水庫(kù)建設(shè)對(duì)地下水水位的影響分析

王全軍

（上饒市廣豐區(qū)水利局，江西 上饒 334600）

水庫(kù)建設(shè)對(duì)地下水水位的影響分析

王全軍

（上饒市廣豐區(qū)水利局，江西 上饒 334600）

降雨量、蒸發(fā)量和氣候溫度都會(huì)對(duì)地下水位產(chǎn)生很大的影響，而水庫(kù)建設(shè)對(duì)于地下水位的影響也不容忽視。以南水北調(diào)續(xù)建配套工程辛集洼水庫(kù)為例，結(jié)合區(qū)域地下會(huì)水位和水文地質(zhì)情況，構(gòu)建水庫(kù)水滲漏對(duì)地下水水位影響預(yù)測(cè)模型，通過(guò)正常狀態(tài)下和水庫(kù)防滲漏措施失效狀況下的水滲漏情況對(duì)比，最終得出：防滲漏措施失效狀況下，水庫(kù)建設(shè)工程會(huì)極大的影響地下水水位，尤其是在水庫(kù)蓄水一年以上，不僅會(huì)提升地下水水位，還會(huì)造成土壤次生鹽漬化，所以必須加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)周邊地下水水位的觀測(cè)，同時(shí)采取必要的工程措施來(lái)降低水庫(kù)工程對(duì)地下水水位的影響。

水庫(kù)建設(shè)；地下水位；影響

影響一個(gè)地區(qū)地下水位變動(dòng)的因素有很多，例如降雨量、蒸發(fā)量以及溫度等，降雨量越大，滲入到地下的水就會(huì)增多，降雨量較多的地方通常地下水都非常豐富；對(duì)于干旱地區(qū)來(lái)說(shuō)，淺層的地下水會(huì)因?yàn)榈乇硗寥浪值恼舭l(fā)而損失，而地下水位越深，這種影響就會(huì)越小；在高寒和高緯度區(qū)域，如果氣溫長(zhǎng)時(shí)間的處于零度以下，那么表層的地下水就會(huì)凝固成冰，以上這些都是自然因素對(duì)地下水位的影響，人為因素的影響最具代表性的是水庫(kù)建設(shè)，以平原地區(qū)為例，平原地區(qū)水庫(kù)建設(shè)工程可以有效地蓄積和調(diào)劑水資源，但是對(duì)水庫(kù)周?chē)沫h(huán)境影響也比較大，如果建設(shè)不慎，可能造化該區(qū)域地基液化、滲漏、浸沒(méi)等問(wèn)題，所以對(duì)于本課題的研究至關(guān)重要[1]。本文以南水北調(diào)續(xù)建配套工程辛集洼水庫(kù)為例，通過(guò)構(gòu)建地下水庫(kù)水位影響預(yù)測(cè)模型以及對(duì)結(jié)果的分析，總結(jié)水庫(kù)建設(shè)庫(kù)水滲漏對(duì)地下水水位的影響。

1 水庫(kù)工程概況

辛集洼水庫(kù)總庫(kù)容為3078萬(wàn)m3，計(jì)劃蓄水量約為600萬(wàn)m3，2017年4月正式開(kāi)始蓄水，引水流量5 m3/s，水流入庫(kù)最大的設(shè)計(jì)流量為14 m3/s，最小為4.5 m3/s，水流出庫(kù)的設(shè)計(jì)流量為1.6 m3/s，年調(diào)蓄水量約為5494萬(wàn)m3，該水庫(kù)屬于南水北調(diào)新建調(diào)蓄配套工程的重要環(huán)節(jié)，水庫(kù)建設(shè)工程包括了圍壩填筑、壩坡襯砌、庫(kù)底防滲、引水渠道、附屬建筑物等工程，圍壩軸線長(zhǎng)度為7.6 km，圍壩均高10 m左右，蓄水深度為8 m。

2 水庫(kù)區(qū)域地下水水位情況

水庫(kù)工程建成之后，可極大緩解鄒平縣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、韓店以及魏橋等區(qū)域的工業(yè)用水，周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活用水，地下水滲漏面積擴(kuò)展速度。辛水庫(kù)周?chē)O(shè)置了18個(gè)水位觀測(cè)井，2014年和2015年在豐水期和枯水期分別對(duì)區(qū)域內(nèi)的地下水水位進(jìn)行觀測(cè)，表1顯示的這兩次觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)。

表1 枯水期和豐水期辛集洼水庫(kù)觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)結(jié)果 單位：m

水庫(kù)區(qū)域地下水的走向總體上呈西南—東北，豐水期的時(shí)候地下水補(bǔ)給杏花河，水庫(kù)區(qū)域的地下水流向比較明顯，同時(shí)水庫(kù)場(chǎng)區(qū)周邊地下水在豐水期埋深相對(duì)較淺，說(shuō)明在豐水期的時(shí)候，水庫(kù)周邊局部區(qū)域已經(jīng)處于浸沒(méi)狀態(tài)。

