南方低水头径流式电站的水库浸没问题.doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-南方低水头径流式电站的水库浸没问题李宁新（中水珠江规划勘测设计有限公司广州510611）摘要水库浸没是低水头径流式电站水库的主要环境工程地质问题之一。工程实践表明，对南方河槽型水库或平原水库，规范1及手册2提供的预测方法与实际不符。本文根据河流一级阶地（含高漫滩）水文地质结构的特殊性，分析水库蓄水后两岸地下水动力条件的变化，提出一级阶地宜采用承压水计算模式预测两岸地下水雍高；论证岸后承压渗流场作用下形成的浸没实质是粘性土盖层的“弱结合水浸没”。同时，针对浸没区承压渗流和“弱结合水浸没”特征，分析了常见的治理措施存在的问题，提出了彻底治理建议关键词河槽型水库平原水库水库浸没弱结合水浸没压渗（填高）复垦前言受地形地貌条件限制和考虑水库淹没因素，低山丘陵盆地区及三角洲平原区则只能修建低水头径流式电站或综合枢纽。低水头径流式电站正常蓄水位一般限制在河流一级阶地附近，形成河槽型水库；不少枢纽还为抬高水头而需要靠两岸堤防挡水成库，形成正常蓄水位高于两岸一级阶地的平原水库。因水库蓄水抬高河水位导致两岸地下水位雍高而产生水库浸没，是低水头径流式电站水库的主要环境工程地质问题之一。工程实践表明，对南方河槽型水库，由于地质环境的区域性及水库工程条件的差异性，按照规范1及手册2提供的方法预测的结果明显偏大；而对正常蓄水位高于两岸一级阶地的平原水库，由于实际工况与规范1及手册2提供的预测模型差异较大，不再适用其地下水雍高计算公式，以致水库浸没预测缺乏依据。研究表明，一级阶地水文地质结构是一级阶地地下水渗流场的控制性因素3。本文在分析水库浸没研究现状的基础上，根据河流一级阶地（含高漫滩）水文地质结构的特殊性，分析河槽型或平原型水库蓄水后两岸地下水动力条件的变化，提出具“二元结构”的一级阶地宜采用承压水计算模式预测两岸地下水雍高；根据结合水动力学研究成果分析4，论证岸后承压渗流场作用下形成的浸没实质-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-是粘性土盖层的“弱结合水浸没”。同时，针对水库蓄水后一级阶地形成的承压渗流特征，分析了常见的治理措施存在的问题，提出了彻底治理建议。1水库浸没研究现状1.1水库浸没评价现状在中国，自官厅水库蓄水（1955年）运行后出现严重的水库浸没问题以后，水库浸没问题成为水库工程地质四大问题之一。七十年代出版的经典著作水利水电工程地质，根据官厅水库等北方水库浸没情况总结出一套预测方法5,以后的规范1及手册2都以此为蓝本，绝大部分水利水电工程的水库浸没预测一般按照规范1及手册2提供的预测方法进行。对具“二元结构”的一级阶地的地下水雍高计算，采用卡明斯基公式（如图1）：式中:1下层含水层渗透系数(/)；2上层含水层渗透系数(/)；水库正常蓄水位()；x地下水壅高后,计算断面上的含水层厚度()；M下层含水层厚度()；-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-,x水库蓄水位提高前在断面1,处的含水层厚()。工程实践表明，对南方河槽型水库的一级阶地，按照上述方法计算地下水雍高作出的预测结果明显偏大。为此，有的工程采用调整浸没标准修正水库浸没预测6，有的运用结合水动力学修正（降低）地下水雍高预测7，均可在一定程度上减少预测的浸没范围，但地下水雍高计算仍然采用卡明斯基公式，未能从根本上解决预测结果明显偏大的问题。有些工程干脆采用经验方法，把正常蓄水位线以上1（以内）定为农田浸没范围8。深入分析卡明斯基公式：由于上覆粘土K2很小，下伏砂砾层K1很大，K2K1，不考虑上覆粘土的潜水侧向补给，令K20，卡明斯基公式可以简化为x=x即xx简化式反映出：水库蓄水后，两岸地下水呈承压水线性补给水库，库水抬高多少，地下水相应同步雍高多少；而且雍高后的近库岸地段地下水位较低，似乎浸没程度更低，雍高后的远库岸地段地下水位更高，似乎浸没程度更高，显然与工程实际不符。此外，对正常蓄水位高于两岸一级阶地的平原水库，由于实际工况与规范2及手册3提供的预测模型差异较大：蓄水后，两岸地下水不再是由岸补给河床，而是改变为库水补给地下水，地下水雍高计算不再适用卡明斯基公式，有人建议选择渗水模型的浸润线公式预测地下水雍高9。1.2水库浸没评价研究意义一方面，原来发电效益不佳的低水头电站越来越多地以环境水利或资源水利工程的形式出现，低水头径流式电站水库浸没问题随之引起越来越多的重视。如潮州水利枢纽为代表的韩江干流梯级开发、东江水利枢纽为代表的东江中下游梯级开发，还有北江清远梯级和湖南湘江长沙综合枢纽等，水库浸没问题举足轻重。另一方面，随着新时期治水思路的提出，水库环境工程地质问题确实需要加强研究，才能满足现代水利对工程地质的要求。笔者认为，一级阶地土质及水文地质结构特殊是手册2提供的预测方法在南方低水头径流式电站水库失效的根本原因，一级阶地水文地质结构是控制南方低-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-水头径流式电站水库浸没的关键因素。从河谷地质结构分析入手，分析河槽型或平原型水库蓄水后两岸地下水动力条件的变化，采用承压水计算模式预测两岸地下水雍高，可以从根本上解决预测结果明显偏大的问题。2一级阶地水文地质结构及岸后地下水动力条件的变化2.1强透水层的堤后封闭产出由于正常蓄水位多限制在河流一级阶地附近，阶地冲积层下部与河水连通的是河床相的强透水层（砂层及砂卵砾层），受河床摆动范围限制，它一般在阶地后缘尖灭或消失，周边不是受基岩风化残丘所限，就是受阻于高阶地粘性土层，即所谓强透水层在堤后（平面上）呈封闭产出。强透水层在堤后（平面上）封闭产出的范围，就是可能产生浸没的区域。如图21。图21一级阶地水文地质结构示意图2.2强透水层的上、下封闭结构一级阶地沉积具二元结构，上部细粒土以粘、壤土为主，渗透系数K1<1×10-4cm/s，为弱微透水层；下部粗粒土为砂和砂卵砾石层，一般K2>1×10-2cm/s，为强极强透水层；下伏基岩多为弱微透水层，即使是岩溶地区，深部亦存在相对弱透水层。由此构成一级阶地下部强透水层在剖面上的封闭结构。一旦河水位抬高至上部细粒土（弱微透水层）底面以上，在上述特殊的水文地质结构构成的岸后承压水封闭系统中，形成一种笔者俗称为“渗而不流”