大興川水電站工程庫區(qū)淹沒處理范圍的界定

李亞斌 王婷婷

（1.吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 吉林長春 130021；2.吉林省基礎(chǔ)地理信息中心 吉林長春 130051）

1 引言

大興川電站壩址以上有兩大河流，分別為二道松花江和古洞河。二道松花江發(fā)源于長白山天池，海拔高程為 2696m，自發(fā)源地北流至松江鎮(zhèn)附近逐漸折向西流，并先后有四道、三道、二道白河和頭道白河等支流于左岸注入，在兩江口與古洞河匯合后，經(jīng)漢陽屯轉(zhuǎn)向西北，進(jìn)入白山水庫。根據(jù)其上述地形地貌條件，結(jié)合各淹沒對(duì)象設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，確定庫區(qū)回水末端正確位置，同時(shí)結(jié)合庫區(qū)范圍內(nèi)水庫淹沒、浸沒、風(fēng)浪、冰塞壅水、滑坡、坍岸等影響情況綜合確定庫區(qū)淹沒范圍。最終確定庫區(qū)淹沒范圍內(nèi)土地征收線、農(nóng)村居民遷移線、專業(yè)項(xiàng)目遷移線具體范圍。

2 水庫淹沒影響范圍確定

根據(jù)大興川水電站工程實(shí)際地形地貌特征，庫區(qū)淹沒范圍不涉及到冰塞壅水現(xiàn)象，根據(jù)淹沒對(duì)象設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)及不同設(shè)計(jì)洪水頻率確定回水末端位置，根據(jù)庫區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)勘察實(shí)際情況，確定庫區(qū)范圍內(nèi)浸沒、滑坡、坍岸等其他影響范圍。結(jié)合上述條件最終確定水庫淹沒影響范圍。

2.1 各淹沒對(duì)象設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)選擇

根據(jù)《水利水電工程建設(shè)征地移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL290-2009），并參照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）的規(guī)定，結(jié)合大興川水電站水庫淹沒影響區(qū)的實(shí)際情況，擬定水庫淹沒標(biāo)準(zhǔn)為：耕地按5年一遇（P=20%）洪水作為征收標(biāo)準(zhǔn)；居民點(diǎn)按20年一遇（P=5%）洪水作為遷移標(biāo)準(zhǔn)；林地、草地及其它未利用地按正常蓄水位征收；各專項(xiàng)設(shè)施按 P=5%洪水確定改建標(biāo)準(zhǔn)。庫區(qū)不同淹沒對(duì)象處理設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 大興川水電站不同淹沒對(duì)象處理設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

2.2 不同設(shè)計(jì)洪水頻率回水計(jì)算及回水末端處理

大興川水庫不承擔(dān)防洪任務(wù)，為了在汛期減少水庫回水對(duì)庫區(qū)上游的淹沒損失，經(jīng)過比選主汛期運(yùn)行水位為 465.00 m(汛限水位)。前汛期和后汛期采用正常蓄水位466.5m（主汛期相應(yīng)的電站運(yùn)行水位同時(shí)進(jìn)行下降，電站最低運(yùn)行水位為463.86m）。本工程回水曲線推算采用吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪院2007年8月測(cè)量縱橫斷面成果。本工程回水末端終點(diǎn)位置按回水曲線不高于同頻率洪水天然水面線 0.3m范圍內(nèi)水平延伸與多年平均流量的相應(yīng)水面線相交?；厮?jì)算過程中，已驗(yàn)證所推算天然河道水位與二道松花江漢陽水文站同頻率實(shí)測(cè)水位相符。

水庫設(shè)計(jì)回水計(jì)算包括二道松花江干流及主要支流露水河、頭道白河，回水計(jì)算考慮了30年泥沙淤積影響。

大興川水電站蓄水后，由于水庫上游森林植被較好，相對(duì)水土流失較少，下泄泥沙量少而且顆粒細(xì)，泥沙呈三角洲淤積形態(tài)，三角洲淤積頂點(diǎn)距壩位置約6km左右。經(jīng)計(jì)算泥沙淤積對(duì)回水影響不大。詳見表2、表3。

表2 二道江各斷面土地征用線和居民遷移線水位表

表3 露水河各斷面土地征用線和居民遷移線水位表

2.3 水庫淹沒影響其他因素

根據(jù)吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制的《大興川水電站可行性研究工程地質(zhì)勘察報(bào)告》（以下簡(jiǎn)稱《地質(zhì)勘察報(bào)告》），水庫區(qū)正常蓄水位(466.5m)范圍內(nèi)出露的地層為太古界和古生界的變質(zhì)巖系，震旦系的沉積巖，侏羅系的碎屑沉積巖，絕大部分透水性微弱。僅在漢陽屯附近震旦系中統(tǒng)萬隆組灰?guī)r巖溶較發(fā)育，透水性較強(qiáng)，但被弱透水巖層所包圍。庫區(qū)通過的區(qū)域性斷層，大部分為逆斷層和平推斷層，組成破碎帶的物質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密，透水性微弱。庫區(qū)山體高大，分水嶺寬厚，無單薄低矮的分水嶺，經(jīng)對(duì)水庫兩岸居民井進(jìn)行調(diào)查，兩岸分水嶺地下水位遠(yuǎn)高于水庫正常蓄水位，分水嶺地表泉水出露匯集而成的一些溝谷的地表徑流均流向庫內(nèi)。綜上所述，水庫蓄水后不會(huì)產(chǎn)生永久性滲漏問題。

