广东河槽型水库浸没预测方法探讨.doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-广东河槽型水库浸没预测方法探讨彭樊源（中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州510610）摘要：本文通过对比广东某些已建成的河槽型水库预测浸没范围与实际浸没范围的差异，分析产生预测偏差的原因，并对水库浸没预测方法进行了探讨。关键词：水库浸没；浸没标准；地下水临界深度；预测的可靠性中图分类号：TV221.2文献标识码：A文章编号：广东北江、东江、梅江干流中下游规划建设的水电站均为低水头河床式水电站，水库两岸存在大小、形态不同的一级阶地，阶地一般具有上部粘性土层，下部砂、砂卵砾石层的二元结构，早期勘察的项目地下水壅高多采用卡明斯基公式进行计算1，据此预测的水库浸没范围与水库建成后的实际浸没范围相比一般偏大；后期勘察项目的水库浸没范围预测部分采用了工程类比法，预测结果更为符合水库运行后实际情况。本文对此做了初步分析和总结，并对水库浸没标准和预测方法进行了探讨。1广东河槽型水库浸没的一些特点1）北江、梅江阶地面相对保存较为完整，水库正常蓄水位一般低于阶地面高程，东江局部沿冲沟发育的阶地面冲涮严重，水库正常蓄水位高出阶地面高程。2)一级阶地一般具有上部粘性土层，下部砂、砂卵砾石层的二元结构，粘性土的渗透系数一般在10-510-6cm/s之间，砂、砂卵砾石层的渗透系数一般在10-210-3cm/s之间，下伏基岩（非可溶岩）上部的渗透系数一般在10-310-5cm/s之间。3）阶地前缘地层结构较稳定，但沿冲方向及阶地后缘地层变化较大。4）多年平均降雨量远大于蒸发量，不存在土壤盐渍化问题，浸没主要产生沼泽化问题。5）库区农作物主要以水稻和果树为主。6）采用双层结构的卡明斯基公式计算地下水壅高，壅高后地下水位线与原-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-来的地下水线近于平行，壅高值等于或略小于河水位的涨幅，与实际壅高结果相比偏大。2公式计算存在的问题1）公式的计算模型是简化了的模型，实际地层结构、边界条件更为复杂，如下伏基岩上部，特别是脆性岩石和可溶岩的渗透性往往较大（与上覆粘性土层相比），并不能当做相对不透水层对待。2）根据袁宏利等人的研究，由于粘性土层存在起始水力坡度I0，粘性土中的实际地下水位总是低于下伏含水层测压水位所能达到的高度2。3）水库回水翘高值的选择也直接影响到计算成果的准确性，水利水电工程地质勘察规范规定“水库蓄水后地下水壅高值可根据设计正常蓄水位采用地下水动力学方法计算；库尾地段应加水位翘高值3”，水电工程水库淹没处理规划设计规范也规定“预测浸没范围所依据的水库水位，可采用正常蓄水位或一年之内持续时间在两个月以上的运行水位4”。但水库回水翘高值与河水流量相关，具体选择多大流量的水库回水外包线也值得研究。3水库浸没标准浸没标准，是指地下水对市镇建筑、工矿企业、道路和各种农作物的安全埋藏深度。水利水电工程地质勘察规范中规定:“浸没的临界地下水位埋深，应根据地区具体水文地质条件、农业科研单位的田间实验观测资料和当地生产实践经验确定。也可按下式计算求得：Hcr=Hk+H（1）3式中Hcr浸没的临界地下水位埋深（m）；Hk地下水位以上，土壤毛管水上升带的高度（m）；H安全超高值（m）。对农业区，该值即根系层的厚度；城镇和居民区，该值取决于建筑物荷载，基础形式和砌置深度。”土壤毛管水上升带的高度与土体结构、矿物组成、地下水的化学成分等有关，野外条件下与实验室测定的毛管水上升高度有较大差别。水利水电工程地质勘察规范中规定“地下水位以上，土壤毛管水上升带的高度，可根据作物在不同生长期土壤适宜含水量和野外实测的土壤含水量随深度变化曲线选取”。