柏葉口水庫龍門渠取水樞紐浸沒計算及分析

陳偉龍

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

柏葉口水庫龍門渠供水工程是為解決交城縣工業及城市生活用水短缺而擬建的引水工程。該工程從文峪河中游龍門口筑壩引水，采用隧洞結合輸水管線以自流的形式送水到交城縣，線路全長約32.5km。工程年供水量1919萬m3，設計引水流量1.0m3/s，供水保證率95%。

取水樞紐主要由漿砌石重力壩（溢流壩）、進水閘、沖沙閘、消力池及沉沙池等組成。溢流壩壩高6.0m，壩軸線長55m，河床高程約874m，壩基高程868.20m，壩頂高程874.20m。進水閘布置于左岸邊，長7.85m；沖砂閘布置于溢流壩與進水閘之間，長9.25m；溢流壩下游設消力池、海漫、防沖槽。溢流壩建成后，回水長度約430m。

2 工程地質條件

取水樞紐位于文峪河水庫庫尾上游約3km處，該段河流位于河谷左岸，河流由北西向南東方向流動。河谷平緩開闊，谷底寬280～320m，兩岸山體雄厚，呈“U”型谷。河床緊貼左岸山體，河床寬60m。河床與右岸山體之間為灘地及廠房。

地層巖性主要為第四系全新統洪沖積（Q4pal）混合土卵石或卵石混合土，厚度6～11m，漂卵礫石主要成份為變質巖和石英砂巖，呈次棱角狀～次圓狀，密實度中等，其下伏基巖及左岸岸坡為下太古界界河口群變質巖，強風化帶厚度2～4m。地下水類型主要為松散巖類孔隙水，下伏基巖中貯存變質巖類裂隙水。地下水位埋深0～7.8m，受河水及山區基巖裂隙水補給。

3 浸沒產生條件

3.1 地形

水庫蓄水位上下一定高程范圍內，地形坡度平緩，特別是有封閉或半封閉的洼地順河或圍堤的外側，地面高程低于河床的庫岸地段。

3.2 地質結構

庫岸為松散體結構，易透水，下部有相對不透水層，地表或地下水排泄不暢。

3.3 地下水位

蓄水前地下水位埋藏淺，蓄水后地下水位壅高。取水樞紐處地形及地質條件滿足上述浸沒產生的條件，水庫蓄水后，庫區周圍地下水位相應抬高，上升后的地下水可能接近或高出地面，導致地面鹽漬化、沼澤化及建筑物地基條件惡化。

4 浸沒計算

回水區內河流左岸絕大部分為基巖邊坡，不存在浸沒問題。在上游回水線附近，右岸河漫灘地勢較平緩開闊，為第四系松散堆積物，表層為耕植土，下部為卵石混合土層。現右岸多為農田，壩體右側下游存在宏海水泥責任有限公司料場，主要由圍墻及少量房屋組成。

本次浸沒勘察在回水區河漫灘與公路附近布置了3條浸沒預測剖面。

根據《水利水電工程地質勘察規范》，浸沒地下水埋深臨界值按式（1）計算：

式中：HCR——浸沒地下水臨界埋深，m；

HK——土壤毛細水最大上升高度，m；

ΔH——安全超高值，農業區（農作物根系深度）取0.5m，建筑物基礎埋置深度取1.5m。

據觀測，卵石混合土層毛細水最大上升高度0.5m，浸沒地下水臨界埋深農業區1.0m、建筑物2.0m。

根據庫尾地形地貌及地質條件，卵石混合土層下伏混合花崗巖視為相對隔水層，各剖面隔水層頂板厚度按覆蓋層厚度推測得到。選具有代表性的地質剖面進行估算，該剖面含水層均一，隔水層傾斜，地下水壅高值按式（2）和式（3）進行計算。

隔水層向河床傾斜時：

隔水層向岸內傾斜時：

式中：y1——地下水壅高后在開始斷面處的含水層厚度，m；

yn——地下水壅高后在設計斷面處的含水層厚度，m；

h1——蓄水前在開始斷面處的地下水含水層厚度，m；

hn——蓄水前在設計斷面處的地下水含水層厚度，m；

d——開始斷面與設計斷面隔水層高差，m。浸沒臨界高程及浸沒寬度按以下原則確定：

農業區：剖面中預測的地下水壅高水位加上浸沒地下水臨界埋深1.0m后與地形線交點處的地面高程即為農業區的浸沒臨界高程，該交點與浸沒起點處的距離即為浸沒寬度。

建筑物：剖面中預測的地下水壅高水位加上浸沒地下水臨界埋深2.0m后與地形線交點處的地面高程即為建筑物的浸沒臨界高程，該交點與浸沒起點處的距離即為浸沒寬度。

代表性地質剖面的參數選取及浸沒預測計算結果見表1。

表1 代表性地質剖面參數選取及浸沒預測計算成果

受地形、地質結構、地下水位等因素影響，庫尾浸沒區各處的浸沒臨界高程有一定的差異。通過計算并在各剖面中查得：建筑物區地下水浸沒臨界高程為875.7～877.8m、農田區為875.2～876.8m。當地面高程低于上述高程時，農田及建筑物會遭受浸沒影響。據此可見，宏海水泥有限公司料場部分房屋及圍墻可能遭受浸沒；S320省道少量路段可能受到庫水浸沒的影響，段長約40m；漫灘及農田浸沒范圍約為0.035km2。

5 結論與分析

第一，水位壅高至計算采用高程時，需要一個較長的過程，并非一蓄水就可達到，水庫蓄水后隨著水位的壅高，浸沒范圍會逐步擴大，上述所估浸沒范圍為水庫使用期限內可能的最大浸沒范圍。

第二，從工程區水文地質條件分析，區內覆蓋層孔隙水受河水及山區基巖裂隙水補給，使得在右岸形成了一個兩側高中間低的下凹形地下水面，地下水會通過凹槽帶向下游排泄。溢流壩蓄水后河水位抬高幅度很小，且覆蓋層滲透性強，排水條件良好，研究區內地下水位可能不會超過2m，而上述剖面計算時最大抬升幅度在3m左右，分析剖面計算的水位壅高值偏大。此外，由于右岸中部地下水低于兩側，存在地下水凹槽為地下水強排泄帶，分析蓄水后右岸浸沒影響范圍最多在地下水凹槽帶附近，難以影響到凹槽帶右側的農田及公路。

第三，據水文地質條件分析，建議浸沒范圍按地下水凹槽帶以左（東側）的計算可能浸沒范圍考慮。據此，蓄水區右岸部分農田可能遭受浸沒影響，范圍約0.021km2。區內宏海水泥責任有限公司料場圍墻院內可能受浸沒影響，右岸公路可不考慮浸沒影響。

第四，防洪堤內側（靠右岸側）設置排水措施，可減少對右岸的浸沒影響，但需采取措施防止防洪堤產生滲透破壞，同時蓄水后應加強水位觀測，發現問題及時處理。