珠江水利工程地质
⑴ 西江引水工程的背景
连续两年,广州西部水源地因为污染问题都被省环保局、省监察厅列入联合挂牌督办“黑名单”,省环保局环境监察分局局长周全更在通报会上直言,由于积重难返,估计这一问题今年内难以得到彻底解决。位于西部水源地内的三家水厂,每天向广州市民提供220万吨自来水,占全市供水量的45%。然而当记者日前走访这三家水厂的取水口时,映入眼帘的却是沿江而下的水浮莲、飘散的生活垃圾和直通水源的臭河涌。严重的水源地污染,已经让广州西部地区陷入“守着珠江没水喝”的尴尬境地。
饮用水源水质未完全达标,是否意味着自来水也有问题?对此,广州市自来水公司近年来多次明确表示:“广州的自来水水质完全符合《生活饮用水卫生标准》,市民可以放心使用。”原水水质和出水水质是完全不同的两个概念,居民使用的自来水是从饮用水源地抽取原水,通过管道送到厂内处理系统,经混凝、反应、沉淀、过滤、消毒5道处理工艺,加工生产出的产品,出厂水完全符合国家标准。 根据省环保局日前公布的数据,2008年全省只有广州和深圳两市的饮用水源水质未能完全达标,其中广州的达标率为81.0%,比2007年上升5个百分点,但西部水源水质污染仍较重,主要超标项目为氨氮、粪大肠菌群、石油类、氟化物等。据介绍,广州西部水源主要包括流溪河下游、巴江(白坭河)、珠江西航道,是江村、石门、西村三家自来水厂的水源地,其生产的自来水主要供应白云区和老城区。
由省环保局实时更新的水源水质月报结果则显示,今年以来,广州西部水源地水质形势依然十分严峻。1—4月,江村、石门、西村三家水厂水源地水质均为“极差”,水质指数超过150,达到了“劣五类”水标准。相对而言,广州沙湾、西洲、新塘等水厂的水质则基本保持在二三类水的水平。环保专家介绍说,根据国家水域功能分类,水源水质应该至少达到三类标准,而水质一旦达到最差的劣五类,即表明水体已经基本丧失使用功能,连农业灌溉和景观用水的要求都达不到。 保护石碑挡不住民宅工厂
为何西部水源治理如此艰难?其中既有地质构造的客观因素,更有人为规划、管理不善造成的积弊。
从地理位置来看,广州处于西江、东江、北江的最下游,由于特殊的水文条件,广州可利用的水资源基本上是地表径流,没有蓄水直接供城镇使用。枯水期北江水无法进入珠江西航道,本地径流量小,水环境容量小,水体纳污和自净化能力差。同时该河段又属于感潮河段,污水在潮水的顶托下滞留在河道,污染物很难稀释、降解。此外,上游来水水质差也进一步恶化了西部水源水质。
西部水源流经区域人口、产业的快速积聚,更让原本就十分脆弱的水源地环境难堪重负。无论是西村水厂的水源卫生河、石门水厂的水源珠江西航道还是江村水厂的水源白海面涌,早年都是人迹罕至的农村地区。但随着近年来城市化进程的加快,这些水源地都不同程度地遭到民宅居或工厂的侵占。其中卫生河两岸全是大型客运货场,而本世纪初水质仍然良好的白海面涌,近年来一度成为附近养猪场的排泄池,水质急剧恶化,目前已经成为三大水源地中最为肮脏的一个。
记者在走访中还发现,虽然早在1988年广州市环保部门就在水源地周边立碑标识,要求污染源远离取水口,但在现实中,这些石碑早已被民房、车场乃至工厂包围,几成“聋子的耳朵”。
根据环保部门的统计,广州西部地区还有40多条臭河涌直接排入流溪河和珠江西航道,最终对水源地构成威胁。这些河涌都处于城乡结合带,工厂民宅林立,生产、生活污水直排防不胜防。
导致西部水源污染久治不愈的另外一个人为因素,则在于西部污水处理系统建设的缓慢。按照当初的规划,西部四大污水处理厂本应在2006年年底即可建成。然而时至今日,四家工厂中的“绝对主力”,处理能力达15万吨/日的石井污水厂,竣工日期不得不一拖再拖。在其建设过程中,光选址就耗费了一年多时间,前后三易其地。现在,该污水厂的建设又因为拆迁补偿问题,卡到了管线铺设环节。 政府常年整治却事倍功半
去年,广州西部水源污染首次被省环保局列为督办案件后,广州市也对164家污染企业实施了挂牌督办,其中位于西部饮用水源地内的就有78家。这些督办企业目前都完成了整改或者已经关闭、搬迁。广州市常务副市长苏泽群日前还透露,广州将进一步清理饮用水源污染源,直到把位于西部水源二级保护区内的221家工业企业全部迁出或关闭。
这些措施,使得广州水源水质达标率一直呈现上升势头。但这也并没有改变西部水源地水质在全市垫底的地位。 在“守着珠江没水喝”一定程度上已经成为现实的情况下,广州必须考虑:西部地区200万人的饮水安全如何保障?
