桑干河古家坡生態(tài)蓄水工程地質(zhì)問(wèn)題分析

景林珍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

桑干河古家坡生態(tài)蓄水工程屬永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目中生態(tài)蓄水濕地之一，工程主要建設(shè)內(nèi)容包括開(kāi)放式蓄水閘1座，整體蓄水閘寬360 m，主河槽段蓄水閘寬60 m，閘門(mén)高3.0 m；生態(tài)護(hù)岸461 m；管理站1處，管理房建筑面積300 m2。項(xiàng)目實(shí)施后將形成凈化濕地水面133.8 hm2，蓄水量95.0×104m3。

2 蓄水區(qū)工程地質(zhì)條件

蓄水區(qū)地貌區(qū)劃屬晉東北斷陷盆地之大同盆地沖積平原區(qū)。蓄水區(qū)河流流向整體由N22°～27°E轉(zhuǎn)向S83°E，在閘址處河流轉(zhuǎn)向?yàn)镹73°E。桑干河具平原區(qū)河谷地貌特征，地勢(shì)開(kāi)闊，較平坦，河谷呈不對(duì)稱(chēng)淺“U”型，主河床寬 30～100 m，地面高程 969.0～972.0 m。河床左岸地面高程972.6～991.3 m，河床右岸地面高程970.0～980.0 m，現(xiàn)多為耕地及林地，部分為荒地。

蓄水區(qū)發(fā)育地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積物（Q4al）、上更新統(tǒng)洪沖積物（Q3pal）和下更新統(tǒng)湖積物（Q1l）。

1）全新統(tǒng)沖積物（Q4al），上部為淺黃、灰綠、銹黃色低液限粉（黏）土，局部夾淺黃色級(jí)配不良砂層，厚度0.8～5.5 m；下部為黃、淺灰、褐、褐黃色含細(xì)粒土砂、級(jí)配不良砂層，厚度2.1～4.8 m。主要分布于桑干河河床及兩岸。根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)，Q4al低液限粉（黏）土天然含水率為18.1%～24.1%，平均值21.1%；天然密度為 1.84～1.95g/cm3，平均值為 1.90g/cm3；干密度為 1.56～1.57 g/cm3，平均值為 1.57 g/cm3；孔隙比為 0.712～0.733，平均值為0.723；塑性指數(shù)9.4～10.4，平均值9.9；垂直滲透系數(shù)3.99×10-5cm/s，具弱透水性。

2）上更新統(tǒng)洪沖積物（Q3pal），巖性為淺黃、灰黃、銹黃色低液限粉土夾級(jí)配不良砂（礫）層透鏡體。厚度0～15 m。主要分布于桑干河左岸。

3）下更新統(tǒng)湖積物（Q1l），巖性為褐、褐灰、淺灰、灰藍(lán)色低（高）液限黏土，密實(shí)，飽和，可塑-軟塑。最大揭露厚度大于15 m。主要分布于河床及兩岸下部。

區(qū)內(nèi)地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水，含水層為全新統(tǒng)沖積低液限粉（黏）土、含細(xì)粒土砂，富水性主要受顆粒組成和地形地貌等因素制約，一般富水性較好。主要接受上游河水及大氣降水補(bǔ)給，向下游徑流、排泄。

桑干河為工程區(qū)地下水排泄的最低點(diǎn)，從區(qū)域上來(lái)看，兩岸地下水補(bǔ)給河水，由于多年降雨量減少，河道內(nèi)地表經(jīng)常干枯無(wú)水。但由于今年六月以來(lái)萬(wàn)家寨引黃工程向桑干河生態(tài)補(bǔ)水，河道內(nèi)有水，形成暫時(shí)性河水補(bǔ)給兩岸地下水，導(dǎo)致現(xiàn)狀河水高于部分兩岸地下水位的現(xiàn)象。

3 蓄水區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題

古家坡生態(tài)蓄水工程設(shè)計(jì)蓄水位970.5 m，蓄水面積 133.8×104m2，蓄水量 95.0×104m3。蓄水區(qū)回水長(zhǎng)度約2.8 km。蓄水區(qū)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題為蓄水區(qū)滲漏、岸坡穩(wěn)定、淹沒(méi)與浸沒(méi)及泥沙淤積。

3.1 蓄水區(qū)滲漏

桑干河為大同盆地的排泄區(qū)，主要接受桑干河河谷上游來(lái)水及大氣降雨補(bǔ)給，向下游排泄。

蓄水區(qū)兩岸上部地層為Q4al低液限粉（黏）土、含細(xì)粒土砂、級(jí)配不良砂，多具弱-中等透水性。下部為Q1l低（高）液限黏土，透水性差，多具弱-微透水性。桑干河是區(qū)內(nèi)地形最低點(diǎn)，地下水由兩岸補(bǔ)給河流，現(xiàn)狀兩岸地下水位水力坡度約4‰～5‰，正常蓄水后，地下水位再平衡，桑干河兩岸一定范圍內(nèi)地下水位會(huì)有一定壅高，蓄水區(qū)形成暫時(shí)性滲漏。建議采取相應(yīng)的防滲處理措施。

3.2 岸坡穩(wěn)定

在蓄水區(qū)回水范圍內(nèi)，兩岸均為土質(zhì)岸坡，岸坡均為漫灘，坡度較緩，自然邊坡2°～5°，正常蓄水位附近地面多平緩，蓄水區(qū)岸坡穩(wěn)定。左岸閘肩上游140 m范圍內(nèi)，岸坡較陡，自然邊坡 25°～40°，高差約 2.0 m，在蓄水和風(fēng)浪淘蝕作用下可能會(huì)產(chǎn)生局部坍塌現(xiàn)象。

