青藏高原及其周边地区水电工程建设中的地质挑战

JournalofEngineeringGeology工程地质学报10〇4_9665/2〇16/24(5)-0847-09DOI：10.13544/j.cnki.jeg.2016.05.014青藏高原及其周边地区水电工程建设中的地质挑战袁建新易志坚王寿宇(水电水利规划设计总院北京100120)摘要青藏高原及其周边赋存着丰富的水力资源，尚存巨大的水电开发空间。青藏高原独特的地形、地质、地震、气候等特点,决定了在该地区进行水电工程建设将面临一系列工程地质挑战，只有创新勘探研究方法，超前研究相关重大工程地质问题，充分认识复杂的地质条件，采取积极、谨慎、踏实的工作态度,采用适度的工程规模、科学的规划选址、恰当的开发方式、适宜的坝型和枢纽布置、有效的风险管控等措施，可有效规避地质风险和地质灾害威胁，在地质条件极其复杂的区域安全地开发水电资源是可能的。关键词青藏高原水力资源水电工程地质挑战中图分类号:P642文献标识码:AGEOLOGICALCHALLENGESINCONSTRUCTIONOFHYDROPOWERPROJECTSINQINGHAI-TIBETPLATEAUANDITSSURROUNDINGAREASYUANJianxinYIZhijianWANGShouyu(ChinaRenewableEnergyEngineeringInstitute,Beijing100120)AbstractAbundantwaterresourcesstoresintheQinghai-TibetPlateauanditsvicinity,whichhashugehydropowerdevelopmentspace.Theuniquetopography,geologicalconditions,earthquakeandclimateoftheQinghai-TibetPlateaudecidethatthehydropowerprojectconstructioninthisareawillfaceaseriesofengineeringgeologicalchallenges.Sowehavetoinnovatetheexplorationresearchmethods,studythegiantengineeringgeologicalproblemsinadvance,fullyunderstandthecomplexgeologicalconditions,takeapositive,prudent,practicalworkattitude,adoptappropriateengineeringscale,scientificplanning,appropriateexploitmanner,properdamtypeandpivotarrangementandeffectiveriskcontrolandothermeasures.Wecaneffectivelyavoidthegeologicalriskandhazard.Itispossibletosafelydevelophydropowerresourcesintheregionwithextremelycomplexgeologicalconditions.KeywordsQinghai-TibetPlateau,Waterpowerresources,Hydropowerproject,Geologicalchallenge脊”和“第三极”之称。其西起帕米尔高原，东至横1青藏高原及其周边的水电资源概况断山脉，横跨31个经度，东西长约2945km;南自喜马拉雅山脉南缘，北起昆仑山-祁连山北侧，纵贯约青藏高原平均海拔4000~5000m，有“世界屋13个纬度，南北宽达1532km，总面积近300x*收稿日期：2016-08-17;收到修改稿日期：2016-08-22.