河口水電站尾水渠兩岸水田和魚塘滲漏淺析與防治

鄒永紅

（湖南水總水電建設(shè)集團(tuán)有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概況

河口水電站位于新疆阿克蘇地區(qū)烏什縣境內(nèi)，屬于托什干河右側(cè)秋格爾干渠上段梯級(jí)水電開發(fā)工程規(guī)劃中的第5個(gè)梯級(jí)電站。設(shè)計(jì)水頭25.2m,裝機(jī)容量15.2MW，多年平均發(fā)電量7 308萬(wàn)kW·h。電站是一個(gè)以發(fā)電為主，兼顧灌溉等綜合效益的水利水電樞紐工程。主要建筑物由引水渠道、前池、排冰泄槽、壓力管道、廠房和尾水渠組成。

電站地處塔克拉瑪干大沙漠北部，歐亞大陸腹地，屬典型的北溫帶大陸性干旱半干旱荒漠性氣候。夏季酷暑，冬季嚴(yán)寒，春季溫度不穩(wěn)，而秋季降溫迅速，降水量少，蒸發(fā)量大，多風(fēng)沙且風(fēng)向不定。多年平均氣溫9.11℃，極端最高氣溫35.5℃（1975年7月14日），極端最低氣溫-26.6℃（1967年1月5日），多年平均降水量92.0mm，最大一日降水量65.6mm（1976年6月16日），最大凍土深度103 cm，最大積雪深度13 cm。

工程區(qū)位于塔里木盆地西北邊緣，地貌輪廓大體為兩山夾一谷地貌，北部為天山南麓的闊克沙勒山嶺，南部為喀拉鐵克山，河口水電站位于托什干河右岸的Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地上，兩岸階地呈不對(duì)稱，階面寬度Ⅰ級(jí)堆積階地右岸寬于左岸，Ⅱ級(jí)侵蝕階地左岸有數(shù)米厚的洪積物，而右岸大部地段無(wú)洪積物堆積或厚度較薄。地下水水位埋深（2.2～4.2）m，滲透系數(shù) 6.4×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水，承載力值 350 kPa，變形模量30MPa，低壓縮性。河口水電站尾水渠開挖至地面以下22.6m深的砂石料沉積層，為避免渠道兩岸砂石地層滲漏可能對(duì)水田和養(yǎng)魚塘的地下水位造成影響，工程建設(shè)過(guò)程中專門對(duì)尾水渠滲漏情況進(jìn)行了調(diào)查并采取了相應(yīng)的防治措施。

2 尾水渠地質(zhì)條件

尾水渠為新建渠道，依據(jù)地形地貌、地層巖性及物理力學(xué)性質(zhì)，分為兩段：

（1）0+000～1+250 段：為挖方渠道，地下水水位埋深（2.2～4.2）m，地層具二元結(jié)構(gòu)：第①層低液限粉土：厚度（0.4～0.63）m，中密，具孔隙性，天然密度（1.82～1.86）g/cm3，天然含水率 10.1%～12.3%，承載力值130 kPa，壓縮模量6.7MPa，具中等壓縮性，滲透系數(shù)3.2×10-5cm/s，弱透水性。第②層卵石，根據(jù)力學(xué)性質(zhì)差異，卵石層可分為兩個(gè)亞層：第②-1層卵石，揭露厚度（5.72～6.10）m，稍密，顆粒磨圓度較好，級(jí)配不良，顆粒組成：＞60 mm粒徑組含量24.7%～25.8%，（2～60）mm 粒徑組含量 55.8%～58.7%，（0.075～2）mm 粒徑組含量 15.7%～17.3%，＜0.075 mm粒徑含量3.7%～4.3%。天然密度2.12 g/cm3，天然休止角40°，滲透系數(shù) 4.35×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水。承載力值350 kPa，變形模量30MPa，低壓縮性。第②-2層卵石，最大揭露厚度10.48m，中密～密實(shí)，級(jí)配不良，骨架顆粒（20～60）mm，含量大于 70%，＜0.075mm粒徑組含量4.3%～5.3%，土粒比重2.68～2.71，孔隙比 0.55～0.64，天然休止角 40°，滲透系數(shù)4.35×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水，承載力值 500 kPa，變形模量35 MPa，低壓縮性。在開挖時(shí)地下水水位埋深約4.2m，渠底處于地下水位以下，施工時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)異常的滲漏現(xiàn)象。

