王圪堵水庫塌岸入庫泥沙量預(yù)測

石寬宏

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西咸陽 712000)

王圪堵水庫塌岸入庫泥沙量預(yù)測

石寬宏

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西咸陽 712000)

王圪堵水庫事是一座攔沙防淤、供水和灌溉等綜合利用的水利工程，庫區(qū)的塌岸入庫泥沙量較大，通過周邊相同地形、地貌、地質(zhì)環(huán)境的已成水庫塌岸穩(wěn)定坡腳調(diào)查分析，利用斷面平衡法預(yù)測塌岸入庫泥沙量。結(jié)果得出，正常蓄水后塌岸總量約為4 044萬m3，占總庫容約10.5%，占淤積庫容的25.6%。塌岸淤積較為突出，提出對坡岸進(jìn)行適當(dāng)處理，植草種樹，固砂護(hù)岸，減少水土流失。

塌岸;穩(wěn)定坡腳;入庫泥沙量

王圪堵水庫工程位于黃河右岸一級支流無定河中游，壩址位于橫山縣王圪堵村五七隊(duì)附近，距下游蘆河口約5.5 km。水庫設(shè)計(jì)壩高44 m，壩頂高程1 052 m，正常蓄水位1 046 m，死水位 1 027 m，總庫容 3.836 億 m3，調(diào)節(jié)庫容2.274億 m3，淤積庫容 1.577 億 m3，回水長度 13 km。工程開發(fā)目標(biāo)為攔沙防淤、供水和灌溉等綜合利用。運(yùn)行方式為全攔全蓄

1 庫岸地質(zhì)概況

水庫回水末端至雷龍灣，長約13 km，周邊長約50 km。無定河庫區(qū)河段近東西走向，河谷切割深度70～80 m，寬400～1 000 m。庫區(qū)兩岸山體寬厚，地形高差約50～100 m，庫岸主要為砂土岸坡，右岸天然坡度約26°～50°，左岸30°～37°，庫岸呈不對稱的帶狀地形。右岸溝谷發(fā)育，岸坡切割破碎，發(fā)育一、二級階地，階面較平坦開闊，略向下游及河道傾斜，寬約100～500 m;左岸岸坡較完整。庫區(qū)植被主要為楊、柳樹及沙蒿、沙柳等，多分布于右岸，覆蓋率達(dá)60%以上。

根據(jù)岸坡野外實(shí)地勘察，確定了庫岸岸坡基本形態(tài)特征及物質(zhì)組成，庫區(qū)岸坡多屬第四紀(jì)松散堆積岸坡，主要由以下地層組成:

(1)全新統(tǒng)沖、洪積(Q4al+pl)粉細(xì)砂及壤土:出露于無定河河谷及兩岸階地。

(2)全新統(tǒng)坡積(Q4dl)粉細(xì)砂及壤土:主要分布于河谷兩岸斜坡坡腳。

(3)全新統(tǒng)風(fēng)積(Q4eol)粉細(xì)砂:庫區(qū)兩岸砂丘廣泛分布。

(4)上更新統(tǒng)風(fēng)積(Q32eol)黃土:主要分布于河谷右岸。

(5)上更新統(tǒng)沖、湖積(Q3al+l)細(xì)砂及砂壤土:出露于無定河河谷兩岸斜坡;為形成庫岸的主要地層。

(6)侏羅系上統(tǒng)安定組(J3a)砂巖夾泥巖:主要分布于河谷右岸及庫區(qū)上游。

2 水庫塌岸后穩(wěn)定坡角的確定

根據(jù)對庫區(qū)上游及附近周邊多個(gè)水庫(巴圖灣水庫、新橋水庫、中營盤水庫、紅石峽水庫、豬頭山等水庫)各類型岸坡的水上、水下及浪擊帶的現(xiàn)狀穩(wěn)定坡角調(diào)查結(jié)果(見表1)，確定塌岸計(jì)算參數(shù)，依據(jù)該水庫的運(yùn)行特點(diǎn)，入庫泥沙(含塌岸物質(zhì))全蓄全攔的設(shè)計(jì)理念，淤積泥沙基本不出庫的情況下，估算本階段不同類型岸坡的塌岸方量。

