汾河二庫蓄水至正常水位后對周邊地下水影響分析

周永紅

（山西省汾河二庫管理局，山西 太原 030012）

汾河二庫是一座以防洪、供水為主，兼有發(fā)電、旅游和養(yǎng)殖等綜合效益的大（二）型水庫。水庫總庫容1.33億m3，控制流域面積2348 km2。水庫主體工程于1996年11月開工建設(shè)，1999年12月大壩下閘蓄水，2007年7月竣工驗收并正式投入使用。水庫建成后，不僅使太原市的防洪標準提高到100年一遇，而且在增加供水量和發(fā)電旅游等方面產(chǎn)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，特別是在向太原市蘭村泉域和晉祠泉域地下水補給方面將產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益。

1 庫區(qū)地質(zhì)條件

汾河二庫庫區(qū)為山勢陡峻的侵蝕和溶蝕的中山地貌類型，地勢西高東低。汾河經(jīng)灰?guī)r峽谷蜿蜒曲折由西南向東北流向盆地，谷底寬度100~200 m，山頂與河谷相對高差約400 m。各支谷走向大致為北西向，汾河河谷發(fā)育五級階地。

庫區(qū)地層巖性較為簡單，在水庫回水范圍內(nèi)，除河谷地帶分布有第四系松散堆積物外，主要為奧陶系下統(tǒng)、中統(tǒng)馬家溝組。在壩址至下槐村為奧陶系下統(tǒng)白云巖，下槐至掃石為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組各段的灰?guī)r與泥灰?guī)r，在掃石附近至庫尾，水庫回水至上馬家溝組底部的泥灰?guī)r及部分灰?guī)r。較老的寒武系上統(tǒng)鳳山組地層，主要出露于壩址下游懸泉寺背斜軸部及313工程場地。

水庫庫區(qū)大部分位于上蘭村泉域，庫尾有一小部分跨過掃石地下水分水嶺，進入晉祠泉泉域。掃石上游，地表水懸于地下水之上，且越向上游懸差越大。

2 庫區(qū)蓄水及滲漏現(xiàn)狀

1999年底，汾河二庫正式下閘蓄水。由于大壩工程尚有部分灌漿工程未完成，水庫蓄水水位多年限制在886 m高程以下，2010年9月，汛限水位提高到895 m左右。2014年初，為早日實現(xiàn)太原晉祠泉自然復流，汾河二庫逐步抬高蓄水位，加大對晉祠泉域的滲漏補給量，至9月27日，水庫蓄水達到900 m高程，并保持在此高水位運行。

根據(jù)2014年4月至2015年4月實測資料分析，寨上水文站至汾河二庫大壩區(qū)間的庫區(qū)實際滲漏量為2.02 m3/s，年滲漏量約6370萬m3，滲漏量與庫區(qū)水位呈正比關(guān)系。且水庫蓄水至正常蓄水位后，庫水通過下馬家溝組灰?guī)r向太原西邊山一帶滲漏，補給蘭村、西張水源地及晉祠、平泉一帶，補給量隨著水位的升高呈增加趨勢。

3 庫區(qū)蓄水至正常水位后對周邊地下水影響

3.1 對晉祠泉域影響

1960年汾河水庫修建完成開始攔河蓄水，攔蓄前汾河最大流量為1940 m3/s，最小流量為2.33 m3/s。攔蓄后水庫不定期放水，放水期平均放水流量為20～30 m3/s；不放水時期，汾河河道大部分時段呈斷流狀態(tài)。其中，在汾河水庫至蘭村段之間，由于生產(chǎn)活動的影響，地表徑流量明顯減少：1954—1959年平均來水量為 35782萬 m3，60年代平均為 21469萬m3，70年代為14312.8萬m3，1980—1987年僅2305.8萬m3。地表水量的減少，致使?jié)B漏量逐漸減少，影響地下水的補給，導致晉祠泉流量減少。

2014年，按照《晉祠泉復流工程實施方案》，汾河二庫實現(xiàn)蓄水至正常高水位。由現(xiàn)狀的蓄水水位895 m逐步提高到設(shè)計正常蓄水水位905 m運行，擴大汾河二庫庫區(qū)浸潤面積，加大對晉祠泉域的補給量。汾河水庫至二庫區(qū)為山區(qū)峽谷河段，大部分位于奧陶系灰?guī)r裸露區(qū)，其中羅家曲至鎮(zhèn)城底（20 km）、古交至寨上（5 km）、寨上至峙頭（30 km）共55 km為滲漏段，漏失水量主要補給晉祠泉。

據(jù)《汾河干流古交段滲漏分析報告》成果，汾河水庫至晉祠泉泉域邊界滲漏段總長44 km，其中，汾河水庫—寨上滲漏段長25 km，寨上—晉祠泉域邊界19 km。汾河二庫設(shè)計正常蓄水位905.7 m，水庫回水至萬柏林區(qū)周家山附近，回水長度22 km，壩址至庫尾整個庫區(qū)皆為峽谷區(qū)。兩岸山高坡陡，海拔在1200～1400 m，與河谷相對高差約400 m，屬低中山區(qū)。區(qū)間流域內(nèi)寒武、奧陶系灰?guī)r占50%左右，尤其是位于庫尾的河下村至峙頭村段為汾河干流強滲漏帶。其中屬于晉祠泉域（掃石至周家山）為5 km，其地層巖層主要有下馬家溝組灰?guī)r和上馬家溝組下段下部相對隔水巖組組成。水庫蓄水后，庫水通過下馬家溝組灰?guī)r滲漏庫外，即向太原西邊山一帶滲漏，補給蘭村、西張水源地，部分補給晉祠、平泉一帶。