西江水有多好
广州市自来水公司从1987年开始连续20多年定期对西江水质状况进行检测,结果显示,西江水水量丰富,水质常年处于国家饮用水Ⅱ类水源水平,个别指标甚至达到Ⅰ类,是理想的取水水源。
【好处一】优质的西江水进入广州后,广州市中心城区供水水质将全面达到新国标(《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006)要求的106项指标,与国际水平接轨。
【好处二】优质西江水进水厂后,将会根据其水源特点对投加等环节进行工艺调整,出厂水在口感上更佳、水质上更优。特别是从前水龙头出来的自来水氯味儿等情况将有明显改善。
【好处三】 西江好水将使石门、西村、江村三大水厂的出厂水实现从“放心水”到“优质水”的飞跃。惠及600万人的西江好水进入广州,对提高羊城百姓的生活幸福感具有积极的意义
为何从思贤滘取水?
西江引水工程项目办副总工程师吴春翘解释,西江是珠江的主要支流,水流量是东江的25倍、北江的30倍、流溪河的150倍。广州市自来水公司对其连续23年的水质检测结果显示,水质常年处于国家饮用水Ⅱ类水源水平,个别指标达到Ⅰ类,是理想的取水水源。
1998年前后,广州水利部门提出了一个大胆的设想,能不能把广州西部严重污染的水源用外面的水源替换?起初,调水方案的注意力主要集中在北江。受省政府委托主持珠三角水资源综合规划的中山大学水资源与环境系主任、教授陈晓宏发现,北江的水量在枯水期不足以支撑广州的取水。专家们建议把取水点调到西江。
陈晓宏透露,取水点选址佛山市三水区思贤滘,是因其贯通西江和北江,正好在两江汇合口的下面,西江水有问题,北江可以补充;北江有问题,西江可以补充。
2005年前后,广东水资源综合规划的初步成果终于出台;2006年,广州做了城市供水规划;2007年,珠江水利委员会批准了跨区域取水;2007年5月,广州市政府正式发文明确实施西江引水工程。翌年底,工程正式动工。
⑵ 应用地质学科的发展
(一)煤炭地质
经过我国煤炭地质工作者数十年的努力,基本形成了具有中国特色的煤炭地质理论体系,这一理论体系在聚煤规律研究和构造控煤作用研究两方面取得了巨大成果:煤系高分辨层序地层模式、陆相成煤模式、海侵成煤模式、幕式成煤作用等新观点的提出,深化了对聚煤规律的认识;盆地动力学分析、煤田滑脱构造研究、控煤构造样式的划分等新成果推动着构造控煤作用日趋深入和实用化(徐水师等,2009;贾建称等,2010)。与此同时,以三维地震和3S技术为代表的新技术手段推动煤炭地质勘查向深度和广度两方面发展,形成了一个以煤炭资源遥感技术、高精度地球物理勘查技术、快速地质钻探技术、煤炭资源勘查信息化技术、煤矿区环境遥感监测技术为主体的中国煤炭资源综合勘查理论与技术新体系。该体系集理论研究、工作方法、技术装备于一体,涵盖了从煤炭资源勘查→采前建设→开采→采后治理的多个方面,实现了我国煤炭地质勘查理论和技术的跨越式发展。
(二)石油及天然气地质
我国石油天然气地质理论在以下5个方面取得了重大进展:第一,中国海相油气藏成藏理论得到发展和完善。随着一批新的油气田的发现和探明,深化了我国海相油气藏成藏控制因素和规律的认识。一是古隆起及古斜坡控制油气运移、集聚与成藏。古生代克拉通盆地和中新生代前陆盆地的叠合盆地,环古生代大型克拉通生油坳陷的古隆起、古斜坡是油气聚集成藏的有利部位。二是古岩溶储集体提供了有利储集空间。三是长期的低温背景是长期生烃、多期成藏的重要条件。四是成藏封闭系统的演化控制了成藏特征。早期封闭系统的演化,形成了重质海相原生油藏;晚期封闭系统的重建,则是轻质油气藏尤其是天然气藏形成的重要条件。第二,在盆山耦合关系及中国陆内前陆盆地勘探与地质认识方面取得重要进展。