第一作者简介：袁建新（1962-),男，硕士，教授级高级工程师，长期从事水电工程地质勘察与管理工作.Email:[e-mail]848JournalofEngineeringGeology工程地质学报2016104km2，中国境内面积257Xl〇4km2(张丁玲，2013)。青藏高原在中国行政区划上，涉及西藏、青海、云南、四川、甘肃和新疆等6省（区）。境外涉及緬甸、孟加拉国、印度、尼泊尔、不丹、巴基斯坦、阿富汗等国家。青藏高原向北、东，向南越过喜马拉雅山地势急剧下降，成为亚洲众多大江大河的发源地，如长江、黄河、澜沧江-湄公河、怒江-萨尔温江、雅鲁藏布江-布拉马普特拉河-恒河和森格藏布-印度河等。藏南、羌塘、柴达木盆地、祁连山和南疆等内陆水系也都发源于此(关志华等，1984;刘天仇等，1999)，有“亚洲大陆的水塔”之称。巨大地势落差使丰富的水资源同时成为非常富集的水力资源。1.1中国水力资源概况我国的水力资源丰富，总量居世界第一。根据最新统计，我国水力资源可开发装机容量约6.6亿千瓦，年发电量约3万亿千瓦时，按利用100a计算，相当于1000亿吨标煤，在能源资源剩余可开采总量中仅次于煤炭。截至2015年底，全国水电开发程度按照装机容量计算约为40%，按照发电量计算约为35%。我国水电资源分布广泛，按照国家可再生能源中长期发展规划，水电装机规模到2020年达到3亿千瓦，技术开发程度达到56%(李菊根等，2006;樊启祥等，2010)。水电开发程度在地区间差异也很大，东部地区水电基本开发完毕，中部地区开发程度达到73%，西南地区仅17%，可供开发的水能资源比较丰富。我国的水力资源区域分布不均，东部地区（13个省、市)拥有的水电资源占全国总量的8%，中部地区(6个省）占11%，而西部地区（12个省、市、自治区）高达81%，并且主要富集在金沙江、澜沧江、雅砻江、大渡河、怒江、黄河、红水河、乌江以及西藏的雅鲁藏布江，其可开发容量约2.8亿千瓦，其总装机容量约占全国技术可开发量的50%(钱正英等，2001;王民浩等，2006;钱钢粮等，2008)，易于开发建设成大型水电能源基地。根据国家水电战略规划和全面实施西电东送规划，当前开发重点集中在青藏高原内的金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、黄河上游等，流域内工程地质条件复杂，存在重大的工程地质问题，水电开发技术要求高且施工难度大。1.2中国水力资源开发情况截至2015年底，全国水电总装机容量达到31937万千瓦，其中大中型水电22166万千瓦，小水电7500万千瓦，抽水蓄能电站2271万千瓦，水电装机占全国发电总装机容量的21.2%。2015年全国水电发电量约1.1万亿千瓦时，占全国发电量的19.9%，在非化石能源中的比重达73.9%。东部地区水电基本开发完毕，中部地区开发程度达到73%，西南地区仅17%，主要集中在青藏高原及周边的大江大河上，这是中国水电未来开发的主战场。1.3周边其他国家水力资源概况在青藏高原及其周边，不仅在中国境内待开发的水电资源极为富集，且境外国家的水电资源也十分丰富。据我们不完全统计，周边其他国家如印度、緬甸、巴基斯坦、尼泊尔及其他南亚国家技术可开发装机容量达3.07亿千瓦（表1)。从技术可开发容量角度分析，在青藏高原及其周边，中国尚有3.41亿千瓦，其他国家3.07亿千瓦，合计约有6亿千瓦以上的容量待开发，开发的潜力仍然巨大。2地形地质及气候等自然地理特征2.1高原整体隆升，平均海拔高由于印度板块与欧亚板块持续相撞导致该地区在约3Ma内逐渐隆起，形成了巨大的高原。自第三纪以来一直强烈隆升，造就了世界上最高、最宏伟，也是最年轻的隆起带。从上新世末至今，其上升平均幅度为3500~4000m。目前的平均海拔达到4000~5000m。