前坪水庫(kù)建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境的影響

周亞群 皇甫澤華 李漢卿 丁小慧

一、工程概況

前坪水庫(kù)壩址位于河南省汝陽(yáng)縣城以西9km 的北汝河上，水庫(kù)的主要任務(wù)是防洪、灌溉和供水，同時(shí)兼顧發(fā)電功能，設(shè)計(jì)總庫(kù)容5.9 億m3，為大（2）型水庫(kù)。工程由主壩、副壩、泄洪洞、溢洪道、取水構(gòu)筑物、輸水洞、電站和尾水構(gòu)筑物等組成，設(shè)計(jì)最大壩高90.7m，正常蓄水位403m，控制流域面積1325km2。前坪水庫(kù)工程建成后，可攔截北汝河上游山丘區(qū)洪水，將北汝河防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至20年一遇。同時(shí)，將與昭平臺(tái)、白龜山、燕山水庫(kù)、孤石灘等水庫(kù)和泥河洼等滯洪區(qū)以及規(guī)劃興建的下湯水庫(kù)共同運(yùn)用，使漯河下泄流量控制在3000m3/s 以下，從而使下游沙潁河的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇。該水庫(kù)規(guī)劃灌區(qū)面積為50.8 萬(wàn)畝，可為下游城鎮(zhèn)提供每年約6300 萬(wàn)m3的生活及工業(yè)用水，水電裝機(jī)容量6000kW，年發(fā)電量約1881 萬(wàn)kW·h。

二、地下水環(huán)境現(xiàn)狀

1.水文地質(zhì)概況

前坪水庫(kù)所在區(qū)域地下水主要賦存于第四系松散孔隙卵石層，分布在河灘、河床及低級(jí)階地底部。含水層厚度約2～23m，滲透系數(shù)在A×10-1cm/s，接受上游河水及兩岸地下水的補(bǔ)給，向下游排泄，水量豐富。巖漿巖在區(qū)內(nèi)廣泛分布，接受大氣降水的補(bǔ)給，又以泉水形式排泄，流量4～10L/min，徑流模數(shù)為1～3L/s.km2。

地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，丘陵低山區(qū)上部基巖裸露，裂隙發(fā)育，有利于降雨的入滲；Ⅱ級(jí)階地地表巖性以粘性土為主，滲透性較差，不利于降水的入滲；河漫灘、河床及Ⅰ級(jí)階地賦存第四系松散孔隙潛水，除有大氣降水的垂向補(bǔ)給外，還有來(lái)自山谷斜坡的潛流補(bǔ)給。地下水的總體流向是由水庫(kù)周圍的低山、丘陵，向河流方向流動(dòng)補(bǔ)給河水，除垂向入滲補(bǔ)給外，汛期受河水補(bǔ)給以及上游地下水的側(cè)向補(bǔ)給，枯水期地下水補(bǔ)給河水。區(qū)域地下水受人類生活影響較大，在地層富水性較好地區(qū)，地下水的排泄方式主要是通過(guò)人工開采排泄；在貧水地區(qū)，地下水以蒸騰和蒸發(fā)排泄為主。

2.地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

2014年7月4日對(duì)工程所在區(qū)域的地下水水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，共布置7個(gè)點(diǎn)位，分別為壩址西莊村（GW1）、竹園（GW2）、黃莊鄉(xiāng)（GW3）、渾椿河菅草坪1（GW4）、渾椿河菅草坪2（GW5）、南河南莊（GW6）和老王莊（GW7）。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括pH、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、揮發(fā)性酚類、鉻（六價(jià)）、鉛、鎘、鋅、總大腸菌群共11 項(xiàng)（見(jiàn)圖1）。

采用單因子指數(shù)法，對(duì)地下水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，工程區(qū)地下水主要為生活飲用水水源，執(zhí)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB14848-2017）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，各項(xiàng)單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)值均小于1，滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；此外，根據(jù)《2018年上半年汝陽(yáng)縣城區(qū)集中式生活飲用水地下水水源水質(zhì)狀況報(bào)告》，位于前坪水庫(kù)壩址下游的汝陽(yáng)縣龍泉自來(lái)水公司飲用水源2 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)地下水井監(jiān)測(cè)的39 項(xiàng)因子均達(dá)到GB/T14848-2017中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)率100%，表明區(qū)域地下水水質(zhì)較好。