3.3 淹沒(méi)與浸沒(méi)

蓄水區(qū)正常蓄水位970.5 m，回水長(zhǎng)度約2.8 km。蓄水區(qū)淹沒(méi)范圍內(nèi)主要為桑干河河谷及漫灘，河灘耕地將被淹沒(méi)，無(wú)村莊建筑分布。

由河谷兩岸具體地形及地層巖性分析得知，主要浸沒(méi)區(qū)為河谷兩岸的耕地及林地。河谷兩岸漫灘地面高程971.9～975.0 m，地層巖性為第四系全新統(tǒng)沖積低液限粉（黏）土及級(jí)配不良砂層，蓄水區(qū)正常蓄水后可能存在浸沒(méi)問(wèn)題；兩岸居民區(qū)位于980 m以上，蓄水區(qū)正常蓄水后無(wú)浸沒(méi)影響。

浸沒(méi)評(píng)價(jià)依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄D進(jìn)行。

地下水臨界埋深按照公式1計(jì)算：

式中：HCR——浸沒(méi)地下水臨界埋深，m；

HK——土壤毛細(xì)水最大上升高度，m；

ΔH——安全超高值，農(nóng)業(yè)區(qū)（農(nóng)作物根系深度）取0.5 m，居民區(qū)（建筑物基礎(chǔ)埋置深度）取1.5 m。

據(jù)實(shí)地觀測(cè)，低液限粉（黏）土毛細(xì)水最大上升高度1.2 m左右，則浸沒(méi)地下水臨界埋深：農(nóng)田為1.7m，房屋為2.7 m。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》中有關(guān)公式[1]進(jìn)行地下水壅高估算。下伏Q1l低液限黏土可視為相對(duì)隔水層，由于起始斷面與計(jì)算斷面間隔水層高差很小，故視為隔水層水平。

地下水壅高值按照公式2計(jì)算：

式中：h1、h2——蓄水前在起始斷面1及斷面2處的含水層厚度，m；

y1、y2——地下水壅高后在起始斷面1及斷面2處的含水層厚度，m。

根據(jù)回水區(qū)兩岸地形地貌和地質(zhì)特征，在回水區(qū)兩岸選取典型地段進(jìn)行了勘察工作，測(cè)繪代表性的工程地質(zhì)剖面6條，每條剖面上布置1個(gè)鉆孔及1個(gè)豎井。本文選用K1-K1′、K2-K2′典型剖面進(jìn)行浸沒(méi)臨界高程計(jì)算。

浸沒(méi)臨界高程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，浸沒(méi)剖面見(jiàn)圖1，浸沒(méi)范圍見(jiàn)圖2。

表1 浸沒(méi)區(qū)地質(zhì)參數(shù)選取及浸沒(méi)預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果表

圖1 浸沒(méi)剖面示意圖

圖2 浸沒(méi)范圍示意圖

受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水位等因素的影響，蓄水區(qū)尾部浸沒(méi)區(qū)各處的浸沒(méi)臨界高程有一定的差異。蓄水區(qū)左岸地面高程低于975.34 m時(shí)，農(nóng)田將遭受浸沒(méi)影響，地面高程低于976.34 m時(shí)，房屋將遭受浸沒(méi)影響；蓄水區(qū)右岸地面高程低于975.22m時(shí)，農(nóng)田將遭受浸沒(méi)影響，地面高程低于976.22 m時(shí)，房屋將遭受浸沒(méi)影響。按農(nóng)業(yè)區(qū)地下水浸沒(méi)臨界高程及閘址區(qū)1/1000地形圖圈定主要浸沒(méi)區(qū)的范圍，左岸浸沒(méi)區(qū)面積約2.8 km2，右岸浸沒(méi)區(qū)面積約1.5 km2。浸沒(méi)區(qū)內(nèi)有農(nóng)田及林地，沒(méi)有村莊建筑。浸沒(méi)主要表現(xiàn)形式為地面沼澤化、地表潮濕，局部地帶存在土壤次生鹽漬化。

建議加強(qiáng)對(duì)兩岸農(nóng)業(yè)區(qū)及居民區(qū)地下水位的監(jiān)測(cè)工作，必要時(shí)在防洪堤外側(cè)易造成浸沒(méi)區(qū)段開(kāi)挖平行于防洪堤的排水渠，降低水位，減小浸沒(méi)影響。

3.4 泥沙淤積

蓄水區(qū)上游及兩岸岸坡均為第四系松散層，水土流失嚴(yán)重，且閘址左岸上游1.6 km處發(fā)育大鹽坊溝，汛期洪水?dāng)y帶泥沙進(jìn)入蓄水區(qū)，蓄水區(qū)存在泥沙淤積問(wèn)題。蓄水區(qū)淤積主要物質(zhì)來(lái)源主要為兩岸入庫(kù)沙土及上游洪水?dāng)y帶泥沙。

4 結(jié)論

桑干河古家坡生態(tài)蓄水工程屬于省級(jí)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，桑干河為大同盆地的排泄區(qū)，主要接受桑干河河谷上游來(lái)水及大氣降雨補(bǔ)給，向下游排泄。蓄水區(qū)永久滲漏問(wèn)題不大，現(xiàn)主要存在浸沒(méi)及淤積問(wèn)題，極易造成浸沒(méi)區(qū)的農(nóng)田出現(xiàn)土壤鹽堿化現(xiàn)象。因此，工程實(shí)施時(shí)應(yīng)注意工程措施和生物措施相結(jié)合，調(diào)整理順紊亂的河道，固土保水、涵養(yǎng)水源，減輕當(dāng)?shù)氐乃g。