前坪水庫建設對地下水環境的影響

周亞群 皇甫澤華 李漢卿 丁小慧

一、工程概況

前坪水庫壩址位于河南省汝陽縣城以西9km 的北汝河上，水庫的主要任務是防洪、灌溉和供水，同時兼顧發電功能，設計總庫容5.9 億m3，為大（2）型水庫。工程由主壩、副壩、泄洪洞、溢洪道、取水構筑物、輸水洞、電站和尾水構筑物等組成，設計最大壩高90.7m，正常蓄水位403m，控制流域面積1325km2。前坪水庫工程建成后，可攔截北汝河上游山丘區洪水，將北汝河防洪標準提高至20年一遇。同時，將與昭平臺、白龜山、燕山水庫、孤石灘等水庫和泥河洼等滯洪區以及規劃興建的下湯水庫共同運用，使漯河下泄流量控制在3000m3/s 以下，從而使下游沙潁河的防洪標準提高到50年一遇。該水庫規劃灌區面積為50.8 萬畝，可為下游城鎮提供每年約6300 萬m3的生活及工業用水，水電裝機容量6000kW，年發電量約1881 萬kW·h。

二、地下水環境現狀

1.水文地質概況

前坪水庫所在區域地下水主要賦存于第四系松散孔隙卵石層，分布在河灘、河床及低級階地底部。含水層厚度約2～23m，滲透系數在A×10-1cm/s，接受上游河水及兩岸地下水的補給，向下游排泄，水量豐富。巖漿巖在區內廣泛分布，接受大氣降水的補給，又以泉水形式排泄，流量4～10L/min，徑流模數為1～3L/s.km2。

地下水的主要補給來源為大氣降水，丘陵低山區上部基巖裸露，裂隙發育，有利于降雨的入滲；Ⅱ級階地地表巖性以粘性土為主，滲透性較差，不利于降水的入滲；河漫灘、河床及Ⅰ級階地賦存第四系松散孔隙潛水，除有大氣降水的垂向補給外，還有來自山谷斜坡的潛流補給。地下水的總體流向是由水庫周圍的低山、丘陵，向河流方向流動補給河水，除垂向入滲補給外，汛期受河水補給以及上游地下水的側向補給，枯水期地下水補給河水。區域地下水受人類生活影響較大，在地層富水性較好地區，地下水的排泄方式主要是通過人工開采排泄；在貧水地區，地下水以蒸騰和蒸發排泄為主。

2.地下水環境質量現狀評價

2014年7月4日對工程所在區域的地下水水質進行了監測，共布置7個點位，分別為壩址西莊村（GW1）、竹園（GW2）、黃莊鄉（GW3）、渾椿河菅草坪1（GW4）、渾椿河菅草坪2（GW5）、南河南莊（GW6）和老王莊（GW7）。監測指標包括pH、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、揮發性酚類、鉻（六價）、鉛、鎘、鋅、總大腸菌群共11 項（見圖1）。

采用單因子指數法，對地下水的各項水質指標進行評價，工程區地下水主要為生活飲用水水源，執行《地下水質量標準》（GB14848-2017）Ⅲ類標準，評價結果見表1。

由表1可知，各項單因子標準指數值均小于1，滿足《地下水質量標準》Ⅲ類標準；此外，根據《2018年上半年汝陽縣城區集中式生活飲用水地下水水源水質狀況報告》，位于前坪水庫壩址下游的汝陽縣龍泉自來水公司飲用水源2 號、4 號、5 號地下水井監測的39 項因子均達到GB/T14848-2017中Ⅲ類標準，達標率100%，表明區域地下水水質較好。

三、地下水環境影響

1. 施工期影響

（1）導流隧洞

導流隧洞布置在前坪水庫大壩右岸山體內，洞身長度為340m。導流洞施工后期進行封堵，封堵閘門水位為368.51m。導流洞入口處圍堰擋水水位為345.14m，出口處圍堰擋水水位為342.04m。調查期間，前坪右壩肩處地下水位高程為346～349m，導流洞入口和出口處底板高程分別為343.0m 和342.0m，因此，導流洞開挖會揭穿地下水，施工過程中需進行排水，排水會導致導流洞周圍的松散孔隙水水位下降，從而形成一條水位下降帶，這個下降帶的最大降深在隧洞的開挖過程中是沿程變化的，地下水位降深為3～7m。

導流洞周邊孔隙水降落帶的影響半徑采用公式（1）進行計算：

式中：R——影響半徑，m；

S——水位降深，m；

H——潛水含水層厚度，m；

K——滲透系數，m/d。

圖1 區域地下水環境質量現狀監測點位示意圖

表1 地下水水質指標單項標準指數值表

S 取最大水位降深7m，H 取該段卵石層最大厚度14.5m，計算得出導流洞施工排水引起的地下水水位變化半徑為342.23m。

（2）泄洪洞、輸水洞

泄洪洞位于河道左岸、溢洪道左側，洞身大部分處于安山玢巖中，局部處于灰綠巖巖體中，巖土透水率0.41～1.73Lu。洞身段長度為458.5m，上游底高程為360.0m，出口底高程為355.0m。壩址區地下水水位遠低于泄洪洞洞底高程，因此不會引起地下水水位變化。

