柏葉口水庫大壩下游浸沒影響評價(jià)

李 亮

（山西省柏葉口水庫建設(shè)管理局 山西太原 030002）

1 項(xiàng)目背景

柏葉口水庫大壩位于交城縣會立鄉(xiāng)柏葉口村上游，柏葉口村位于大壩下游左岸，緊鄰溢洪道出口。大壩為混凝土面板堆石壩，于2012年12月建成，2013年9月30日開始蓄水運(yùn)行。水庫蓄水至1 080 m時(shí)，導(dǎo)流洞封堵段下游部分洞段開始產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，大壩下游河道350 m處也發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象。經(jīng)過5個(gè)月時(shí)間的觀測，下游河道滲水穩(wěn)定無增大現(xiàn)象，經(jīng)調(diào)查屬于山谷泉水，導(dǎo)流洞滲水有增大趨勢。當(dāng)?shù)卮迕褚卜从?，村?nèi)水井水位上升、房屋有潮濕現(xiàn)象，村東南部耕地地面潮濕。為此，管理單位組織技術(shù)人員通過地質(zhì)鉆孔，觀測地下水位變化趨勢，分析庫水位與大壩下游浸沒影響關(guān)聯(lián)。

2 研究區(qū)滲漏及原因分析

大壩位于“S”型河道的第一個(gè)彎道段上游處，上游河道順直、下游河道彎度較大，導(dǎo)流洞、泄洪發(fā)電洞出口位于流向N5°E段，基巖巖性以混合花崗巖、變粒巖為主，穿插條帶狀混合巖、片巖、大理巖及輝綠巖巖脈。本段河谷左岸為單薄山梁凸岸地形，有利于水位滲漏產(chǎn)生繞壩滲漏，從滲漏角度考慮，左岸滲徑較短，滲漏影響帶較寬，巖體中節(jié)理裂隙和侵入巖的走向及發(fā)育程度為左岸繞壩滲流的產(chǎn)生提供了便利條件。建壩時(shí)左壩肩布置了長約75 m的防滲帷幕，本次在左壩肩壩軸線下游70 m處布置了ZK14－1鉆孔（見圖1），觀測期內(nèi)ZK14－1孔內(nèi)水位高程在1 063 m左右，低于庫水位50 m，與庫水位的變化聯(lián)系不明顯，說明建壩期間的防滲帷幕起到了防滲作用。

圖1 柏葉口村及勘探點(diǎn)布置示意圖

導(dǎo)流洞位于大壩左岸，布置在大壩與泄洪發(fā)電洞之間，與泄洪發(fā)電洞平行，圍巖主要為混合花崗巖、變粒巖，類別以II、III為主，隧洞施工過程中洞內(nèi)基本無水，僅在節(jié)理裂隙較發(fā)育段有滴水或少量滲水。水庫建成后用混凝土進(jìn)行了封堵，庫水位蓄至1 080 m時(shí)，導(dǎo)流洞內(nèi)開始出現(xiàn)滲水；2013年12月24日，庫水位蓄至1 109.7 m時(shí)，導(dǎo)流洞出口三角量水堰水位逐漸上升至11 cm左右（流量20.16 m3/h）；2014年6月16日，庫水位蓄至1 113.3 m時(shí)，流量保持在20 m3/h左右，流量沒有增大趨勢。洞內(nèi)兩處（封堵段之后20 m范圍內(nèi)、封堵段下游150 m處20 m范圍內(nèi)，樁號0＋320～0＋340）有明顯滲水、線狀涌水，洞側(cè)壁、底板有小股狀冒水，滲水具有承壓性；其余洞段無明顯滲水。通過洞內(nèi)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，推測節(jié)理裂隙密集帶大致交于樁號0＋320～0＋340段。

