南水北調(diào)東線魯北小運河段地質(zhì)問題淺析

□許慶濤（聊城市水利工程總公司）

南水北調(diào)東線魯北小運河段地質(zhì)問題淺析

□許慶濤（聊城市水利工程總公司）

文章對南水北調(diào)東線魯北小運河段的工程水文、地形地貌、地層條件、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件進(jìn)行了論述，分析了輸水渠道及建筑物存在的諸如渠道邊坡穩(wěn)定、渠道滲漏、土壤鹽漬化、土層液化等地質(zhì)問題，提出了相應(yīng)的針對性建議。

南水北調(diào)東線;魯北小運河;地質(zhì)問題

0 前言

南水北調(diào)東線魯北小運河段輸水工程途經(jīng)魯北西部的聊城市，是魯北段的重要組成部分。主要任務(wù)是實現(xiàn)將兩湖段調(diào)入東平湖的江水按50m3/s流量北送至臨清邱屯閘上，在滿足聊城地區(qū)用水的基礎(chǔ)上，通過七一、六五河向臨清以下段供水，同時使魯北線路具備向河北、天津調(diào)引江水的能力。

魯北段小運河輸水工程自東阿縣位山穿黃隧洞出口起，止于臨清邱屯閘上，全長98.29km。其中新開挖輸水河道40.13km，利用小運河、趙王河、周公河等現(xiàn)狀河道長58.16km，該段輸水工程沿線新建、改建、加固各類建筑物296處，371座。途經(jīng)東阿縣、陽谷縣、東昌府區(qū)、茌平、臨清等5個縣市區(qū)。該段工程自2011年3月份開工，2013年3月份完工，于2013年6月、11月進(jìn)行了2次試通水。筆者結(jié)合通水后的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，對渠道邊坡穩(wěn)定、滲漏、土壤鹽漬化、土層地震液化等地質(zhì)問題進(jìn)行了分析。

1 地質(zhì)條件

1.1 工程水文

工程區(qū)地處魯北平原地區(qū)，暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均徑流深50mm，多年平均水面蒸發(fā)量在1200mm左右，屬半干旱半濕潤地區(qū)。多年平均氣溫在11～14℃之間，月均氣溫1月最低，在-2.20～-3.30℃；7月最高，在26.50～26.80℃。工程區(qū)多年平均降雨量為559.70mm，主要集中在汛期7-9月份；區(qū)內(nèi)降雨年際之間差別較大，最大年份為1964年，年降雨量989.60 mm，最小年份為1992年，年降雨量281.50mm，豐枯比達(dá)3.52。工程區(qū)內(nèi)年降雨在地域分布上南北差別較接近。

工程區(qū)均位于山東省聊城市境內(nèi)，區(qū)內(nèi)有海河流域的徒駭河、馬頰河、周公河、西新河、德王東支等河流。沿線地下水為第四系孔隙潛水，主要受大氣降水及河道側(cè)滲補給；以地表蒸發(fā)、地下水緩徑流及人工開采為主要排泄方式。地下水水位埋深一般在0.50～6.50m，局部深度在8.50～10.00m，年變幅在2.00～4.00m。

1.2 地形地貌

輸水渠道自位山穿黃隧洞向西北方向展布，至臨清市折而向東北，地形上呈南高北低，西高東低之勢；渠道附近地面高程31.30～38.70m。在地貌上屬微傾斜低平原區(qū)（Ⅵ）的黃河沖積平原亞區(qū)（Ⅵ1）。該區(qū)河床、崗地呈條帶狀分布，淺碟式洼地星散其間，平緩坡地在崗、洼地之中，形成崗、坡、洼相間的微起伏地形。低洼處地表和地下水徑流滯緩，易受澇、堿威脅。

1.3 地層條件

工程區(qū)基本被第四系地層覆蓋，均為松散堆積層，受黃河擺動和泛濫影響，巖性相變較為頻繁，多呈透鏡體狀交替分布，按沉積時代和沉積環(huán)境分為第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代河流沖積層（Q4al)和沖積沼澤堆積層（Q4al+f)，巖性主要有砂壤土、粘土、壤土、粉細(xì)砂等，透鏡體發(fā)育，分布不穩(wěn)定；低洼處及河道兩側(cè)分布有少量人工填土。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

該工程區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上屬華北地臺的一部分，通過南西—北東向的聊考斷裂帶將本區(qū)分成華北臺坳（Ⅱ1）和魯西中臺?。á?）兩大二級構(gòu)造單元。從南到北依次穿越陽谷凸起（V6)、莘縣凹陷（V4)、新集凸起（V3)、臨清凹陷（V2）。區(qū)內(nèi)斷裂帶均程隱伏狀，規(guī)模較大的有6條，分別為聊城～蘭考斷裂帶、東阿斷裂、茌平～陽谷斷裂、齊河～廣饒斷裂、臨清斷裂、康莊斷裂，均呈北東向展布。