輸水洞位于大壩右岸，洞身段總長287m，大部分位于弱風化安山玢巖中，洞身進口部分位于強風化安山玢巖中。洞底高程為361.00m～349.02m。該段地下水主要為基巖風化裂隙水，地下水水位與洞底高程基本一致，基坑開挖引起的最大水位降深僅0.02m，產生的隧洞涌水量也極少。因此，輸水洞施工也不會對地下水環境造成太大影響。

（3）壩體和電站基坑開挖

大壩建基面開挖至密實砂卵石層，河槽段壩基砂礫(卵)石層挖除深度約4.9～10.4m，階地段壩基粉質壤土層挖除深度約7～20m。勘察期間，地下水平均埋深為0.6～2.8m。因此，河槽段開挖引起的最大水位降深經計算為9.8m，階地段開挖引起的最大水位降深為19.4m。壩址區第四系含水層最大厚度為28.1m，滲透系數取41.21m/d，計算出壩體基坑開挖引起的地下水水位變化范圍為617.68～1223m。

電站廠房建基面高程345.35m，設計將建基面下卵礫石挖除，采用C20 混凝土回填，基礎下卵礫石最大厚度為2.85m。根據勘察期間地下水位估算出電站基坑開挖引起的最大地下水水位降深為1.13m，則其影響半徑為37.27m。電站建基面以下卵石層開挖后采用混凝土回填，則可能影響局部地下水的補給與排泄，但回填厚度較小，不會影響總體地下水水位。

2.運行期影響

（1）截滲工程

主壩在粘心土墻軸線上游5m 處設混凝土防滲墻，全長665.0m。墻頂 高 程341.1～363.9m， 墻 底 高 程315.8～355.25m，墻深約11～29m。防滲墻插入防滲體內長度為6～8m。防滲墻會對壩址區地下水的補給、徑流與排泄產生一定影響，混凝土防滲墻完全穿透河底第四系松散卵礫石含水層并深入基巖超過1m，防滲墻以下緊接帷幕灌漿孔。因此，混凝土防滲墻切斷了局部含水層間的水力聯系，減少了地下水的側向補給，阻礙了地下水的水平流動，使防滲墻上游地下水位抬升。防滲墻實施后對周邊地下水的影響半徑采用公式（2）進行計算：

式中：W——降水補給強度，m/d；

t——時段，d；

μ——重力給水度，無量綱。

H 取壩址處最大含水層厚度28.1m；K 取混凝土防滲墻透系數約為1×10-8cm/s；降水強度采用淮河流域平原地區的經驗降水入滲補給系數和工程區域多年平均降水量（761.7mm/yr）計算得出，約為0.0002m/d。防滲墻引起地下水水位變化范圍僅3.82m，可以有效控制壩基砂卵石含水層滲漏問題。

根據區域地下水補排關系，庫區地下水補給方式主要為降雨入滲補給，總體看來，防滲墻的建設不會對沿河兩岸地下水徑流的補給、排泄造成大的影響。由于工程影響區域內農業灌排設施完善，其他排泄渠道暢通，對地下水排泄造成的影響也很小。

（2）水庫蓄水

由于水庫蓄水大幅度抬高地表水水位，按正常蓄水位壩址處地表水位較現狀可抬升60～70m 左右，因此將對淹沒區的地下水補排過程產生較大影響，總體上看，將擴大地表水補給地下水的時間和范圍，特別是在411m高程以下基本上長期呈地表水補給地下水狀態。對于壩址下游，由于水庫蓄水將降低下游水位，但洪水期河水位仍然較高，對補排關系影響不大；平水期則由于水位降低，增加了地下水補給河水的可能性和補給時長；枯水期由于基流保障了河道有一定的水量，基本上不改變地下水補給河水的趨勢。由于水庫水質將滿足城市供水水質要求，水質優良，引水灌溉不會對灌區地下水造成不利影響。

四、結論

前坪水庫庫區地下水主要賦存于第四系松散卵礫石含水層，勘察期間地下水平均埋深0.6～2.8m，地下水接受大氣降水、上游滲流、河水及側向基巖裂隙水補給。區域地下水仍然是主要的供水水源，但是隨著城市化進程的加快，城區用水量不斷增加，水資源供給不足，前坪水庫建成后可緩解當地地下水供水壓力。

工程施工期對地下水環境影響主要是導流隧洞、輸水洞建設以及壩體基坑開挖時的施工降排水引起的地下水水位變化。經計算，施工期地下水水位的最大影響半徑為1.22km，該范圍內無分散式地下水開采用戶。因此，工程施工對地下水的影響只發生在小尺度的局部地帶，且持續時間較短，施工期結束后即可恢復，對該區域地下水的補給、徑流和排泄沒有影響，也不會影響該地區的集中供水。

主壩壩基設置的混凝土防滲墻切斷了局部含水層間的水力聯系，減少了地下水的側向補給，阻礙了地下水的水平方向流動，但庫區地下水補給方式主要為降雨入滲垂向補給，總體上防滲墻的建設不會對沿河兩岸地下水徑流的補給、排泄造成大的影響。水庫運行后地下水的總體流向仍然是由水庫周圍的低山、丘陵，向河道方向流動補給河水，水庫建設對地下水水質無不利影響■