潮州供水樞紐庫區(qū)浸沒處理方案效果分析

崔恒富

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，廣州 510635)

1 工程概況

1.1 樞紐布置及浸沒區(qū)概況

潮州供水樞紐工程距潮州市中心約4km，位于潮州市南邊的江東洲北端的東溪和西溪進(jìn)口處。該樞紐是實施韓江下游三角洲地區(qū)水資源統(tǒng)一調(diào)配、解決粵東地區(qū)人民生活用水和工農(nóng)業(yè)用水的重點工程項目。工程開發(fā)任務(wù)以滿足城鄉(xiāng)生活用水及灌溉為主，兼顧發(fā)電、通航及改善生態(tài)環(huán)境等綜合利用。

由于本工程坐落在潮州市城區(qū)附近，根據(jù)地形圖顯示，樞紐庫區(qū)兩岸部分區(qū)域地面高程(11.5m-6.5m，)低于樞紐正常蓄水位(10.50m)，可能會導(dǎo)致浸沒影響，主要范圍是：①意東堤約5km堤后范圍；②東廂堤約3km堤后范圍；③南、北堤及城區(qū)范圍；④仙洲島(浸沒區(qū)分布詳見圖1)[1]。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

1.2.1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)勘探及前期資料，場區(qū)地層主要為第四系沖積層，其厚度變化較大，最大厚度超過100m，從北向南逐漸變厚，沉積物主要為砂、黏性土、淤泥等，屬多元沉積結(jié)構(gòu)，第四系地層在揭露深度范圍內(nèi)按形成時代的先后、沉積韻律及組成成分的差異，從上往下可劃分為：sQ為人工填筑層；①、②層為alQ43河流相沖積層；③層m+alQ42海陸交互相沉積層，主要為灰黑色淤泥或淤泥質(zhì)土夾淤質(zhì)粉細(xì)砂，呈相互交錯沉積，或透鏡狀。④層alQ41河流相沖積層，可細(xì)分為三個亞層：④-1層為黏性土層；④-2層為中細(xì)砂層，含粉砂及泥質(zhì)，稍密-中密狀；④-3層為砂卵礫石層及含礫粗砂層。⑤層alQ33河流相沖積層；下覆基巖為侏羅系及白堊系地層。

圖1 浸沒區(qū)分布圖

根據(jù)潮州市歷史記載，在潮州城區(qū)及東廂堤的窯美村均有過潰堤，在潰口段水流將alQ43地層沖蝕而出現(xiàn)缺失，一直下切到m+alQ42地層，之后沉積了8-12m現(xiàn)代河流相中粗砂-粉細(xì)砂層，該砂層與韓江河床砂層相連通，水力聯(lián)系密切。

在涸溪到周厝、埔上村一帶為早期沖蝕形成的古河床，從上至下堆積一層較厚黏性土，直接覆蓋砂卵礫石層上。根據(jù)前期地質(zhì)勘探結(jié)果，該地層厚度平均約55m，底部高程約-66--86m，地下水連通性較好。

1.2.2 水文地質(zhì)條件

1) 地表水系及流向

韓江左岸意溪鎮(zhèn)片區(qū)及東廂堤片區(qū)地表水主要匯入意溪河，最終進(jìn)入北溪從饒平注入南海；右岸地表水主要是通過三利溪流入楓江再匯入榕江從汕頭注入南海。

2)地下水及流向

根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果顯示，兩岸沖積平原在黏性土蓋層較厚的地方均存在兩個地下水位：①上部為潛水，賦存于上部砂層及黏性土層中；②下部為微承壓水，主要賦存于下部砂卵礫石層中。在城堤后的決口區(qū)內(nèi)及兩岸一些古河道則只存在潛水。

根據(jù)兩岸平原第四系地層結(jié)構(gòu)特征，上部與河床砂層相連通的砂層的滲漏是堤內(nèi)產(chǎn)生浸沒的主要透水通道，下部不是堤內(nèi)產(chǎn)生浸沒的主要透水通道。

1.3 水庫下閘蓄水情況

潮州供水樞紐于2005年9月30日正式下閘蓄水，初期蓄水高程為8.0m(珠基)，以滿足船閘通航水位要求，穩(wěn)定6個月后，每半年提升0.5m，在蓄水穩(wěn)定期主要是觀測庫區(qū)兩岸浸沒情況及樞紐各項監(jiān)測指標(biāo)是否正常，如發(fā)現(xiàn)異常情況，可暫緩提升水位或降低水位運行，確定沒有異常情況后再繼續(xù)蓄水，直至庫水位到樞紐正常蓄水位10.5m。