（2）1+250～3+500段：挖方渠道，緊靠河岸邊，地層結(jié)構(gòu)單一，巖性為卵石，揭露厚度（2.60～5.00）m，級(jí)配不良，顆粒組成：＞60mm粒徑組含量24.7%～25.3%，（2～60）mm 粒徑組含量 55.8%～63.6%，（0.075～2）mm 粒徑組含量 15.7%～17.4%，＜0.075 mm 粒徑組含量 3.7%～4.7%,天然密度（2.06～2.13）g/cm3，天然休止角 40°，滲透系數(shù) 6.4×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水，承載力值 350 kPa，變形模量 30 MPa，低壓縮性。在開挖時(shí)地下水水位埋深約2.8m，渠底處于地下水位線變化范圍內(nèi)，施工時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)異常的滲漏現(xiàn)象。

3 尾水渠設(shè)計(jì)

尾水渠設(shè)計(jì)流量72m3/s，尾水渠長(zhǎng)3.5 km，為梯形斷面，底寬4.0m，縱坡1／2 000，渠道一級(jí)邊坡1∶2，正常水深4.617m，一級(jí)邊坡設(shè)計(jì)鋪設(shè)300 g防滲土工膜并采取150mm厚素混凝土襯砌防滲。渠底高程為1 384.66m，最大開挖深度22.6m，設(shè)計(jì)分三級(jí)平臺(tái)開挖，各級(jí)平臺(tái)寬2.0m，坡比1/2 000。一級(jí)平臺(tái)與渠底高程相差4.76，一級(jí)邊坡系數(shù)為2；二級(jí)平臺(tái)與一級(jí)平臺(tái)高程相差5.57m，二級(jí)邊坡系數(shù)為1.5；三級(jí)平臺(tái)與二級(jí)平臺(tái)高程相差5.50，三級(jí)邊坡系數(shù)為1.5；四級(jí)邊坡系數(shù)為1.5。

4 尾水渠沿線水稻田和養(yǎng)魚塘現(xiàn)狀

尾水渠邊農(nóng)田均分布在渠線樁號(hào)0+400～1+065兩側(cè)，距尾水渠邊線最近距離為10m，田間溝網(wǎng)密布。2012年下半年在尾水渠開挖后，稻谷已收獲?，F(xiàn)大部分農(nóng)田未發(fā)現(xiàn)供水，基本處于未種殖狀態(tài)。新魚塘于工程開挖期間修建，其底面高程為原地面高程，均分布在尾水渠樁號(hào)1+300～2+500右側(cè)。新魚塘距離尾水渠邊線最近距離55m，最遠(yuǎn)距離320m，部分處于原設(shè)計(jì)尾水渠范圍內(nèi)，目前暫未蓄水養(yǎng)殖。老魚塘主要分布在新魚塘右側(cè)，距離尾水渠開挖邊線最近距離280m，現(xiàn)處于正常養(yǎng)殖狀態(tài)，處于尾水渠線上魚塘、田地已被征收（征收面積大于施工占地面積）。

5 現(xiàn)狀分析

尾水渠旁邊水稻田是經(jīng)過(guò)多年灌溉含泥量很大的河水在表面淤積了一層泥土改造而成，水稻屬于季節(jié)性農(nóng)作物，水深一般保持（5～20）cm。尾水渠道旁水稻田取水于托什干河，托什干河汛期泥沙含量較大，經(jīng)多年灌溉水田內(nèi)已形成一層厚約5 cm的防滲泥膜，在用水季節(jié)能保持20 cm水深不滲漏。根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)水文資料，工程區(qū)內(nèi)地下水位埋深約為（2～3）m。尾水渠未開挖前就存在一定的滲漏現(xiàn)象，主要靠灌溉渠供水給予補(bǔ)給，使莊稼得到水分補(bǔ)充，尾水渠開挖后地下水位下降，滲漏量增大，原有供水量不能滿足莊稼往年所需水分補(bǔ)給。

魚塘供水同樣取自托什干河，老魚塘經(jīng)過(guò)2～3年灌溉含泥砂量很高的河水，蓄水沉淀后其底面防滲泥膜層形成，老魚塘內(nèi)基本不存在滲漏現(xiàn)象，且有塘間溝渠供水充沛，多年來(lái)老魚塘養(yǎng)殖正常。新開挖魚塘由于蓄水時(shí)間較短，魚塘底層尚未形成防滲泥膜，且塘底部未采取任何防滲措施，其魚塘底面為原戈壁地面，為砂卵石基礎(chǔ)，即便尾水渠不開挖，滲漏現(xiàn)象也不可避免。