3 水庫(kù)區(qū)域水文地質(zhì)狀況

辛集洼水庫(kù)北邊是比較明顯的沖積層系，主要是由黃河洪水期沉淀形成的，整體地勢(shì)相對(duì)平坦，巖性松散，砂層基本上呈現(xiàn)帶狀分布，透水性能非常強(qiáng)。整個(gè)區(qū)域內(nèi)分布著大量的第四系沉積物，整體巖性松散，存有孔隙水，黃河洪水期沉淀形成的沖積層大量存在垂直裂隙，還有少量的大孔隙構(gòu)造，滲透性較強(qiáng)，區(qū)域內(nèi)地下水補(bǔ)給主要以降水為主，但是在黃河沿岸區(qū)域仍然有少量黃河側(cè)滲水補(bǔ)給，存在的孔隙水受古河道帶的控制，有少量水砂層發(fā)育，透水性也較強(qiáng)，水砂層不發(fā)育地帶巖性基本上是粉細(xì)砂，補(bǔ)給條件相對(duì)較差，透水性非常弱[2]。

4 水庫(kù)建設(shè)對(duì)地下水水位的影響分析

4.1 預(yù)測(cè)模型

在水庫(kù)正常運(yùn)行狀況下展開(kāi)，對(duì)辛集洼水庫(kù)水資源滲漏給區(qū)域地下水水位的影響進(jìn)行相應(yīng)預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)模型使用的是地下水水流解析法[3]，公式如下：

式中，H為包氣帶初始的厚度，m；h為地下水預(yù)測(cè)點(diǎn)包氣帶的厚度，m；K為包氣帶綜合滲透系數(shù)，m/d；Qi為辛集洼水庫(kù)圍壩平均每米的單位滲透量，m3/d；W（ui）為井函數(shù)，這個(gè)數(shù)值可以通過(guò)查詢《地下水動(dòng)力學(xué)》來(lái)獲??；Ri為各個(gè)水位預(yù)測(cè)點(diǎn)和圍壩軸線之間的距離；Mˉ為包氣帶的平均厚度，m；t為從預(yù)測(cè)開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間；Δh為水位預(yù)測(cè)點(diǎn)地下水水位的變動(dòng)幅度。

按照以上公式對(duì)辛集洼水庫(kù)不同情況下的壩軸線以外地下水水位變動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如圖1、圖2所示：

圖1 正常狀態(tài)下的地下水水位變動(dòng)幅度

圖2 水庫(kù)防滲漏措施失效狀況下的地下水水位變動(dòng)幅度

4.2 預(yù)測(cè)模型計(jì)算和結(jié)果評(píng)價(jià)

圖1顯示的水庫(kù)正常狀態(tài)下的壩軸線以外地下水水位變動(dòng)幅度預(yù)測(cè)結(jié)果，在這種條件下，水庫(kù)的工程設(shè)計(jì)對(duì)于壩基是按照全庫(kù)盆鋪膜防滲措施進(jìn)行處理，圍壩防滲是通過(guò)復(fù)合土工膜和壩外截滲溝措施來(lái)處理，從圖中可以看出，水庫(kù)工程設(shè)計(jì)處理措施都能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。

庫(kù)每年的滲漏量約為320萬(wàn)m3，預(yù)測(cè)模型公式中Qi為1.14；表1中豐水期周邊地下水埋深為0.8～2.8 m，平均值為1.7 m，按照平均值進(jìn)行計(jì)算，H表示的包氣帶的初始厚度，H取值為1.7 m；包氣帶土層分布主要為裂隙粘土，包氣帶綜合滲透系數(shù)k為2.09 m/d，給水度0.1；取值為1.7 m。將這些參數(shù)帶入公式，圖1顯示的即為最終的結(jié)果，從圖中可以看出，辛集洼水庫(kù)蓄水的時(shí)間和地下水位以及影響范圍呈正比例關(guān)系，蓄水時(shí)間越長(zhǎng)，水庫(kù)周邊地下水位提升就越高，相應(yīng)的影響范圍也會(huì)不斷增加，以水庫(kù)蓄水時(shí)間30 h以后這條線為例，蓄水30 h之后，水庫(kù)地下水的水位提升約0.231 m，在距離庫(kù)壩中心軸線100 m的位置地下水水位基本保持不變；水庫(kù)蓄水時(shí)間1年的情況下，地下水水位最高可以提升0.298 m，在距離庫(kù)壩中心軸線200 m的位置地下水水位基本不會(huì)變化，比較穩(wěn)定，正常工況下，辛集洼水庫(kù)庫(kù)水的滲漏對(duì)于地下水水位的影響非常小，地下水水位變動(dòng)幅度較小，整體比較穩(wěn)定[4]。