2 庫區(qū)浸沒計算分析及浸沒控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 地下水壅高計算

地下水壅高是指庫水位為8-10.5m條件下，堤后的地下水壅高，包括有無防滲措施的情況。該工程與華南理工大學(xué)合作，采用兩種滲流計算方法進(jìn)行相互驗證。

方法1：使用三維滲流分析系統(tǒng)3D-Flow進(jìn)行計算；

方法2：使用華南理工大學(xué)曹洪博士開發(fā)的多層透水地基滲流計算程序進(jìn)行計算。

經(jīng)兩種計算方法算出地下水壅高值，結(jié)合潮州樞紐下閘蓄水后工程影響區(qū)域范圍內(nèi)地下水位變化情況，在長期處于高水位且無任何工程處理措施的情況下，潮州市城區(qū)部分區(qū)域處于浸沒狀態(tài)。根據(jù)庫區(qū)地層分布情況，預(yù)測堤內(nèi)表層有較厚砂層與河床砂層相連通的部位發(fā)生浸沒的可能性。

根據(jù)潮州供水樞紐庫區(qū)影響范圍，按浸沒影響程度的輕重將浸沒區(qū)劃分為輕微(Ⅰ類)、中等(Ⅱ類)、嚴(yán)重(Ⅲ類)三個等級，具體分布情況如下：

①嚴(yán)重浸沒影響區(qū)(Ⅲ類)：主要分布在城堤、東廂堤潰決沖積區(qū)內(nèi)地勢較低的地方，以及左岸湘子橋至韓江大橋臨江附近。

②中等浸沒影響區(qū)(Ⅱ類)：主要分布在各防護(hù)堤堤內(nèi)約100-200m附近及潮州市城堤潰決沖積范圍外的老城區(qū)等地方。

③輕微浸沒影響區(qū)(Ⅰ類)：主要分布在意東堤、北堤堤后及其他各防護(hù)堤堤內(nèi)較遠(yuǎn)的地方。

2.2 浸沒控制標(biāo)準(zhǔn)

浸沒控制標(biāo)準(zhǔn)按不同類型場地分別擬定?！豆喔扰c排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB50288-98)給出了水稻田設(shè)計排漬深度的建議值為0.4-0.6m，該工程浸沒標(biāo)準(zhǔn)按0.5m控制。其他浸沒控制標(biāo)準(zhǔn)建議值見表1。

表1 不同類型場地的浸沒標(biāo)準(zhǔn)

3 工程處理措施

根據(jù)浸沒計算分析及浸沒影響的程度，對不同區(qū)域采取不同的處理措施，主要方案如下：

1)意東堤

意東堤為輕微浸沒影響區(qū)，影響范圍主要在堤后200m范圍內(nèi)，工程建設(shè)期未采取工程措施，近期根據(jù)廣東省政府要求，為確保韓江干流范圍內(nèi)堤防安全，進(jìn)一步消除工程隱患，決定對意東堤采取防滲加固措施。

2)東廂堤

東廂堤為嚴(yán)重浸沒影響區(qū)，影響范圍主要在堤后100-200m范圍內(nèi)，主要設(shè)計方案為“前堵后排”，具體工程措施是在堤頂設(shè)多頭深攪薄壁防滲墻，上游從北溪右岸的鳳凰塔作為起點，下游至樞紐土壩連接段作為終點，與潮州樞紐的防滲墻連接成一個整體，防滲墻底部高程控制在第一層相對不透水層2m，在沒有相對隔水層的堤后合理范圍內(nèi)設(shè)無砂混凝土排水管+排水減壓井，形成排水漏斗，降低區(qū)域內(nèi)的地下水，最終將地下水排往北溪。對局部低洼地區(qū)，采用墊高壓滲等措施進(jìn)行處理。

3)北堤、城堤和南堤

北堤堤后為輕微浸沒影響區(qū)，在樞紐工程建設(shè)期未采取工程措施，后期潮州市通過一江兩岸綜合整治措施，對堤后低洼地采取局部回填和設(shè)置排水導(dǎo)尿管措施進(jìn)行了處理。