6 尾水渠開挖后沿線地下水滲漏計(jì)算及灌溉需水量（表1～表4）

按上述滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算河口水電站尾水渠開挖后滲水量：Q=F1q1+F2q2

表1 各種土的滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值 cm/s

表2 土層滲透系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值 m/d

表3 按土質(zhì)顆粒大小的滲透系數(shù)K經(jīng)驗(yàn)值 m/d

式中F1——渠道基坑底面積（m2）；

q1——渠道基坑每平方米底面積平均滲水m3/h量（m3/h）；

表4 滲水量計(jì)算結(jié)果

F2——渠道基坑側(cè)面積（m2）；

q2——渠道基坑每平方米側(cè)面積平均滲水量（m3/h）；

q1——基坑每平方米底面積平均滲水量（m3/h）。

從上述經(jīng)驗(yàn)值查得尾水渠0+400～1+065段滲透系數(shù)4.35×10-2cm/s，屬礫砂土層，無(wú)地表水，q1取下限0.24，尾水渠基坑屬敞開放坡開挖，q2取25%。尾水渠1+300～2+500段段滲透系數(shù)6.4×10-2cm/s，屬礫石土層，無(wú)地表水，q1取下限0.8，尾水渠基坑屬敞開放坡開挖，q2取25%。

（1）尾水渠樁號(hào)0+400～1+065兩側(cè)農(nóng)田及右側(cè)老魚塘地下水滲水量：

（2）尾水渠樁號(hào)1+300～2+500右側(cè)新魚塘地下水滲水量：

因此需要加大灌溉河水量為：∑Q=3.767m3/s

7 防滲處理措施

為解決新修魚塘的漏水問題，采取了以下處理措施：

（1）在塘底鋪設(shè)防滲塑料膜。

（2）在新建魚塘底部回填厚約10 cm粘土防滲層。

（3）加大灌溉含泥量高的河水，爭(zhēng)取早日在塘底形成防滲泥膜層。

（4）對(duì)尾水渠邊坡護(hù)坡混凝土進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，做反防滲層的特殊處理。

（5）河口水電站工程正常運(yùn)行后，適當(dāng)提高1+250～3+500段尾水渠內(nèi)水深，增加尾水渠襯砌長(zhǎng)度可降低尾水渠周邊至渠內(nèi)滲透水頭，減少滲漏量。

8 結(jié) 論

河口水電站布局合理，無(wú)移民搬遷，占地較小，灌溉與水能充分結(jié)合，原農(nóng)田對(duì)農(nóng)作物保土、保肥、保水已具備條件，從現(xiàn)場(chǎng)觀察情況看，灌溉渠距離尾水渠邊線僅10余米，農(nóng)田種植灌溉水滲漏不明顯。由于尾水渠開挖，地下水位下降，考慮到地下水溫度較低，理論上稻田水溫渠道開挖后較開挖前高，滲漏問題只需在水稻生長(zhǎng)季節(jié)多灌水即可，且水費(fèi)按規(guī)定是按面積收，對(duì)種植投入無(wú)影響，所以渠道開挖對(duì)稻田滲漏及保溫問題可忽略不計(jì)。

新魚塘灌水后滲漏快，說(shuō)明新魚塘與托什干河地下連通性較好，靠近東邊魚塘雜草多，西邊魚塘較少，說(shuō)明東邊魚塘泥土覆蓋層較厚，較西邊魚塘適合養(yǎng)殖。由于魚塘地基與托什干河連通性好，其地下水位也相應(yīng)受河水影響大，汛期魚塘滲水少，枯水期魚塘滲水多。大部分魚塘受尾水渠開挖影響小，個(gè)別魚塘滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，是因?yàn)轸~塘防滲膜不均勻，突出部位受枯水期地下水位下降而下沉。老魚塘養(yǎng)殖狀況良好，不需要采取進(jìn)一步的處理措施，新魚塘開挖后灌水期較短，魚塘底面尚未形成防滲泥膜，存在一定滲漏現(xiàn)象，今后隨著灌水時(shí)間的增加，魚塘底面的泥沙厚度逐步加厚，防滲泥膜形成，滲漏問題可基本解決。

[1]毛昶熙.堤防工程手冊(cè)[M].北京：水利水電出版社，2009.