通過觀測分析，隨著庫水位的不斷升高，壩前庫岸地下水位也相應(yīng)抬高，從而改變了原始的水文地質(zhì)環(huán)境。左岸近壩段已做防滲帷幕，但帷幕長度較短，仍存在一定程度的繞壩滲漏現(xiàn)象。在上下游水頭差的作用下，庫水通過左岸巖體中的裂隙向下游入滲，導(dǎo)流洞內(nèi)出現(xiàn)滲水、線狀涌水，同時(shí)使壩下游地下水位升高。

3 壩下游浸沒預(yù)測評價(jià)

3.1 庫水位與左岸地下水位聯(lián)測及預(yù)測

為了查明大壩下游地下水位與庫水位的關(guān)聯(lián)，在左壩肩布置了ZK14－1鉆孔，在下游村內(nèi)布置了ZK14－2～ZK14－5鉆孔，同時(shí)結(jié)合村內(nèi)2個(gè)水井，2013年12月至2014年5月期間進(jìn)行了壩下游地下水位與庫水的長期聯(lián)測。勘探點(diǎn)布置見圖1、水位觀測情況見表1。

通過水位觀測可知，隨著水庫蓄水逐漸抬高，左岸地下水位也相應(yīng)抬升，改變了原始的水文地質(zhì)環(huán)境。雖然左岸近壩段做了防滲帷幕，但帷幕長度較短，仍存在一定程度的繞壩滲漏現(xiàn)象，造成左岸壩下游地下水位的升高。從導(dǎo)流洞內(nèi)的滲水、線狀涌水情況分析，左岸繞壩滲漏帶影響寬度較大，柏葉口村多位于左岸繞壩滲漏帶下游，也將產(chǎn)生地下水位升高現(xiàn)象。觀測期內(nèi)庫水位與壩下游左岸柏葉口村鉆孔和水井內(nèi)地下水位變化曲線見圖2、圖3。

從觀測結(jié)果看，鉆孔和水井內(nèi)地下水位與庫水位變化聯(lián)系緊密，庫水位上升，村內(nèi)地下水位隨著上升，庫水位下降，村內(nèi)地下水位也明顯下降。2013年12月24日至2014年3月26日，庫水位由1 109.7 m升至1 114.0 m，村內(nèi)地下水位抬升了0.45～0.67 m，相應(yīng)庫水位每上升1 m村內(nèi)地下水位抬升0.1～0.16 m。以此類推，當(dāng)庫水位達(dá)到正常蓄水位1 133.0 m時(shí)，村內(nèi)地下水位將抬升1.9～3.04 m，取平均值為2.7 m。

表1 大壩左岸下游地下水位與庫水位觀測統(tǒng)計(jì)表

圖2 庫水位變化曲線

3.2 浸沒預(yù)測評價(jià)

柏葉口村房屋多位于I級堆積階地的中后緣，耕地位于中前緣。根據(jù)原有鉆探資料可知，房屋持力層主要為階地上部的土層，厚度一般為3 m左右，局部達(dá)到5 m；耕地上部土層一般厚度為0.5～2.0 m。

柏葉口村房屋區(qū)在左岸I級堆積階地中后緣呈順河方向長方形分布，總體地形由上游向下游、由左岸向河谷逐漸降低。從地下水位觀測資料看，地下水位變化趨勢也是總體由上游向下游、由左岸向河谷逐漸降低。依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487－2008）取值計(jì)算，大壩下游居民區(qū)浸沒地下水位埋深臨界值為2.9 m左右，農(nóng)田區(qū)為2.0 m左右。村內(nèi)鉆孔和水井預(yù)測地下水位埋深值見表2。

由表2可預(yù)測在水庫正常蓄水位運(yùn)行狀態(tài)下，村內(nèi)居民區(qū)地下水位埋深為0.76～3.61 m；ZK14－3、2號鉆孔和S－1、S－2號水井處（村內(nèi)中部及東部）地下水位埋深為0.76～2.81 m，小于臨界值2.9 m，為浸沒區(qū)；ZK14－4號鉆孔處（村莊西部、北部）地下水位埋深為3.5～3.61 m，大于臨界值0.6～0.7 m，為不浸沒區(qū)。村內(nèi)地形起伏不平，房屋地基基礎(chǔ)高低不一，村莊西部及北部低洼地帶的房屋也將受浸沒影響。故預(yù)測水庫在正常蓄水位運(yùn)行狀態(tài)下，村莊約2/3以上房屋將受浸沒影響。

