關(guān)于水庫蓄水所誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問題的分析與研究

摘 要：水庫作為水資源調(diào)控、防洪發(fā)電的重要工程設(shè)施，在推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，水庫蓄水過程中，水體荷載變化、地下水動力條件改變及巖土體物理力學(xué)性質(zhì)劣化等因素，易誘發(fā)滑坡、崩塌、地震、岸坡失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害，對工程安全、生態(tài)環(huán)境及周邊居民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅。本文基于水庫蓄水與地質(zhì)環(huán)境的相互作用機(jī)理，系統(tǒng)分析了典型地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)機(jī)制、表現(xiàn)特征及影響因素，結(jié)合實(shí)際案例探討了災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防治對策，旨在為水庫工程的安全運(yùn)營及地質(zhì)災(zāi)害防控提供理論參考。

關(guān)鍵詞：水庫蓄水；地質(zhì)災(zāi)害；誘發(fā)機(jī)理；監(jiān)測預(yù)警；防治對策

一、引言

隨著全球水資源開發(fā)利用需求的提升，水庫工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。截至2024年，我國已建成各類水庫超過9.8萬座，總庫容逾9000億立方米，在防洪、灌溉、發(fā)電等領(lǐng)域成效顯著。但水庫蓄水過程中，水體對周邊地質(zhì)環(huán)境的擾動是不可忽視的“副作用”：水位升降引發(fā)的巖土體力學(xué)平衡破壞、地下水滲透路徑改變、斷層應(yīng)力狀態(tài)調(diào)整等，均可能觸發(fā)各類地質(zhì)災(zāi)害。歷史上，意大利瓦依昂水庫滑坡、我國三峽庫區(qū)滑坡等案例，均凸顯了水庫蓄水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的復(fù)雜性與危害性。因此，深入分析水庫蓄水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律與機(jī)制，構(gòu)建科學(xué)的防控體系，對保障水利工程安全、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

二、水庫蓄水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理分析

水庫蓄水對地質(zhì)環(huán)境的擾動是一個(gè)多因素耦合作用的過程，其核心機(jī)理可歸納為以下三方面：

（一）水體荷載與應(yīng)力場變化

水庫蓄水后，水體自重形成的附加荷載會改變庫區(qū)及周邊地層的應(yīng)力狀態(tài)。對于深厚覆蓋層區(qū)域，荷載作用可能導(dǎo)致地層壓縮變形；對于巖質(zhì)庫區(qū)，應(yīng)力重新分布可能激活原有斷層或裂隙，為地震、滑坡等災(zāi)害提供動力條件。此外，水位周期性升降（如防洪調(diào)度中的“消落帶”）會引發(fā)應(yīng)力反復(fù)波動，加劇巖土體疲勞損傷，降低其穩(wěn)定性。

（二）地下水動力條件改變

蓄水使庫區(qū)地下水位抬升，地下水滲透路徑延長，滲透壓力增大。一方面，地下水對巖土體的軟化、溶蝕作用增強(qiáng)（如碳酸鹽巖地區(qū)的巖溶發(fā)育）；另一方面，水位升降形成的動水壓力可能導(dǎo)致巖土體內(nèi)部孔隙水壓力驟增，降低抗剪強(qiáng)度，誘發(fā)滑坡或岸坡坍塌。

（三）巖土體物理力學(xué)性質(zhì)劣化

長期蓄水會改變巖土體的含水率、孔隙結(jié)構(gòu)及膠結(jié)狀態(tài)：黏性土遇水膨脹軟化，砂性土可能因滲透變形產(chǎn)生管涌，巖體則因裂隙充水導(dǎo)致節(jié)理面抗剪強(qiáng)度下降。此外，水庫運(yùn)行中的風(fēng)浪沖刷、水流淘蝕等外部作用，會進(jìn)一步破壞岸坡表層結(jié)構(gòu)，加速災(zāi)害孕育過程。

三、水庫蓄水誘發(fā)的主要地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

（一）滑坡與崩塌

滑坡是水庫蓄水最常見的誘發(fā)災(zāi)害之一。蓄水后，岸坡巖土體飽和軟化，抗剪強(qiáng)度降低，加之水位升降引發(fā)的動水壓力與孔隙水壓力變化，易導(dǎo)致順層滑坡或堆積體失穩(wěn)。例如，三峽水庫蓄水后，庫區(qū)累計(jì)發(fā)生滑坡、崩塌險(xiǎn)情超千起，其中多數(shù)與水位消落帶的巖土體變形相關(guān)。崩塌則多發(fā)生于巖質(zhì)陡坡段，因巖體裂隙充水后自重增加、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度弱化，引發(fā)塊體失穩(wěn)墜落，其突發(fā)性強(qiáng)、危害范圍集中。

（二）水庫誘發(fā)地震

水庫誘發(fā)地震是由蓄水引起的區(qū)域性地震活動，其發(fā)生與庫區(qū)斷層活動性、巖體滲透性及水位抬升速率密切相關(guān)。水體荷載通過孔隙水壓力傳遞至深部斷層，降低其摩擦系數(shù)，激活閉鎖斷層產(chǎn)生滑動。歷史上，印度科伊納水庫（1967年6.3級地震）、我國新豐江水庫（1962年6.1級地震）均為典型案例，其震中集中于庫盆或近壩區(qū)域，震源深度較淺，對壩體及周邊建筑威脅顯著。