中国前陆盆地构造背景、形成演化有其自身的特殊性,中国学者称之为陆内前陆盆地,由于其复杂的构造背景和演化历史,导致中国主要发育有叠加型、改造型、早衰型和新生型4种类型的前陆盆地,在此认识基础上,确立我国中西部前陆盆地下部“近源自生”和上部“远源它生”两大成藏体系,上部“远源它生”成藏体系比下部“近源自生”成藏体系更具高效性;受4类前陆盆地演化控制,有4种相应的油气聚集模式。第三,隐蔽油气藏成藏理论和研究思路得到进一步丰富和发展,提出一系列新的认识和概念。在东部断陷盆地形成的断坡控砂、复式输导和相势控藏为核心的隐蔽油气藏成藏理论基础上,针对西部地层油气藏提出了富油气凹陷“满凹含油”、“三面控藏”和“构造-层序成藏组合”等认识。第三,在我国南方、中西部海相盆地为主的叠合盆地油气勘探和地质理论方面有重要进展,提出了“叠合盆地多期构造叠加控制的多元生烃和多期生烃模式”,沥青裂解可能成为叠合盆地深层天然气的一种来源。第四,在天然气理论方面,建立了高效天然气藏形成的地质认识框架。包括天然气生成理论(生物气-低熟气成因、海相有机质和煤系气源岩高演化阶段生气潜力),大气田成藏过程示踪研究(海相叠合盆地深层、陆相深层砂岩和火成岩大气田),非烃气体地球化学特征及成因(CO2等H2S),非常规天然气地球化学特征(致密砂岩气、页岩气和煤层气),天然气实验新技术和新方法等,这些研究进展丰富了天然气地质学理论,促进了中国大气田的发现。第五,我国油气勘探的配套技术方法取得了显著进展。包括:高精度三维地震采集-处理技术、三维资料处理技术、储层地震描述技术和井筒工程配套技术为核心的隐蔽油气藏勘探技术系列,以三维地震联片处理技术、碳酸盐岩储层预测技术、超深层复杂地层钻井技术、测井解释与评价技术、碳酸盐岩储层酸压改造技术为主的碳酸盐岩古岩溶缝洞型油藏勘探的方法技术系列等(朱立新等,2007;宋岩等,2012)。
(三)水文地质
水文地质学主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。
20世纪80年代以来,由于地下水系统理论、非稳定流理论的输入,以数值解或解析解为代表的现代应用数学以及计算机系统的广泛应用,使地下水资源的研究发生了根本性的变化,把重点从传统研究方法转入模型研究方面,研究范畴也由单纯研究地下水系统与自然环境系统之间的相互关系,扩大到研究与社会经济系统的相互关系。冉全等以华北平原为研究区,提出了利用GRACE卫星反演区域地下水开采量的新方法。
20世纪90年代的岩溶研究取得了较系统的理论成果,采用现代技术获得保存在岩溶形态中的古环境变化的信息,提出了岩溶环境系统的概念,使岩溶地质学发展成为水文地质学中的一个新的分支。
20世纪90年代中期实施西北找水计划,1999~2004年实施西部严重缺水区人畜饮用地下水勘查示范工程。与此同时,建立了水文地质数据库和数据处理系统,建立了城市地下水资源-环境管理专家系统。水文地质学进入信息时代和地下水资源管理时代(中国地质学会,2010)。
21世纪前10年,水文地质研究成果主要集中在三个方面:完成了新一轮全国地下水资源评价,重新评价了我国地下水量及其分布,评价出全国地下水天然补给量多年平均为9235亿立方米,地下水允许开采量为3500亿立方米;实施了全国地下水资源及其环境调查计划,尤其是对华北平原地下水形成、演化和更新有了更进一步的认识;圈定了一批大中型地下水资源勘查远景地段(朱立新等,2007)。
(四)工程地质
工程地质学是20世纪建立发展起来的一门地球科学。工程地质学主要研究建设地区和建筑场地中的岩体、土体的空间分布规律和工程地质性质,控制这些性质的岩石和土的成分和结构,以及在自然条件和工程作用下这些性质的变化趋向;制定岩石和土的工程地质分类等。