城堤-南堤-上埔堤-壩址為嚴(yán)重浸沒影響區(qū)，主要設(shè)計方案為“前堵后排”，具體工程措施為：全段堤頂采取高壓擺噴防滲墻進(jìn)行截滲處理，防滲墻底部高程控制在第一層相對不透水層2m，在無相對隔水層的城堤潰口段防滲墻最深為28m，為懸掛式防滲墻，同時在堤后合適的位置設(shè)減壓井及排水溝，減壓井平均間距約25m，井深深入第一層強透水層，井口高程8.0m，減壓井之間通過直徑為1.6m-2.0m的管道進(jìn)行連接，滲水通過管道最終匯集到古樹廟泵站，再通過泵站抽排到韓江。

4)仙洲島地面高程一般在10.9m以上，樞紐建成后水庫的正常蓄水位與島內(nèi)的地面高程接近，可能會造成島內(nèi)局部浸沒，為避免因地下水位的抬高發(fā)生浸沒現(xiàn)象以至影響島內(nèi)的生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，須采取經(jīng)濟合理且可靠的工程措施對整個島進(jìn)行保護(hù)。通過滲流計算，每天滲水量約為500m3。保護(hù)措施為在環(huán)島的堤腳后20m處，地下1.5m埋設(shè)Φ500無砂混凝土排水管排走滲水以此控制島內(nèi)地下水位的抬高，并在島上地面高程較低的東南角設(shè)置一座裝機容量為20kW的電排站抽排匯集的滲水[2]。

4 浸沒觀測及評價

4.1 浸沒觀測布置范圍及布置原則

為了全面了解浸沒區(qū)在工程下閘蓄水前后地下水位變化情況，在庫區(qū)兩岸各浸沒區(qū)總共布置了55個監(jiān)測點，布置范圍包括左岸意東堤后區(qū)，東廂堤后區(qū)；右岸北堤南端、城堤、南堤堤后的潮州市城區(qū)的大部分，北至中山路，南至蔡隴路，西至潮州火車站，總面積約30km2。重點監(jiān)控區(qū)一般按網(wǎng)格狀布孔，非重點監(jiān)控區(qū)一般按地下水流方向線狀布孔。

按計劃北堤區(qū)在南端按地下水流方向布置一個觀測剖面共2孔，潮州市城區(qū)基本按網(wǎng)格狀布置，共有觀測孔40個(其中下層地下水(承壓水)觀測孔3個，土層滲壓計3個)；意東堤區(qū)分別在北區(qū)、南區(qū)按地下水流方向各布置一個觀測剖面共4孔，東廂堤區(qū)按網(wǎng)格狀共布置9孔。觀測孔布置見圖2。

圖2 觀測孔布置圖

4.2 觀測成果初步分析及浸沒評價

潮州樞紐浸沒區(qū)地下水位長期觀測網(wǎng)于2005年8月28日全部安裝完成，觀測時間從2005年8月30日至2020年6月30日止，現(xiàn)已歷時近15年。前期觀測頻率一般是5天一次，并根據(jù)庫水位的調(diào)度情況作適當(dāng)?shù)募用苡^測，兩年后維持每月觀測一次。

觀測區(qū)域分為左岸的意溪北區(qū)、意溪南區(qū)、窯美區(qū)；右岸的北關(guān)區(qū)、中心城區(qū)和池湖區(qū)等6個區(qū)段，各區(qū)現(xiàn)有觀測成果分述如下：

1)意溪北區(qū)以及南區(qū)的地下水位高程一般較高，在庫水位高程小于10m以下時，大部分地下水位高于庫水位，地下水補給庫水。當(dāng)庫水位高于10m時，在意溪南區(qū)靠近堤圍附近地段，下層承壓水位明顯上升，但由于上部有黏土層阻隔，地表未見地下水滲出，表明上部黏土隔滲效果良好，需注意保護(hù)。

2)東廂堤窯美區(qū)地勢較低，而且上部表層分布有一層厚3m-12m的中粗砂層與河床砂層連通，在堤基截滲前，該處漁塘水位與外江水位聯(lián)系密切，但堤基進(jìn)行截滲處理后，據(jù)JK53、JK51、JK54、JK55等孔的觀測資料，地下水位相對穩(wěn)定，地表也未發(fā)現(xiàn)有地下水滲出，表明該段堤基防滲效果良好，同時該部位地下水向下游消散作用明顯。但在東廂堤靠上游段樁號0+400-0+650附近，在蓄水初期，由于配套工程的攀月頭取水口未建，該段堤基未作防滲處理，庫水位超過7m時在堤內(nèi)坡腳見有輕微的地下水滲出現(xiàn)象，靠近堤圍50m的農(nóng)田也見有微弱的地下水滲出，地表較濕，見有局部積水現(xiàn)象。其后該段補做堤基截滲并結(jié)合排水減壓井盲溝工作，堤內(nèi)坡腳未見滲漏，原來滲水的農(nóng)田也有了改善。表明堤基截滲處理和排水減壓有一定效果，但仍需加強觀測工作。