村口主要農(nóng)田位于村莊南部，緊鄰房屋區(qū)。呈階狀地塊，地形西高東低、北高南低。根據(jù)村內(nèi)鉆孔和水井地下水位觀測資料，預(yù)測水庫正常蓄水位運(yùn)行狀態(tài)下農(nóng)田區(qū)地下水位埋深一般在0.7～2.2 m，除西部少部分耕地外，東部和東南部耕地為浸沒影響區(qū)。

綜上可知，預(yù)測水庫在正常蓄水位運(yùn)行狀態(tài)下，柏葉口村約2/3的房屋區(qū)和農(nóng)田區(qū)會遭受浸沒影響，在房屋區(qū)西北部和農(nóng)田區(qū)西部地形較高的地帶不受影響。預(yù)測評價(jià)未考慮水庫洪水運(yùn)行狀態(tài)，以及河水位較高情況下的浸沒影響，若在庫水位及河水位較高情況下且持續(xù)時(shí)間較長，浸沒影響范圍將會增大。

圖3 鉆孔、水井地下水位變化曲線

4 浸沒影響處理建議

當(dāng)庫水位達(dá)到正常蓄水位時(shí)，大壩左岸上、下游水位差在70 m左右。通過預(yù)測分析，大壩下游左岸柏葉口村地下水位，將隨著庫水位的升高而抬升。地下水位抬升的原因，主要為在上、下游水頭差的作用下，庫水通過左岸巖體裂隙繞壩滲漏補(bǔ)給階地處的松散巖類孔隙水，造成左岸和階地處地下水位雍高上升。

綜上分析，可采取工程措施阻止或減少水庫左岸繞壩滲漏，降低地下水位消除浸沒影響。主要措施有：

表2 鉆孔和水井地下水位觀測及預(yù)測情況表

一是截?cái)啻髩蜗掠巫蟀峨A地地下水與庫水的水力聯(lián)系，將左岸防滲帷幕灌漿延長至導(dǎo)流洞，封堵近壩段繞滲通道。

二是在柏葉口村上游與防滲帷幕下游的左岸打一條排水洞，將繞壩滲水引入導(dǎo)流洞內(nèi)排出，減低該處的地下水位。但弱微風(fēng)化巖體透水性較弱，結(jié)合導(dǎo)流洞滲水情況分析，僅在洞內(nèi)圍巖破碎及節(jié)理裂隙較發(fā)育段出現(xiàn)滲水或現(xiàn)狀涌水。采取排水洞措施存在洞內(nèi)無水的風(fēng)險(xiǎn)，排水洞應(yīng)布置在節(jié)理裂隙較發(fā)育完整性差的巖體內(nèi)。

三是在村內(nèi)采取滲渠、滲管排水降水，在耕地區(qū)設(shè)置縱橫排水渠，將滲水排至下游河道，降低地下水位。由于村莊街道不規(guī)整且較狹窄，不利于滲渠、滲管布置，施工難度較大，且后期運(yùn)行維護(hù)麻煩。

綜合分析，推薦采取延長防滲帷幕，或再增設(shè)排水洞相結(jié)合的措施方案。

5 結(jié)語

水庫蓄水后，大壩下游產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，通過地質(zhì)鉆孔觀測地下水位情況，根據(jù)資料分析了下游地下水位與水庫水位的變化關(guān)系，推測水庫蓄水后可能對下游村莊及耕地產(chǎn)生浸沒影響，并提出了浸沒影響處理措施，為大壩下游浸沒防治工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。