一般农作物根系70%分布在地表30cm土层范围内，90%分布在地表50cm-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-土层范围内，埋深大于50cm的根系，只在作物生长过程中的某个时期及一定程度上可能构成产量影响因素，而不会对作物的成活构成威胁2。4水库浸没预测方法探讨1）如前所述，由于采用双层结构的卡明斯基公式计算地下水壅高存在缺陷，袁宏利等人导出如下关系式：100IHT（2）2式中T初见水位距下伏含水层顶板距离；H0由含水层顶板起算的下伏含水层测压水位高度；I0起始水力坡度。通过勘探，取得上部粘性土层的含水带厚度T及下部承压含水层的测压水头H0，利用上式计算出起始水力坡度I0。水库蓄水后，下部承压含水层的测压水头相应抬高至H0，再利用上式计算水库蓄水后粘性土层含水带厚度T，得到库岸地下水壅高后的实际水位2，较好地解决了卡明斯基公式计算地下水壅高存在缺陷。2）计算浸没的临界地下水位埋深忽略了不同作物的喜水性，比如南方地区的水稻，可以在沼泽地生长，只是产量会略低，梅江某梯级电站水库蓄水后，库岸边高于库水位3050cm的水稻田，水稻生长依然很好。所以，据地区具体水文地质条件、农业科研单位的田间实验观测资料和当地生产实践经验，或采用工程地质类比法确定水库浸没标准比较符合实际情况。3）水库淹没征地移民采用的水库回水外包线是根据设计洪水标准确定的，在水库中后部，水库浸没范围往往包含在淹没范围之中，是作为淹没还是浸没与是否采取防护措施有关，水库回水翘高值与选择的河水流量相关，因此也要加强相关专业之间的沟通与配合。4）对具有上部粘性土层，下部砂、砂卵砾石层二元结构的一级阶地的浸没预测，与地面高程及粘土层厚度关系密切。根据高程，可分为水库回水位以上和以下（防护区内，电排地表水）两部分评价，还可以再根据浸没的严重程度分类。对于防护区内地面高程在水库回水位以下的地段，如果采用经典水文地质学理论进行评价，肯定存在严重的浸没问题，而且很难找到合适的防浸没措施。但如果该区上部有一定厚度稳定的粘性土层，根据结合水动力学理论，采用（2）-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-式进行评价，则有可能得出不会产生浸没的结论。此外，对于防护区内地面高程在水库回水位以下的地段，除浸没问题突出外，渗漏及渗透稳定问题也非常突出。广东东江某水电站水库防护区，做了防护堤和排涝设施，但在水库蓄水后，由于排涝设施无法排涝而造成水库淹没，虽然具体原因有笔者尚不清楚，但也提醒我们，做类似工程的防护时，排涝设施除了要考虑排地表水外，还要充分考虑到渗漏的地下水，对防护区内冲沟等低洼地段，还要充分论证发生渗透破坏的可能性。5结束语综上所述，对水库浸没预测经历了以下过程：1）早期，采用经典水文地质学理论计算地下水壅高值，预测结果与水库运行后的实际情况不符合，预测结果一般偏大。2）中后期，在总结以往经验教训的基础上，采用工程地质类比法，得出了较为符合实际情况的预测结果，但由于不同工程的水文地质、工程地质条件存在差异，可比性受到一定限制，同时也缺乏理论依据。3）近年来，环境保护和征地移民工作受到国家政府部门的高度重视，对已建和新建水库工程的水库浸没问题开展了许多调查研究工作，积累了丰富的经验和资料。随着水文地质学理论的发展和应用，结合水动力学理论被运用到水库浸没预测研究工作中，从理论上发展了水库浸没预测的方法，提高了水库浸没预测的可靠性。参考文献：1水利电力部水利水电规划设计院，水利水电工程地质手册M，北京：水利电力出版社，1985.2袁宏利，杨计申，陈亚鹏等，库浸没勘察研究工作新思路J.水利水电工程设计，2003，22（4）：42-44.3GB5028799，水利水电工程地质勘察规范S.4DL/T50641996，水电工程水库淹没处理规划设计规范S.