀死,或者一个邪恶的天才发明了一种
期刊