2.2山脉纵横，地形差异大李四光先生在讨论中国自然区划时将青藏高原概括为由昆仑山脉、横断山脉和喜马拉雅山脉所围表1青藏高原周边其他南亚国家的水电技术可开发量汇总Table1SummaryofhydropowertechnologydevelopmentinotherSouthAsiancountriesaroundtheQinghai-TibetPlateau国别印度缅甸巴基斯坦尼泊尔越南老挝泰国柬埔寨合计技术可开发装机容量/xl〇4kW8400540052004300290027009009003070024(5)袁建新等：青藏高原及其周边地区水电工程建设中的地质挑战849绕的梨形大高原（Garzanti,etal.1987;傅爱民等，1989)。青藏高原总体地形为西北高、东南低。主要大山为东西或近东西走向，由北向南依次排列的阿尔金山脉、祁连山脉、昆仑山脉、喀喇昆仑山脉、唐古拉山、同底斯山脉、念青唐古拉山脉、喜马拉雅山以及北西一南东或南北纵列走向的横断山脉。这些高大山脉构成了高原地形的骨架，高原地形结构的区域性差异明显，其腹地藏北地区为高原面保存较完整的典型高原，藏南雅鲁藏布江中游流域为山原宽谷地形，青海柴达木为盆地，川西滇北的横断山区则为强烈切割、高差悬殊的高山峡谷地形。2.3地震频发，活动断层发育青藏高原由北向南主要分布6个构造带即祁连一柴达木、昆仑、巴颜喀拉、弟塘一昌都、同底斯和喜马拉雅等。各构造带之间为蛇绿混杂岩所代表的缝合带隔开，5条缝合带分别是印度河一雅鲁藏布江缝合带、班公错一怒江缝合带、西金乌兰湖一金沙江缝合带、昆仑南缘缝合带和西昆仑一阿尔金一祁连山缝合带。缝合带多为强烈变形带，带内分布多条大规模活动断裂。金沙江断裂、怒江断裂、雅鲁藏布江断裂和澜沧江断裂等沿江分布，具有不同程度的活动性，而鲜水河断裂、龙门山断裂带、小江断裂带、昆仑山断裂带和祁连山断裂带虽不沿河流分布，但活动性较强，规模较大。在喜马拉雅山南麓亦发育一系列逆冲断层，如主边界断裂、主中央断裂、前缘断裂等。这些大型的活动断裂成为该地区强烈地震重要的发震断裂（邓起东等，2014)。青藏高原处于喜马拉雅一地中海地震带上，具有震级大，频度高、分布广、震源浅等特点，是中国及世界主要的地震区之一。21世纪以来的2005年巴控克什米尔7.8地震、2008年汶川8.0级地震、2015年尼泊尔8.1级地震均带来巨大的生命和财产损失。2.4河流密布，地形切割强烈青藏高原南部及东部边缘地区河网密集，有属于印度洋水系的雅鲁藏布江、怒江、印度河、伊洛瓦底江及属于太平洋水系的长江、黄河与澜沧江等大江大河的上游段。高原内丰富的冰雪融水和高原周边河流巨大落差为河流溯源侵蚀、侧蚀提供了条件和能量，河流侵蚀切割强烈，河谷深邃险峻，多呈“V”型，两岸岸坡坡度一般大于40°，自然边坡的高度一般大于500m，有时高达上千米甚至千米以上。高原内部河网稀疏，河谷宽缓，季节性河流居多。2.5地貌发育青壮年期，地质灾害频发由于高原的快速隆升，使得该地区5000m以上的高山雪山连绵，冰川广布。高原高寒，冻土普遍，冰缘地貌发育，冻融作用显著。冰川、河流等外动力地质作用强烈，河谷的快速下切，致使滑坡、崩塌、泥石流在高原周边地区极其发育，成为大型、巨型地质灾害的频发地区，给人类生存和基础设施建设带来巨大威胁。2.6气候变化多端，高寒温湿交替青藏高原主体的气候特征是大气干燥，太阳辐射强烈；平均气温低，日温差大，年变化小；空气含氧量低，降水稀少，动植物生存困难等。同时由于喜马拉雅山脉阻挡了南方温暖潮湿空气的北进，使喜马拉雅上南麓的南亚地区气候温润，降雨丰沛，多年平均降雨量可达4000~5000mm,是造成南亚雨季的一个重要因素。气候条件的多样性和复杂性，给人类生存和工程建设带来巨大的困难。3水电工程建设面临的挑战与应对策略青藏高原及其周边地域辽阔，河流水量丰沛、河段落差集中、水能资源蕴藏量大且可开发量大，地形地质条件适中、水库淹没损失小、移民少，社会综合效益和发电效益显著等优点，是全国水电开发条件优越的“富矿区”。但是，在这样一个地震地质背景极为复杂、新构造快速抬升、剥蚀运动剧烈的地区进行水电开发，面临一系列工程地质挑战。水电工程涉及的专业面广，技术含量高，投资巨大，涉及社会和公众安全利