3)北關(guān)區(qū)的承壓水與庫水位高程較為接近，表明下部層與外江庫水連通性較好，但上層潛水未見明顯上升，地表未見地下水涌出現(xiàn)象，周邊環(huán)境也未見產(chǎn)生潮濕現(xiàn)象，表明承壓水與潛水連通性較差，上部黏土蓋層具有良好的隔滲作用，要注意保護(hù)。

4)在中心城區(qū)環(huán)城西路一帶是古潰決區(qū)邊緣，而且地勢較低，在庫水位高程>9m，古樹廟抽水泵沒有工作時，部分觀測孔管口有承壓水溢出現(xiàn)象，但附近水井的潛水水位仍處于地面以下0.5m-0.7m，周邊未見有地下水滲出現(xiàn)象，表明下部深厚砂層與外江連通性好，承壓水向西南方向消散緩慢，上部薄層黏土及人工雜填土層隔水效果良好，需注意保護(hù)。

另外在靠近南堤的JK28孔，該孔地下水位與外江庫水位聯(lián)系密切，由于該處地勢較低，在庫水位>9m時，該孔管口也有輕微溢水現(xiàn)象，但周邊未見地下水滲出，表明上部黏土及人工雜填土層具有良好隔水作用。

城區(qū)其它部位觀測孔水位相對穩(wěn)定，水位高程也較地面低，未見有孔口溢水現(xiàn)象。

目前庫區(qū)防護(hù)排水減壓井項目已完成，但由于一些其它原因暫未投入使用，據(jù)觀察當(dāng)庫水位>9m時，南春路62號、63號減壓井有較大的地下水涌出，當(dāng)抽水泵站運行時，周邊地下水位下降趨勢明顯。

5)池湖區(qū)地勢處于較低洼地帶，但由于其向西南方向傾斜，使得地下水向西南方向的楓溪河有良好消散作用，加上該區(qū)地層上部普遍分布有較厚的黏土層阻隔，因此該區(qū)大多數(shù)觀測孔地下水位較低，未見有地下水溢出孔口現(xiàn)象。

6)2020年7月8日，廣東省韓江流域管理局致函廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院《關(guān)于委托開展省潮州供水樞紐工程庫區(qū)浸沒影響區(qū)地下水位階段性分析的函》，該院根據(jù)2005年9月至2020年6月的監(jiān)測資料進(jìn)行了全面分析，認(rèn)為各測點監(jiān)測數(shù)據(jù)已處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時結(jié)合潮州市在北堤、意東堤和東廂堤堤后路的改造，以及韓東新城的建設(shè)，庫區(qū)浸沒的條件已大為改善，認(rèn)為潮州供水樞紐庫區(qū)浸沒的有關(guān)監(jiān)測工作可以結(jié)束。

5 結(jié) 論

潮州供水樞紐工程建成投入使用后，隨著庫水位的上升，兩岸浸沒區(qū)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反映的地下水情況總體趨于穩(wěn)定，絕大部分浸沒區(qū)已沒什么影響，說明工程所采用的措施是合理的，達(dá)到了預(yù)期的效果。雖然由于東廂堤后窯美村因灌溉渠及魚塘持續(xù)保持高水位，局部農(nóng)田地下水位較高，前期也有村民反映個別房屋有返潮現(xiàn)象，但2017年隨著寶塔路(東廂堤堤后防汛路)的擴建，將路基填高加寬后，堤后浸沒情況也有所好轉(zhuǎn)，少部分農(nóng)田改種需水型作物(蓮藕)或養(yǎng)殖牛蛙，已基本消除浸沒影響，窯美村也隨著潮州市韓東新城的建設(shè)，魚塘已填筑起來，現(xiàn)在正在建設(shè)萬達(dá)廣場，低洼區(qū)的填土能起到壓滲作用，說明浸沒區(qū)正在向好的趨勢發(fā)展。

潮州供水樞紐工程是較早時期在沿海地區(qū)三角洲平原建成的大型閘壩工程，庫區(qū)地質(zhì)條件及周邊環(huán)境復(fù)雜，浸沒影響的范圍廣，工程處理難度大，本工程對庫區(qū)浸沒的分析及處理措施、以及浸沒區(qū)長期監(jiān)測的成果與分析對其他類似工程都有一定的借鑒作用。