圖2顯示的水庫(kù)防滲漏措施失效的情況下，水庫(kù)壩軸線以外地下水水位的變動(dòng)幅度，水庫(kù)防滲漏措施失效指的是水庫(kù)的防滲漏土工膜出現(xiàn)局部的破損現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個(gè)水庫(kù)的滲漏量不斷提升，這種情況下的辛集洼水庫(kù)的滲漏量取值按照正常沒(méi)有防滲狀況下的水庫(kù)總滲漏量的一半，最終取值為710.2萬(wàn)m3，按照預(yù)測(cè)模型以及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)，最終的地下水水位變動(dòng)情況如圖2所示：

從圖中可以看出，在水庫(kù)防滲漏措施失效的情況下，水庫(kù)庫(kù)水的滲漏明顯對(duì)地下水的水位造成了很大的影響，從圖2中的每條蓄水時(shí)間線的變動(dòng)情況即可看出，變動(dòng)幅度比較大。防滲漏措施失效的情況下，水庫(kù)在蓄水30 h之后，周邊地下水水位提升數(shù)值約為0.38 m，蓄水時(shí)間100 h之后，地下水水位提升數(shù)值約為0.49 m，蓄水時(shí)間1年之后，地下水水位提升數(shù)值約為0.62 m，蓄水時(shí)間5年之后，地下水水位提升數(shù)值約為0.91 m，蓄水時(shí)間10年之后，地下水水位提升數(shù)值約為1.2 m，蓄水時(shí)間30年后，水位提升數(shù)值為1.4 m，從預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果可以看出，在這種情況下，地下水水位的變動(dòng)幅度增長(zhǎng)比較慢，水庫(kù)水滲漏對(duì)于區(qū)域地下水水位的影響也基本上1 m以內(nèi)，整體趨于穩(wěn)定狀態(tài)，從整體的變動(dòng)情況來(lái)看，水庫(kù)蓄水時(shí)間超過(guò)1年之后，受水庫(kù)整體滲漏現(xiàn)象的影響，庫(kù)壩后方一定范圍以內(nèi)的地下水埋深將會(huì)比土壤次生鹽漬化趨于的地下水埋深小，基本上保持在1.2 m以下，所以會(huì)造成庫(kù)壩后方浸沒(méi)現(xiàn)象，水庫(kù)局部場(chǎng)區(qū)在豐水期的時(shí)候現(xiàn)狀地下水埋深比較淺，均處于浸沒(méi)狀態(tài)，而水庫(kù)防滲漏措施失效情況下，水庫(kù)工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)的浸沒(méi)區(qū)域會(huì)不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的該地區(qū)的庫(kù)壩后方的土壤次生鹽漬化程度也會(huì)不斷加重[5]。

5 結(jié)論

辛集洼水庫(kù)在正常狀態(tài)下，庫(kù)水的滲漏對(duì)于該區(qū)域地下水水位的影響比較小，只需要采取簡(jiǎn)單的防滲漏措施就可以很好的控制地下水水位的變動(dòng)；防滲漏措施失效的情況下，水庫(kù)庫(kù)水滲漏造成的地下水水位提升相對(duì)較大，尤其是在蓄水時(shí)間一年以上，庫(kù)壩后方的土壤次生鹽漬化程度也會(huì)不斷加重，這種情況下，需要采取必要的工程措施來(lái)處理，尤其要加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)周邊地下水水位的觀測(cè)，通過(guò)定期觀測(cè)和及時(shí)處理來(lái)降低水庫(kù)工程對(duì)區(qū)域地下水水位以及水質(zhì)的影響。

[1]王俊鵬,陸海玉,鄧?yán)^昌.水庫(kù)樞紐地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)與保護(hù)探討——以鳳凰湖調(diào)蓄水庫(kù)工程為例[J].地下水,2017,(01):35-36+111.

[2]張澤平.黃河沖積平原區(qū)水庫(kù)地下水環(huán)境影響分析[D].山東大學(xué),2015.

[3]劉金玉.三澗堡地下水庫(kù)對(duì)地下水環(huán)境影響的研究[D].大連理工大學(xué)，2015.

[4]李俊琴.磨河水庫(kù)工程對(duì)地下水的影響分析[J].甘肅水利水電技術(shù),2014，(11):42-45.

[5]張志永.密懷順地下水庫(kù)建設(shè)對(duì)周邊地下水環(huán)境影響研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2014.

P641；TV697.2

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1673-9000（2017）05-0023-02

2017-06-07

王全軍（1961-），男，江西廣豐人，工程師，主要從事水利工程地質(zhì)和水利工程建筑。