新中国建立之初,我国从苏联引进了工程地质学。60多年来,中国工程地质取得了长足的发展,获得了一系列重要成就。工程地质在治淮和治理海河的系列工程,长江、黄河、珠江、黑龙江四大流域的水利水电开发,宝成、成昆、襄渝、湘黔、兰新等铁道干线的建设,武汉长江大桥、南京长江大桥和黄河大桥的修建,鞍钢、武钢、攀钢、金川、白银等矿山开采,以及石油、煤炭基地的建设,港口和海岸工程、国防及尖端技术工程建设,攀枝花、嘉峪关、白银、三门峡、金昌、大庆等新兴城市和大量城市的扩建改建等方面作出了突出的贡献。改革开放后,工程地质在龙羊峡、乌江渡、鲁布格、天生桥、五强溪、二滩、三峡、南水北调等水利水电工程,秦山、大亚湾核电站,焦柳线、黔桂线、大秦线、京九线等铁道线路以及许多大桥、长隧道工程,新的大型矿山油田建设,深圳和一大批经济开发城市建设,高速公路、高速铁路和高层建筑、立交桥的建设等方面发挥了重要作用。
在工程地质实践中,形成了一门新的学科——岩土工程学。这是在工程地质学、土力学、岩体力学和水文地质学的基础上发展起来的交叉学科。中国科学院地质与地球物理研究所以谷德振为首的工程地质研究集体在地质力学和岩体力学的基础上,将裂隙岩体的结构面作为研究核心,提出岩体结构力学的概念,创立了岩体工程地质力学和岩体结构控制论,强调岩体结构及其对岩体稳定性的控制作用,充分论述岩体结构类型及其力学性质和变形破坏机制、岩体质量及其稳定性评价等(中国地质学会,2010)。
此外,在土体研究方面,对土的微结构开展了广泛研究,有了深入了解;在区域地壳稳定性研究方面,发展了相对稳定区和“安全岛”等理论。其核心问题是断层发育情况与活动性,地应力状况,以及区域地震危险性分析,据此做出区域地壳稳定性的分区和评价;在地质灾害意识和研究方面,把过去工程动力地质现象的研究引向偏重地质灾害方面,并与环境工程地质研究结合起来,进行地质灾害的监测、预测预报及防治措施;在工程地质勘察质量方面,在详细可靠的基础地质工作和大量勘探试验工作的基础上,使用各种新技术、新方法,做了较充分的地质分析和定量评价。
(五)环境地质
环境地质学是研究人类活动和地质环境相互作用的学科,其研究内容为自然和人为引起的环境地质问题,20世纪70年代初期中国开始探讨环境地质学的范畴、理论和方法,组建研究机构,到70年代中期,发展成为一门较系统的新学科。
我国环境地质研究近年来取得了一系列重要成就,主要体现在以下几个方面:①围绕着城市快速发展,开展了全国330个地级城市,北京、天津、上海三大城市群和巨型城市的环境地质调查与评价,以及环渤海环境地质调查,为城市规划、建设和管理提供了科学依据。②对大江大河(长江、黄河)开展了新一轮环境地质调查。如对长江上游斜坡的稳定性开展了脆弱性评价;对长江中游,特别是三峡水库蓄水135米、175米岸坡的稳定性与斜坡变形做了专门调查与监测;对长江中游水患区,即江汉湖群、洞庭湖、鄱阳湖、巢湖地区开展了调查。③开展了新一轮东南沿海及重要经济区环境地质调查。④全国矿山环境地质调查,弄清了矿山现状,初步查明了主要环境地质问题,分析了潜在危害,为合理开发矿产资源、保护矿山环境和实现矿山整治、生态恢复与重建,以及矿山地质环境监督管理提供了科学依据。⑤专门开展了北京地区、苏锡常地区、珠江三角洲地区浅层地下水有机污染调查。初步查明城市及周边地区的加油站几乎都有油罐渗漏现象,导致浅层水烃类污染严重(哈承祐,2006)。
我国的环境地质学参与了地方病防治调查、环境水文地质和环境工程地质调查、地质灾害调查、地下水污染调查等,通过调查和研究提出对策,特别是对地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降和地面塌陷等问题,在广发调查和深入研究的基础上,提出了防治的措施。同时,编制了1:600万比例尺的《中国环境地质图系》(11幅),编写了《中国地质灾害》(中国地质学会,2010)。