2.3.2 坍岸

根據(jù)吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制的《地質(zhì)勘察報(bào)告》，水庫庫岸大部分由中硬巖及堅(jiān)硬巖組成，地形坡度較陡，絕大部分庫段未見影響邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面及其它不利組合，邊坡穩(wěn)定性較好。

只是在小煤窯庫區(qū)右岸存在小規(guī)模崩塌危巖體及崩塌堆積體，由于該處無村莊、公路，且離樞紐區(qū)較遠(yuǎn)，故對(duì)庫壩影響不大。

由第四系松散堆積物組成的庫岸，一般坡度較緩，相對(duì)比高較小，植被較發(fā)育，且大部分地段被庫水淹沒，不存在坍岸問題。

2.3.3 浸沒

根據(jù)吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制的《地質(zhì)勘察報(bào)告》，庫區(qū)兩岸階地地形坡度3°～5°，兩岸漫灘及階地主要由火山灰、含砂細(xì)粒土、砂礫卵石層組成，厚度 3.0m～13.0m，水庫蓄水后，大部分將被淹沒。庫區(qū)無工礦企業(yè)、公路，絕大部分無居民點(diǎn)及大片農(nóng)田，因此，絕大部分庫區(qū)兩岸階地不存在水庫浸沒問題。

經(jīng)野外庫區(qū)地質(zhì)測(cè)繪及坑探資料分析，當(dāng)水庫正常蓄水位 466.5m時(shí)，僅庫尾二道松花江與富爾河河間地塊、兩岸及漢陽屯附近可能存在浸沒問題。

其中：Rsj(j=1,2,3)是第j個(gè)電機(jī)定子電阻；iqj是第j個(gè)電機(jī)交軸的定子電流，因?yàn)椴捎胕d=0的矢量控制方法，則定子電流I=τM/Kt=iq，Kt為電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；ψqj是電機(jī)交軸定子磁鏈，且ψqj=Lqjiqj；Lqj是電機(jī)q軸電感；pj是電機(jī)的極對(duì)數(shù)量；ωj是電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度；ψfj是電機(jī)永磁磁鏈。

本次地下水位采用水庫正常蓄水位 466.5m時(shí)設(shè)計(jì)給定庫尾兩岸翹高計(jì)算后庫尾水位（西江處庫尾水位 467.2m，漢陽屯處尾水位 467.0m）經(jīng)雍高計(jì)算后的地下水位。

經(jīng)可行性研究工程地質(zhì)勘察初判排除了非浸沒區(qū)，本階段對(duì)該兩處可能浸沒區(qū)進(jìn)行了大比例尺(1∶2000)工程地質(zhì)測(cè)繪，并進(jìn)行山地勘探。經(jīng)勘察該兩處可能浸沒區(qū)揭露的地層巖性主要有(序號(hào)與壩區(qū)統(tǒng)一并順延)：

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)測(cè)繪及坑探勘察，漢陽溝右岸為寬 30.0～100.0m 的地勢(shì)較平緩的河漫灘，正常高水位以上地貌單元為一級(jí)階地，后緣為低山斜坡地貌，地表為耕地，作物為玉米，正常蓄水位以上地層巖性表部以厚 1.8～2.6m(局部厚度＞3.3m)的第四系全新統(tǒng)坡洪積及沖洪積堆積砂礫碎石混合土(3-2)層為主，局部為厚 6.0～8.0m 的火山灰(1-0)層。(3-2)層下部大部分含厚0.6～0.8m的第四系全新統(tǒng)坡洪積及沖洪積堆積的砂礫卵石(3-1)層。其下為太古界鞍山群砂礫狀全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化混合巖，保持原巖結(jié)構(gòu)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試坑毛細(xì)管水上升高度試驗(yàn)及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，砂礫碎石混合土(3-2)層毛細(xì)管水上升帶高度 Hk=1.4m，植物根系層最大厚度為 0.5m，即安全超高值ΔH=0.5m，故浸沒的臨界地下水深Hcr=Hk+ΔH=1.9m；火山灰毛細(xì)管水上升帶高度Hk=1.0m，故浸沒的臨界地下水深Hcr=Hk+ΔH=1.5m；經(jīng)實(shí)測(cè)剖面并計(jì)算正常高水位運(yùn)行時(shí)地下水位雍高后地下水位距地表距離與浸沒的臨界地下水深進(jìn)行比較，圈定浸沒范圍，面積 S=0.021884km2。