表1 各類型岸坡水上、水下及浪擊帶坡角調(diào)查表

根據(jù)對周邊已成水庫各類岸坡巖土水上，水下穩(wěn)定坡角的調(diào)查，對水庫塌岸穩(wěn)定坡角進(jìn)行選定，①黃土岸坡:正常蓄水位以下穩(wěn)定坡角取10°，正常蓄水位以上穩(wěn)定坡角取45°。②沖湖積砂壤土夾粉細(xì)砂岸坡:水位以下庫岸穩(wěn)定坡角取16°，動(dòng)水位區(qū)間岸坡穩(wěn)定坡角介于4°～9°之間，正常蓄水位以上穩(wěn)定坡角取30°。③沖積堆積岸坡粉細(xì)砂及薄層壤土:根據(jù)調(diào)查確定粉細(xì)砂死水位以下穩(wěn)定坡角取16°，動(dòng)水位區(qū)間穩(wěn)定坡角介于4°～9°之間，正常蓄水位以上穩(wěn)定坡角取30°。

3 庫岸穩(wěn)定性分析

目前較為成熟的塌岸穩(wěn)定性評價(jià)方法較多，工程上應(yīng)用較為廣泛，本文采用的有平衡斷面圖解法來確定塌岸入庫方量。

庫盆兩岸岸坡巖性主要為第四系松散堆積的粉細(xì)砂層，目前基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。水庫運(yùn)行后，正常蓄水位高程1 046 m，相應(yīng)的庫岸周邊總長約50.36 km。按照巖性及結(jié)構(gòu)可將岸坡劃分為四類:分別為基巖岸坡、黃土岸坡、沖積、沖湖積堆積岸坡，庫區(qū)岸坡分類見表2。

表2 岸坡分類統(tǒng)計(jì)表

1)基巖岸坡

基巖岸坡長約0.47 km，占庫岸總長的0.93%。主要分布于庫尾無定河河谷、壩右岸上游及酒房溝內(nèi)(庫區(qū)右岸中部也有出露)，巖性主要由侏羅系上統(tǒng)安定組(J3a)砂巖夾泥巖組成。坡高一般5～20 m，岸坡自然坡度15°～40°，局部近直立，巖層產(chǎn)狀平緩，構(gòu)造裂隙不發(fā)育，無不利結(jié)構(gòu)面組合，岸坡穩(wěn)定。偶有小型崩塌、掉塊現(xiàn)象，對水庫運(yùn)行基本無影響。

2)黃土岸坡

黃土岸坡長約6.11 km，占庫岸總長的12.13%。分布于酒房溝內(nèi)，由上更新統(tǒng)風(fēng)積(Q32eol)黃土組成，灰黃色，堅(jiān)硬，垂直節(jié)理發(fā)育。自然坡度40°～50°，坡高60～70 m，坡面植被較好，局部較陡有崩塌現(xiàn)象，自然邊坡基本穩(wěn)定;正常蓄水位以下為平坦耕地。岸坡破壞形式以崩塌—滑塌式破壞為主。水庫塌岸預(yù)測計(jì)算采用圖解法，計(jì)算塌岸的庫岸長度約 5.7 km，(Q32eol)黃土正常蓄水位以下穩(wěn)定坡角取10°，正常蓄水位以上穩(wěn)定坡角取45°，估算塌岸方量約300.13萬 m3，塌岸寬度約 35 ～70 m，塌岸面積約 0.3 km2。黃土岸坡典型斷面見圖1。

圖1 黃土岸坡典型斷面圖

3)沖湖積堆積岸坡

由沖湖積組成的岸坡長約33.04 km，占庫岸總長的65.61%。主要分布于無定河左岸，自然坡度30°～37°，坡高一般50～70 m。上部覆蓋坡積(Q4dl)或風(fēng)積(Q4eol)粉細(xì)砂，結(jié)構(gòu)松散，厚度0.5～2.0 m;下部為沖湖積(Q3al+l)細(xì)砂夾砂壤土，結(jié)構(gòu)中密－密實(shí)，分布厚度大，是構(gòu)成水庫塌岸的主要地層。