2 地質(zhì)問題

2.1 邊坡穩(wěn)定與滲透變形

該段輸水渠道開挖深度一般在3～9m，邊坡土質(zhì)一般為砂壤土、壤土及粘性土，局部分布有淤泥質(zhì)粘土或粉砂。地下水位年平均一般在0.50～6.50m，局部埋深在8.50～10.00m。0+00～86+347設(shè)計河道邊坡 1:2.50～3.00，86+347～98+289段為1:3.25。影響邊坡穩(wěn)定的主要為地下水位埋深較淺地段的砂壤土，由于地下水位高，砂壤土黏粒含量低，砂壤土單層厚度大，極易出現(xiàn)流土滲透變形，即俗稱的“流砂”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致邊坡坍塌破壞。

渠道25+327～60+638段（Ⅱ段）采用了全斷面襯砌，開挖襯砌施工時臨時采用管井進(jìn)行降水，襯砌層下鋪設(shè)了反濾排水層，避免了流砂現(xiàn)象，保證了渠道邊坡的長期穩(wěn)定；試通水后，通過對未襯砌段的調(diào)查，由于流砂引起的邊坡坍塌、河道淤積在局部地段較嚴(yán)重，甚至影響到了設(shè)計通水要求和上部大堤的穩(wěn)定。

2.2 渠道滲漏與土壤鹽漬化

渠道滲漏問題主要涉及0+000～25+327（Ⅰ段）、60+638～98+289（Ⅲ段）未襯砌的兩段，渠道兩側(cè)及渠底均普遍分布有砂壤土、裂隙粘土，均為中等透水層。Ⅰ段局部低洼存在設(shè)計渠水位略高于兩岸地面高程，且地下水埋藏淺，試通水末期測得堤外水位埋深一般在0.50～0.90m，比未通水時升高了約1.80m，高于本地區(qū)浸沒臨界地下水位埋深1.50m，不僅存在渠道滲漏浸沒問題，還可造成土壤次生鹽漬化。Ⅲ段K67～K69設(shè)計渠水位與兩岸地面持平，試通水末期測得堤外水位埋深在1.00～1.20 m，比未通水時升高了約1.60m，而且該段含水層多成孤立的近封閉狀態(tài)，地下水水質(zhì)較差，礦化度平均在2.30g/L，為咸水。因此該段產(chǎn)生浸沒后，土壤次生鹽漬化也比其它地段要嚴(yán)重。K80+800～K90+100段，也存在滲漏浸沒土壤次生鹽漬化問題。K90+150至渠末端，實測堤外地下水位埋深在7.10m，比未通水時升高了約1.30m，主要是存在滲漏問題。

2.3 斷裂與地震活動

對工程區(qū)潛在影響最大的斷裂為聊考斷裂，在東昌府區(qū)潘屯村輸水線路跨越該斷裂。該斷裂為迄今仍在活動的發(fā)震斷裂帶，自1502-1948年間Ms≥5.00級地震有6次，其中就包括1937年8月1日在菏澤發(fā)生的7級地震。按第四紀(jì)上新世以來的地質(zhì)位錯速率來講，屬我國東部中等稍強的一類活動斷裂。歷史上地震發(fā)生的地點一般在聊考斷裂帶與黃河交匯地帶，時間集中在黃河汛期或汛期后，可能與黃河水的作用有關(guān)。根據(jù)地震部門監(jiān)測，該斷裂帶近幾年比較活躍。因此輸水渠道通過聊考斷裂帶中部有引發(fā)地震的可能。

2.4 土層液化

本輸水渠道抗震設(shè)防烈度均為為Ⅶ度，按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2008)對相應(yīng)土層進(jìn)行了液化判別，結(jié)果表明，第①層、③層、⑤層砂壤土、③-1層、⑥層粉細(xì)砂均為可液化層。根據(jù)本區(qū)的工程地質(zhì)條件及建筑物類型，對建筑物地基采取了水泥土墻封堵液化土層的處理措施，施工工藝采用多頭小直徑水泥土樁搭接成墻工藝。施工表明，該處理方案經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠，達(dá)到了設(shè)計要求。

3 結(jié)語

南水北調(diào)東線一期主體工程已經(jīng)完工并順利進(jìn)行了2次試通水，但是有關(guān)工程的地質(zhì)問題尤其是通水后的地質(zhì)環(huán)境還應(yīng)跟蹤研究討論。第一，輸水渠道未襯砌段局部存在由于流砂引起的邊坡坍塌、淤積現(xiàn)象比較嚴(yán)重，建議對該地段采取混凝土襯砌、漿砌石擋土墻或其它有效措施，保證渠道邊坡及通水安全。第二，根據(jù)試通水后的地下水位調(diào)查，未襯砌段的局部低洼區(qū)、高水位咸水區(qū)域發(fā)生浸沒問題，勢必會引起土壤次生鹽漬化，建議采取針對性的截滲、降排水等工程措施。第三，工程區(qū)跨越迄今仍在活動的發(fā)震斷裂聊考斷裂帶，建議加強與沿線地震監(jiān)測部門聯(lián)系，實現(xiàn)信息共享，做好震前預(yù)防工作。第四，建立工程沿線地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，包括影響區(qū)域內(nèi)地下水位、土壤含鹽量、水土流失等監(jiān)測，對工程運行過程中的地質(zhì)環(huán)境影響與災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和評估。

P56

A

1673-8853（2014）01-0036-02

許慶濤(1978-)，男，工程師，主要從事水利工程施工及水工環(huán)工程地質(zhì)工作。

2013-12-23

李 迪）