左岸以村莊為主，含少量耕地，據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪及坑探資料，該區(qū)河漫灘及階地表部一般有厚 1.0～2.1m的砂礫碎石混合土(3-2)層，局部表部為厚 1.0～2.1m的碎塊石混合土(3-3)層，鹿場(chǎng)附近為厚度大于 3.0m的第四系全新統(tǒng)砂礫卵石層(1-4)，局部為厚0.7～2.5的火山灰(1-0)層。下部巖性主要為砂礫卵石(1-4)層及震旦系下統(tǒng)釣魚臺(tái)組石英砂巖(8)?，F(xiàn)狀條件下，該區(qū)地下水位埋深一般為3.5～4.0m，地下水位高程為455.0～465.0m,全部位于砂礫卵石(1-4)層及石英砂巖(8)中。根據(jù)本次實(shí)測(cè)剖面及探坑揭露資料，正常高水位(466.5m)以上浸沒涉及的地層有砂礫碎石混合土(3-2)及砂礫卵石(1-4)層。經(jīng)調(diào)查該區(qū)居民房屋基礎(chǔ)一般為地面以下 0.5m，即安全超高值ΔH=0.5m，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試坑毛細(xì)管水上升高度試驗(yàn)及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，由于砂礫卵石層為強(qiáng)透水層，故該層可不考慮毛細(xì)管水上升高度，砂礫碎石混合土(3-2)層毛細(xì)管水上升帶高度Hk=1.4m，河漫灘及一級(jí)階地處房屋基礎(chǔ)基本坐于砂礫卵石(1-4)層上。故地表巖性為砂礫碎石混合土(3-2)層分布區(qū)地下水臨界深度 Hcr=Hk+ΔH=1.9m；地表巖性為砂礫卵石(1-4)層分布區(qū)地下水臨界深度Hcr=Hk+ΔH=房屋基礎(chǔ)埋深＋砂礫卵石層毛細(xì)管水上升高度=0.5m。經(jīng)實(shí)測(cè)剖面并計(jì)算正常蓄水位運(yùn)行時(shí)地下水位雍高后地下水位距地表距離與浸沒的臨界地下水深進(jìn)行比較，圈定浸沒范圍，面積S=0.0099168km2。

庫尾二道松花江與富爾河河間地塊及兩岸部分按A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)進(jìn)行分別敘述：

A區(qū)：位于二道松花江與富爾河河間地塊一級(jí)階地上，西江村西側(cè)，地面高程466.5～471.0m，地表作物為玉米。

B區(qū)：位于二道松花江左岸一級(jí)階地上，地面高程466.5～468.5m。地表作物為玉米。

C區(qū)：位于富爾河右岸一級(jí)階地上，地面高程468.6～470.0m。地表作物為玉米。

據(jù)探坑揭露資料，A區(qū)地層巖性一般表部為厚0.4～2.2m含砂細(xì)粒土層，其下為厚3.0～6.0m的砂礫卵石層，地下水位埋深 2.2～6.4m，靠近河床處較淺，絕大部分位于砂礫卵石層中，少量位于含砂細(xì)粒土層中。地下水位高程 465.4m～465.1m，與河水位(465.4m)基本一致；B區(qū)地層巖性表部為厚 0.6～1.6m含砂細(xì)粒土層，其下為厚度大于 5.0m厚的砂礫卵石層，地下水位高程464.5左右，與河水位基本一致，后緣略高于河水位；C區(qū)地層巖性表部為厚 0.5～2.6m含砂細(xì)粒土層，其下為厚度大于 4.0m的砂礫卵石層，地下水位高程 464.8～464.9m，基本位于砂礫卵石層，局部位于含砂細(xì)粒土層中，河水位為464.4～465.3m，階地后緣水位略高于河水位。當(dāng)水庫正常高水位 466.5m時(shí)，《據(jù)水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》及《中小型水利水電工程地質(zhì)》及《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-99)中相關(guān)規(guī)定，農(nóng)作物根系一般按 0.5m考慮，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試坑毛細(xì)管水上升高度試驗(yàn)，砂礫卵石層可不考慮毛細(xì)管水上升高度，含砂細(xì)粒土毛細(xì)管水上升高度 1.2m，則對(duì)于含砂細(xì)粒土臨界地下水埋深Hcr=Hk+ΔH=1.7m。經(jīng)實(shí)測(cè)剖面并計(jì)算正常蓄水位運(yùn)行時(shí)地下水位雍高后(雍高量很小)地下水位距地表距離與浸沒的臨界地下水深進(jìn)行比較，圈定浸沒范圍，面積 SA= 0.104735km2；SB=0.051738km2；SC= 0.148146km2。