根據(jù)《汾河二庫庫區(qū)右岸滲漏電模擬和同位素流向試驗》成果，在水庫正常蓄水位905.7 m時，地下水位抬高，王封地壘阻水，形成地下分水嶺作用，庫右岸日均滲漏量為5780 m3，年滲漏補給總量約為211萬m3，其中向晉祠泉方向的滲漏量為0.0219 m3/s，年滲漏約69萬m3。試驗結(jié)果表明，庫區(qū)右岸在未蓄水前，雖存在王封地壘和分水嶺，但巖溶地下水一方面受地壘作用向東補給蘭村和柴村第四系孔隙水，另一方面向南越過地壘向白家莊、晉祠泉、平泉補給，水庫至正常蓄水位后補給量將進一步加大。

1993年，在汾河二庫初步設(shè)計階段，山西省水利水電勘測設(shè)計研究院提出水庫總滲漏量為0.7 m3/s，后經(jīng)中國水利學會勘測專業(yè)委員會技術(shù)咨詢，并提出《汾河二庫巖溶滲漏及其環(huán)境影響評價技術(shù)咨詢報告》，得出水庫滲漏不超過1 m3/s，該結(jié)論采用了地下水動力學公式和比擬法兩種方法計算。計算得出：汾河二庫在正常蓄水位905.7 m時，庫區(qū)右岸向晉祠泉域西銘方向滲漏量為0.3 m3/s，年滲漏量約946萬m3。

綜合比較，南京水利科學研究所電模擬成果的假定條件是右岸地下滲流場采用均質(zhì)體穩(wěn)定流與實際情況差距較大，試驗的滲漏量比實際要小；中國水利學會勘測專業(yè)委員會技術(shù)咨詢成果的力學公式法，根據(jù)鉆探資料考慮了巖層透水性和地下水比降，結(jié)果比較符合實際情況。由此可見，汾河二庫蓄水位抬高至正常蓄水位后對晉祠泉域的補給十分明顯。

3.2 對蘭村泉域影響

根據(jù)蘭村泉域地下水觀測孔近50年的分析可知，1969年前，地下水位基本保持穩(wěn)定，水位在814.3 m左右；1970—1987年期間，水位呈明顯下降趨勢，但幅度不大，17年間下降6.9 m，年平均下降0.41 m；1988—2000年，水位大幅下降，共下降1.93 m，年平均下降1.78 m，為之前17年年平均下降的5倍左右；2000—2007年，水位下降速度明顯趨緩，汾河二庫蓄水后對蘭村泉域地下水補給影響明顯。

水庫至太原西邊山為奧陶中統(tǒng)上、下馬家溝組灰?guī)r，兩巖組巖溶發(fā)育，滲透性強，其中下馬家溝組處在庫水位以下，是庫水向西邊山巖溶水滲漏的主要通道，庫水通過強巖溶層，滲入邊山斷裂帶，繼而補給下游地區(qū)。受壓扭性斷層的阻隔作用，西山巖溶地下水一部分補給蘭村水巖溶水，其余補給西張第四系孔隙水源地。根據(jù)《汾河二庫水庫滲漏對蘭村水源地的補給影響研究報告》，當汾河二庫蓄水位達到正常蓄水位905.7 m高程時，水庫對蘭村泉域的地下水年補給量由死水位880 m時的29.28萬m3增加至277.40萬m3。綜上所述，汾河二庫抬升至正常蓄水位后對蘭村泉域地下水補給量明顯增加。

4 建議

汾河二庫蓄水位抬高至正常蓄水位對周邊地下水的補給影響具有一定的繁雜性，課題的研究具有一定的難度和探索性。汾河二庫達到正常蓄水位，對周邊地下水的補給影響是否會由于二庫正常蓄水而發(fā)生較大變化有待水位監(jiān)測驗證。為此提出如下建議：當二庫蓄水水位增加時，應密切監(jiān)測周邊的巖溶水水位，加強對水位的監(jiān)測記錄。應在汾河二庫進行相關(guān)試驗，對庫區(qū)滲漏水流運動規(guī)律進行科學研究。

5 結(jié)語

自汾河二庫1999年底下閘蓄水以來，對太原地區(qū)的地下水補充起到重要作用。從2008年初山西省實施“千里汾河清水復流”工程，2014年初啟動“晉祠泉復流”工程后，汾河水庫至蘭村區(qū)間河道過水已無斷流，該段河道年平均流量增大，最大為43.8 m3/s，最小平均為0.7 m3/s，有效增加了對地下水的補給。據(jù)實測數(shù)據(jù)分析，汾河二庫從892 m高程抬高蓄水位至900 m期間，在水位達到新高程時，由于水量大量被周邊土層吸收，滲漏量會有短時性大量損失，待土壤飽和后，滲漏量逐步趨于穩(wěn)定。