（三）岸坡失穩(wěn)與塌岸

岸坡失穩(wěn)多發(fā)生于土質(zhì)岸段，表現(xiàn)為漸進(jìn)式坍塌。蓄水后，水位上升使岸坡下部受浸泡軟化，波浪沖刷加劇坡腳侵蝕，形成“上部懸垂—下部掏空—整體坍塌”的循環(huán)過程。如丹江口水庫部分庫段，年均塌岸寬度達(dá)1-3米，導(dǎo)致耕地流失、居民點(diǎn)遷建。

（四）地面塌陷與浸沒

地面塌陷主要見于巖溶發(fā)育區(qū)或松散覆蓋層較厚的庫區(qū)，因地下水水位抬升引發(fā)溶洞充填物被潛蝕掏空，或土體自重超過抗剪強(qiáng)度導(dǎo)致表層坍塌。水庫浸沒則是由于地下水位上升至地表或近地表，引發(fā)土壤沼澤化、鹽漬化，破壞農(nóng)作物生長及建筑物基礎(chǔ)，如新疆某水庫因浸沒導(dǎo)致周邊2000余畝農(nóng)田減產(chǎn)。

四、水庫蓄水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的影響因素

（一）地質(zhì)條件

地質(zhì)條件是災(zāi)害發(fā)生的內(nèi)在基礎(chǔ)。斷層發(fā)育區(qū)易誘發(fā)地震，松散堆積層岸坡易發(fā)生滑坡，巖溶地貌區(qū)易出現(xiàn)地面塌陷。例如，瀾滄江流域因巖體破碎、斷裂密集，水庫蓄水后滑坡與誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)顯著高于其他區(qū)域。

（二）水庫運(yùn)行參數(shù)

水位抬升速率、消落幅度及蓄水周期直接影響災(zāi)害發(fā)生概率。快速抬升易引發(fā)孔隙水壓力驟增，大幅消落則加劇岸坡應(yīng)力釋放，長期高水位運(yùn)行可能導(dǎo)致巖土體持續(xù)軟化。如三峽水庫每年30米左右的水位消落幅度，是誘發(fā)消落帶滑坡的關(guān)鍵因素。

（三）人類活動

庫區(qū)周邊采礦、公路開挖等工程活動會破壞岸坡穩(wěn)定性，加劇災(zāi)害隱患。此外，移民安置區(qū)選址不當(dāng)、防洪設(shè)施不完善，可能放大災(zāi)害的社會影響。

五、監(jiān)測預(yù)警與防治對策

（一）監(jiān)測預(yù)警體系構(gòu)建

1. 技術(shù)手段：采用“空—地—井”立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合遙感（InSAR）、無人機(jī)航測識別宏觀變形，布設(shè)GPS監(jiān)測站、測斜儀追蹤局部位移，通過孔隙水壓力計(jì)、應(yīng)力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測巖土體力學(xué)狀態(tài)。

2. 預(yù)警機(jī)制：建立災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級，制定分級響應(yīng)預(yù)案。如三峽庫區(qū)已建成覆蓋175米水位線的自動化預(yù)警系統(tǒng)，成功預(yù)警多起滑坡險(xiǎn)情。

（二）工程防治措施

1. 滑坡與岸坡治理：對潛在滑坡體采用抗滑樁、錨索格構(gòu)加固，坡腳設(shè)置防波堤或拋石護(hù)岸抵御沖刷；對松散堆積層實(shí)施注漿防滲，減少地下水滲透影響。

2. 地震防控：通過前期地質(zhì)勘察圈定斷層危險(xiǎn)區(qū)，優(yōu)化壩體抗震設(shè)計(jì)，對高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)采取帷幕灌漿封堵斷層，降低滲透性。

3. 塌陷與浸沒治理：巖溶區(qū)采用充填灌漿處理溶洞，浸沒區(qū)修建排水明溝或豎井降低地下水位，改良土壤鹽堿化。

（三）非工程措施

加強(qiáng)庫區(qū)規(guī)劃管控，嚴(yán)格限制高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)人類活動；建立災(zāi)害保險(xiǎn)與生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，提高社會應(yīng)對能力；開展公眾防災(zāi)教育，增強(qiáng)居民自救意識。

六、結(jié)論與展望

水庫蓄水誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)環(huán)境與工程活動相互作用的結(jié)果，其復(fù)雜性要求從機(jī)理研究、監(jiān)測預(yù)警到防治實(shí)踐的全鏈條防控。當(dāng)前，通過多技術(shù)融合的監(jiān)測體系與針對性工程措施，已能有效降低災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，但在深部巖體力學(xué)響應(yīng)、長周期災(zāi)害演化預(yù)測等方面仍需深化研究。未來，應(yīng)結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建智慧化防控平臺，實(shí)現(xiàn)“風(fēng)險(xiǎn)識別—動態(tài)監(jiān)測—精準(zhǔn)治理”的閉環(huán)管理，為水庫工程安全與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供更堅(jiān)實(shí)的保障。

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本文通過系統(tǒng)分析水庫蓄水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理、類型及影響因素，提出了“監(jiān)測—預(yù)警—防治”一體化方案，為水庫工程的安全運(yùn)營提供了理論與實(shí)踐參考。隨著水利工程建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，需進(jìn)一步加強(qiáng)跨學(xué)科研究，提升災(zāi)害防控的科學(xué)性與精準(zhǔn)性。白斌 報(bào)道

作者單位：云南地質(zhì)工程第二勘察院有限公司

文章來源：《云南國土》雜志