2.4 風(fēng)浪爬高的影響確定

根據(jù)延邊州地區(qū)氣象部門提供的近 20年風(fēng)向玫瑰圖，選擇垂直于庫岸方向，方向?yàn)?NNE，多年平均風(fēng)速為 14m/s，建庫后壩前段兩岸最大直線距離為 1.5km。經(jīng)計(jì)算，大興川水電站壩前段風(fēng)浪爬高為0.45m，其計(jì)算公式如下：

式中：hp—風(fēng)浪爬高，m；h—岸坡前波浪高度，m；α—岸坡坡度，取20°；V—岸坡垂向庫面風(fēng)速，m/s，取7級(jí)風(fēng)速14m/s；D—岸坡迎風(fēng)面波浪吹程，km，1.5km；K—與岸坡粗糙情況有關(guān)的系數(shù)，取0.6。

根據(jù)《水利水電工程建設(shè)征地移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL290-2009）規(guī)定，在回水影響不顯著的壩前段，不計(jì)算風(fēng)浪爬高時(shí)，居民遷移和土地征用線可高于正常蓄水位 0.5m～1m。經(jīng)計(jì)算的風(fēng)浪爬高低于0.5m，對(duì)水庫壩前段無影響，本次設(shè)計(jì)采用回水位高出正常蓄水位不足0.5m，加足到0.5m作為土地征用線，高程為467.0m；壩前段回水位高出正常蓄水位不足 1m，加足到1m做為居民遷移線，高程為467.5m，在回水高程超過正常蓄水位0.5及1m以上的庫段按不同淹沒對(duì)象相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水頻率回水位高程作為淹沒處理范圍。

3 水庫淹沒處理范圍界定

根據(jù)上述水庫淹沒影響范圍結(jié)合庫區(qū)淹沒影響的其他因素，最終確定水庫淹沒土地征收線、農(nóng)村居民點(diǎn)遷移線、專業(yè)項(xiàng)目遷移線處理范圍。

（1）土地征收線

耕地征收線考慮泥沙淤積 30年后，采用 5年一遇設(shè)計(jì)洪水回水線確定，在回水不顯著的壩前段，考慮風(fēng)浪爬高的影響，在正常蓄水位基礎(chǔ)上加高 0.5m，以策安全。耕地征收線壩前段為467.00m，水庫回水末端的設(shè)計(jì)終點(diǎn)位置，在庫尾回水曲線不高于同頻率天然洪水水面線 0.3m的范圍內(nèi)，采取水平延伸至與多年平均流量相應(yīng)的水面線相交。尾段二道松花江為467.2m、支流露水河為 467.13m。林地、草地及其它地類征地線按正常蓄水位466.5m確定。

（2）農(nóng)村居民點(diǎn)遷移線

農(nóng)村居民點(diǎn)遷移線考慮泥沙淤積30年后，采用20年一遇設(shè)計(jì)洪水回水線確定，在回水不顯著的壩前段，考慮風(fēng)浪爬高的影響，在正常蓄水位基礎(chǔ)上加高 1m，以策安全。居民遷移線壩前段為467.5m，水庫回水末端的設(shè)計(jì)終點(diǎn)位置，在庫尾回水曲線不高于同頻率天然洪水水面線 0.3m的范圍內(nèi)，采取水平延伸至與多年平均流量相應(yīng)的水面線相交。庫尾段二道松花江為 468.58m、支流露水河為468.28m。

（3）專業(yè)項(xiàng)目遷移線

水庫淹沒的專業(yè)項(xiàng)目主要是庫周交通道路、輸電線路等，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)參照其相關(guān)專業(yè)規(guī)范確定為：考慮泥沙淤積30年后，采用20年一遇設(shè)計(jì)洪水回水曲線確定，壩前467.5m，庫尾段二道松花江為468.58m、支流露水河為468.28m。

4 結(jié)束語

水庫淹沒處理范圍的界定應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡卣鳎詨沃芬陨咸烊缓樗c建庫后汛期和非汛期同一頻率的洪水回水位所組成的外包線為依據(jù)，水庫洪水回水位應(yīng)考慮10～20年的泥沙淤積影響。若汛期降低水庫水位運(yùn)行，庫前段回水位低于正常蓄水位時(shí)，應(yīng)采用正常蓄水位高程。水庫回水未端設(shè)計(jì)終點(diǎn)位置，在回水曲線不高于同頻率天然洪水水面線0.3m范圍內(nèi)，可采用與同頻率天然水面線水平封閉或垂直封閉，同時(shí)應(yīng)綜合分析水庫淹沒、浸沒、風(fēng)浪、冰塞壅水、滑坡、坍岸等影響。