三、地下水環(huán)境影響

1. 施工期影響

（1）導(dǎo)流隧洞

導(dǎo)流隧洞布置在前坪水庫(kù)大壩右岸山體內(nèi)，洞身長(zhǎng)度為340m。導(dǎo)流洞施工后期進(jìn)行封堵，封堵閘門水位為368.51m。導(dǎo)流洞入口處圍堰擋水水位為345.14m，出口處圍堰擋水水位為342.04m。調(diào)查期間，前坪右壩肩處地下水位高程為346～349m，導(dǎo)流洞入口和出口處底板高程分別為343.0m 和342.0m，因此，導(dǎo)流洞開挖會(huì)揭穿地下水，施工過(guò)程中需進(jìn)行排水，排水會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)流洞周圍的松散孔隙水水位下降，從而形成一條水位下降帶，這個(gè)下降帶的最大降深在隧洞的開挖過(guò)程中是沿程變化的，地下水位降深為3～7m。

導(dǎo)流洞周邊孔隙水降落帶的影響半徑采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：R——影響半徑，m；

S——水位降深，m；

H——潛水含水層厚度，m；

K——滲透系數(shù)，m/d。

圖1 區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意圖

表1 地下水水質(zhì)指標(biāo)單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)值表

S 取最大水位降深7m，H 取該段卵石層最大厚度14.5m，計(jì)算得出導(dǎo)流洞施工排水引起的地下水水位變化半徑為342.23m。

（2）泄洪洞、輸水洞

泄洪洞位于河道左岸、溢洪道左側(cè)，洞身大部分處于安山玢巖中，局部處于灰綠巖巖體中，巖土透水率0.41～1.73Lu。洞身段長(zhǎng)度為458.5m，上游底高程為360.0m，出口底高程為355.0m。壩址區(qū)地下水水位遠(yuǎn)低于泄洪洞洞底高程，因此不會(huì)引起地下水水位變化。

輸水洞位于大壩右岸，洞身段總長(zhǎng)287m，大部分位于弱風(fēng)化安山玢巖中，洞身進(jìn)口部分位于強(qiáng)風(fēng)化安山玢巖中。洞底高程為361.00m～349.02m。該段地下水主要為基巖風(fēng)化裂隙水，地下水水位與洞底高程基本一致，基坑開挖引起的最大水位降深僅0.02m，產(chǎn)生的隧洞涌水量也極少。因此，輸水洞施工也不會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成太大影響。

（3）壩體和電站基坑開挖

大壩建基面開挖至密實(shí)砂卵石層，河槽段壩基砂礫(卵)石層挖除深度約4.9～10.4m，階地段壩基粉質(zhì)壤土層挖除深度約7～20m?？辈炱陂g，地下水平均埋深為0.6～2.8m。因此，河槽段開挖引起的最大水位降深經(jīng)計(jì)算為9.8m，階地段開挖引起的最大水位降深為19.4m。壩址區(qū)第四系含水層最大厚度為28.1m，滲透系數(shù)取41.21m/d，計(jì)算出壩體基坑開挖引起的地下水水位變化范圍為617.68～1223m。

電站廠房建基面高程345.35m，設(shè)計(jì)將建基面下卵礫石挖除，采用C20 混凝土回填，基礎(chǔ)下卵礫石最大厚度為2.85m。根據(jù)勘察期間地下水位估算出電站基坑開挖引起的最大地下水水位降深為1.13m，則其影響半徑為37.27m。電站建基面以下卵石層開挖后采用混凝土回填，則可能影響局部地下水的補(bǔ)給與排泄，但回填厚度較小，不會(huì)影響總體地下水水位。

2.運(yùn)行期影響

（1）截滲工程

主壩在粘心土墻軸線上游5m 處設(shè)混凝土防滲墻，全長(zhǎng)665.0m。墻頂 高 程341.1～363.9m， 墻 底 高 程315.8～355.25m，墻深約11～29m。防滲墻插入防滲體內(nèi)長(zhǎng)度為6～8m。防滲墻會(huì)對(duì)壩址區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄產(chǎn)生一定影響，混凝土防滲墻完全穿透河底第四系松散卵礫石含水層并深入基巖超過(guò)1m，防滲墻以下緊接帷幕灌漿孔。因此，混凝土防滲墻切斷了局部含水層間的水力聯(lián)系，減少了地下水的側(cè)向補(bǔ)給，阻礙了地下水的水平流動(dòng)，使防滲墻上游地下水位抬升。防滲墻實(shí)施后對(duì)周邊地下水的影響半徑采用公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中：W——降水補(bǔ)給強(qiáng)度，m/d；

