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水庫建設對地下水水位的影響分析
來源:   發布時間:2017-11-29   瀏覽量:879  
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水庫建設對地下水水位的影響分析
王全軍
(江西省廣豐區水利局,江西 上饒 334600)

摘要:降雨量、蒸發量和氣候溫度都會對地下水位產生很大的影響,而水庫建設對于地下水位的影響也不容忽視。以南水北調續建配套工程辛集洼水庫為例,結合區域地下會水位和水文地質情況,構建水庫水滲漏對地下水水位影響預測模型,通過正常狀態下和水庫防滲漏措施失效狀況下的水滲漏情況對比,最終得出:防滲漏措施失效狀況下,水庫建設工程會極大的影響地下水水位,尤其是在水庫蓄水一年以上,不僅會提升地下水水位,還會造成土壤次生鹽漬化,所以必須加強對水庫周邊地下水水位的觀測,同時采取必要的工程措施來降低水庫工程對地下水水位的影響。

關鍵詞:水庫建設;地下水位;影響

中圖分類號: P641;TV697.2         文獻標識碼:B
    影響一個地區地下水位變動的因素有很多,例如降雨量、蒸發量以及溫度等,降雨量越大,滲入到地下的水就會增多,降雨量較多的地方通常地下水都非常豐富;對于干旱地區來說,淺層的地下水會因為地表土壤水分的蒸發而損失,而地下水位越深,這種影響就會越小;在高寒和高緯度區域,如果氣溫長時間的處于零度以下,那么表層的地下水就會凝固成冰,以上這些都是自然因素對地下水位的影響,人為因素的影響最具代表性的是水庫建設,以平原地區為例,平原地區水庫建設工程可以有效地蓄積和調劑水資源,但是對水庫周圍的環境影響也比較大,如果建設不慎,可能造化該區域地基液化、滲漏、浸沒等問題,所以對于本課題的研究至關重要1。本文以南水北調續建配套工程辛集洼水庫為例,通過構建地下水庫水位影響預測模型以及對結果的分析,總結水庫建設庫水滲漏對地下水水位的影響。
1 水庫工程概況
   辛集洼水庫總庫容為3078萬m3,計劃蓄水量約為600萬m3,2017年4月正式開始蓄水,引水流量5m3/s,水流入庫最大的設計流量為14m3/s,最小為4.5m3/s,水流出庫的設計流量為1.6m3/s,年調蓄水量約為5494萬m3,該水庫屬于南水北調新建調蓄配套工程的重要環節,水庫建設工程包括了圍壩填筑、壩坡襯砌、庫底防滲、引水渠道、附屬建筑物等工程,圍壩軸線長度為7.6公里,圍壩均高10m左右,蓄水深度為8m。
2 水庫區域地下水水位情況
水庫工程建成之后,可極大緩解鄒平縣經濟技術開發區、韓店以及魏橋等區域的工業用水,周邊鄉鎮的生活用水,地下水滲漏面積擴展速度。辛水庫周圍設置了18個水位觀測井,2014年和2015年在豐水期和枯水期分別對區域內的地下水水位進行觀測,表1顯示的這兩次觀測結果數據。
表1 枯水期和豐水期辛集洼水庫觀測點觀測結果      單位:m
 
時間
 
地下水埋深 地下水位 地下水變動幅度
豐水期 0.8~2.8 9.0~11.41 0.5~1.5
枯水期 1.5~3.80 8.1~10.30 0.5~1.5
水庫區域地下水的走向總體上呈西南—東北,豐水期的時候地下水補給杏花河,水庫區域的地下水流向比較明顯,同時水庫場區周邊地下水在豐水期埋深相對較淺,說明在豐水期的時候,水庫周邊局部區域已經處于浸沒狀態。
3.水庫區域水文地質狀況
辛集洼水庫北邊是比較明顯的沖積層系,主要是由黃河洪水期沉淀形成的,整體地勢相對平坦,巖性松散,砂層基本上呈現帶狀分布,透水性能非常強。整個區域內分布著大量的第四系沉積物,整體巖性松散,存有孔隙水,黃河洪水期沉淀形成的沖積層大量存在垂直裂隙,還有少量的大孔隙構造,滲透性較強,區域內地下水補給主要以降水為主,但是在黃河沿岸區域仍然有少量黃河側滲水補給,存在的孔隙水受古河道帶的控制,有少量水砂層發育,透水性也較強,水砂層不發育地帶巖性基本上是粉細砂,補給條件相對較差,透水性非常弱2
4水庫建設對地下水水位的影響分析
4.1預測模型
在水庫正常運行狀況下展開,對辛集洼水庫水資源滲漏給區域地下水水位的影響進行相應預測,預測模型使用的是地下水水流解析法3,公式如下:

式中,H為包氣帶初始的厚度,單位m;h為地下水預測點包氣帶的厚度,單位m;K為是包氣帶綜合滲透系數,單位m/d;Qi為辛集洼水庫圍壩平均每米的單位滲透量,單位m3/d;W(ui)為井函數,這個數值可以通過查詢《地下水動力學》來獲取;Ri各個水位預測點和圍壩軸線之間的距離; 為包氣帶的平均厚度,單位m;T為從預測開始到結束的時間; 為水位預測點地下水水位的變動幅度。
按照以上公式對辛集洼水庫不同情況下的壩軸線以外地下水水位變動情況進行預測,結果如圖1、圖2所示:

圖1 正常狀態下的地下水水位變動幅度
   

圖2 水庫防滲漏措施失效狀況下的地下水水位變動幅度
4.2預測模型計算和結果評價
圖1顯示的水庫正常狀態下的壩軸線以外地下水水位變動幅度預測結果,在這種條件下,水庫的工程設計對于壩基是按照全庫盆鋪膜防滲措施進行處理,圍壩防滲是通過復合土工膜和壩外截滲溝措施來處理,從圖中可以看出,水庫工程設計處理措施都能夠滿足設計的要求。
庫每年的滲漏量約為320萬m3,預測模型公式中Qi為1.14;表1中豐水期周邊地下水埋深為0.8~2.8m,平均值為1.7m,按照平均值進行計算,H表示的包氣帶的初始厚度,H取值為1.7m;包氣帶土層分布主要為裂隙粘土,包氣帶綜合滲透系數k為2.09m/d,給水度0.1; 取值為1.7m。將這些參數帶入公式,圖1顯示的即為最終的結果,從圖中可以看出,辛集洼水庫蓄水的時間和地下水位以及影響范圍呈正比例關系,蓄水時間越長,水庫周邊地下水位提升就越高,相應的影響范圍也會不斷增加,以水庫蓄水時間30h以后這條線為例,蓄水30h之后,水庫地下水的水位提升約0.231m,在距離庫壩中心軸線100m的位置地下水水位基本保持不變;水庫蓄水時間1年的情況下,地下水水位最高可以提升0.298m,在距離庫壩中心軸線200m的位置地下水水位基本不會變化,比較穩定,正常工況下,辛集洼水庫庫水的滲漏對于地下水水位的影響非常小,地下水水位變動幅度較小,整體比較穩定4
圖2顯示的水庫防滲漏措施失效的情況下,水庫壩軸線以外地下水水位的變動幅度,水庫防滲漏措施失效指的是水庫的防滲漏土工膜出現局部的破損現象,從而導致整個水庫的滲漏量不斷提升,這種情況下的辛集洼水庫的滲漏量取值按照正常沒有防滲狀況下的水庫總滲漏量的一半,最終取值為710.2萬m3,按照預測模型以及相應的計算參數,最終的地下水水位變動情況如圖2所示:
從圖中可以看出,在水庫防滲漏措施失效的情況下,水庫庫水的滲漏明顯對地下水的水位造成了很大的影響,從圖2中的每條蓄水時間線的變動情況即可看出,變動幅度比較大。防滲漏措施失效的情況下,水庫在蓄水30h之后,周邊地下水水位提升數值約為0.38m,蓄水時間100h之后,地下水水位提升數值約為0.49m,蓄水時間1年之后,地下水水位提升數值約為0.62m,蓄水時間5年之后,地下水水位提升數值約為0.91m,蓄水時間10年之后,地下水水位提升數值約為1.2m,蓄水時間30年后,水位提升數值為1.4m,從預測計算結果可以看出,在這種情況下,地下水水位的變動幅度增長比較慢,水庫水滲漏對于區域地下水水位的影響也基本上1m以內,整體趨于穩定狀態,從整體的變動情況來看,水庫蓄水時間超過1年之后,受水庫整體滲漏現象的影響,庫壩后方一定范圍以內的地下水埋深將會比土壤次生鹽漬化趨于的地下水埋深小,基本上保持在1.2m以下,所以會造成庫壩后方浸沒現象,水庫局部場區在豐水期的時候現狀地下水埋深比較淺,均處于浸沒狀態,而水庫防滲漏措施失效情況下,水庫工程場區內的浸沒區域會不斷擴大,相應的該地區的庫壩后方的土壤次生鹽漬化程度也會不斷加重5
5.結論
辛集洼水庫在正常狀態下,庫水的滲漏對于該區域地下水水位的影響比較小,只需要采取簡單的防滲漏措施就可以很好的控制地下水水位的變動;防滲漏措施失效的情況下,水庫庫水滲漏造成的地下水水位提升相對較大,尤其是在蓄水時間一年以上,庫壩后方的土壤次生鹽漬化程度也會不斷加重,這種情況下,需要采取必要的工程措施來處理,尤其要加強對水庫周邊地下水水位的觀測,通過定期觀測和及時處理來降低水庫工程對區域地下水水位以及水質的影響。
參考文獻
[1]王俊鵬,陸海玉,鄧繼昌. 水庫樞紐地下水環境影響評價與保護探討——以鳳凰湖調蓄水庫工程為例[J]. 地下水,2017,(01):35-36+111.
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[4]李俊琴. 磨河水庫工程對地下水的影響分析[J]. 甘肅水利水電技術,2014,(11):42-45.
[5]張志永. 密懷順地下水庫建設對周邊地下水環境影響研究[D].中國地質大學(北京),2014.


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