水庫蓄水至1 046 m高程時(shí)，涉及塌岸計(jì)算的庫岸長度約25.45 km，造成水庫庫岸再造。根據(jù)野外調(diào)查資料，并考慮了水庫浪蝕對岸坡穩(wěn)定的影響。死水位以下庫岸穩(wěn)定坡角取16°，動(dòng)水位區(qū)間岸坡穩(wěn)定坡角介于4°～9°之間，正常蓄水位以上穩(wěn)定坡角取30°，坡積(Q4dl)及風(fēng)積(Q4eol)粉細(xì)砂層計(jì)算參數(shù)參考沖、湖積地層。水庫塌岸預(yù)測計(jì)算采用圖解法，估算塌岸方量約3 573.38萬m3，塌岸寬度約59～200 m，塌岸面積約2.88 km2，沖湖積岸坡典型斷面見圖2。

圖2 沖湖積岸坡典型斷面圖

4)沖積堆積岸坡

沖積堆積岸坡長約10.74 km，占庫岸總長的21.33%。主要分布于右岸階地及漫灘。涉及塌岸計(jì)算的庫岸長度約3.4 km，主要由粉細(xì)砂及薄層壤土組成，松散—稍密，厚度20～30 m。岸坡自然坡角為26°～32°，坡高較低，一般3～5 m。岸坡破壞形式以滑移—滑塌式破壞為主。根據(jù)調(diào)查與室內(nèi)試驗(yàn)確定(Q4al)粉細(xì)砂死水位以下穩(wěn)定坡角取16°，動(dòng)水位區(qū)間穩(wěn)定坡角介于4°～9°之間，正常蓄水位以上穩(wěn)定坡角取30°，水庫塌岸預(yù)測計(jì)算采用圖解法，估算塌岸方量約171.02萬 m3，塌岸寬度約58～130 m，塌岸面積約0.32 km2，沖積岸坡典型斷面見圖3。

圖3 沖積岸坡典型斷面圖

綜上所述，沖湖積堆積、沖積堆積、風(fēng)積黃土岸坡，受水庫正常畜水抬升或降落影響將產(chǎn)生庫岸再造，分析計(jì)算三類岸坡塌岸寬度介于35～200 m之間，塌岸面積約3.5 km2，塌岸總方量約4 044.55萬m3，約占水庫總庫容的10.5%，占水庫淤積庫容的25.6%，水庫塌岸淤積問題較為突出。

4 結(jié)語

庫區(qū)岸坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)確定的前提是要對具有相同或相似地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)條件的斜坡體，首先應(yīng)進(jìn)行合理的穩(wěn)定性宏觀地質(zhì)分析與判斷，從而建立合理的地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析;最后采用實(shí)驗(yàn)與實(shí)際調(diào)查相結(jié)合的方法確定斜坡體穩(wěn)定分析計(jì)算參數(shù)比較合理。

庫區(qū)塌岸計(jì)算成果表明庫岸穩(wěn)定性較差，塌方范圍及方量較大，必須對庫岸邊坡進(jìn)行適當(dāng)處理。建議對庫區(qū)岸坡進(jìn)行植草種樹，替到固砂護(hù)岸作用，防止水土流失。希望通過對本案例的研究探討，在全國水利事業(yè)快速發(fā)展中，避免因水庫蓄水后庫岸塌岸影響水庫正常運(yùn)行。

［1］石寬宏榆林市王圪堵水庫地質(zhì)勘察報(bào)［R］.西安:陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，2006.

［2］《水利水電工程地質(zhì)測繪規(guī)程》(SL299－2004).

［3］DZT0218－2006，滑坡防治工程勘查規(guī)范.

［4］《工程地質(zhì)手冊》編寫組.工程地質(zhì)手冊［M］北京:中國建筑工業(yè)出版社，1982.

［5］GB50478－2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.

P332.5

B

1004－1184(2013)05－0114－02

2013-05-07

石寬宏(1967-)，男，陜西西安人，助理工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察。