t——時(shí)段，d；

μ——重力給水度，無(wú)量綱。

H 取壩址處最大含水層厚度28.1m；K 取混凝土防滲墻透系數(shù)約為1×10-8cm/s；降水強(qiáng)度采用淮河流域平原地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)降水入滲補(bǔ)給系數(shù)和工程區(qū)域多年平均降水量（761.7mm/yr）計(jì)算得出，約為0.0002m/d。防滲墻引起地下水水位變化范圍僅3.82m，可以有效控制壩基砂卵石含水層滲漏問(wèn)題。

根據(jù)區(qū)域地下水補(bǔ)排關(guān)系，庫(kù)區(qū)地下水補(bǔ)給方式主要為降雨入滲補(bǔ)給，總體看來(lái)，防滲墻的建設(shè)不會(huì)對(duì)沿河兩岸地下水徑流的補(bǔ)給、排泄造成大的影響。由于工程影響區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)灌排設(shè)施完善，其他排泄渠道暢通，對(duì)地下水排泄造成的影響也很小。

（2）水庫(kù)蓄水

由于水庫(kù)蓄水大幅度抬高地表水水位，按正常蓄水位壩址處地表水位較現(xiàn)狀可抬升60～70m 左右，因此將對(duì)淹沒(méi)區(qū)的地下水補(bǔ)排過(guò)程產(chǎn)生較大影響，總體上看，將擴(kuò)大地表水補(bǔ)給地下水的時(shí)間和范圍，特別是在411m高程以下基本上長(zhǎng)期呈地表水補(bǔ)給地下水狀態(tài)。對(duì)于壩址下游，由于水庫(kù)蓄水將降低下游水位，但洪水期河水位仍然較高，對(duì)補(bǔ)排關(guān)系影響不大；平水期則由于水位降低，增加了地下水補(bǔ)給河水的可能性和補(bǔ)給時(shí)長(zhǎng)；枯水期由于基流保障了河道有一定的水量，基本上不改變地下水補(bǔ)給河水的趨勢(shì)。由于水庫(kù)水質(zhì)將滿足城市供水水質(zhì)要求，水質(zhì)優(yōu)良，引水灌溉不會(huì)對(duì)灌區(qū)地下水造成不利影響。

四、結(jié)論

前坪水庫(kù)庫(kù)區(qū)地下水主要賦存于第四系松散卵礫石含水層，勘察期間地下水平均埋深0.6～2.8m，地下水接受大氣降水、上游滲流、河水及側(cè)向基巖裂隙水補(bǔ)給。區(qū)域地下水仍然是主要的供水水源，但是隨著城市化進(jìn)程的加快，城區(qū)用水量不斷增加，水資源供給不足，前坪水庫(kù)建成后可緩解當(dāng)?shù)氐叵滤┧畨毫Α?/p>

工程施工期對(duì)地下水環(huán)境影響主要是導(dǎo)流隧洞、輸水洞建設(shè)以及壩體基坑開挖時(shí)的施工降排水引起的地下水水位變化。經(jīng)計(jì)算，施工期地下水水位的最大影響半徑為1.22km，該范圍內(nèi)無(wú)分散式地下水開采用戶。因此，工程施工對(duì)地下水的影響只發(fā)生在小尺度的局部地帶，且持續(xù)時(shí)間較短，施工期結(jié)束后即可恢復(fù)，對(duì)該區(qū)域地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄沒(méi)有影響，也不會(huì)影響該地區(qū)的集中供水。

主壩壩基設(shè)置的混凝土防滲墻切斷了局部含水層間的水力聯(lián)系，減少了地下水的側(cè)向補(bǔ)給，阻礙了地下水的水平方向流動(dòng)，但庫(kù)區(qū)地下水補(bǔ)給方式主要為降雨入滲垂向補(bǔ)給，總體上防滲墻的建設(shè)不會(huì)對(duì)沿河兩岸地下水徑流的補(bǔ)給、排泄造成大的影響。水庫(kù)運(yùn)行后地下水的總體流向仍然是由水庫(kù)周圍的低山、丘陵，向河道方向流動(dòng)補(bǔ)給河水，水庫(kù)建設(shè)對(duì)地下水水質(zhì)無(wú)不利影響■