潮州供水樞紐城區浸沒影響分析及其工程措施

林少川

(廣東省潮州供水樞紐管理處,廣東 潮州 521000)

廣東省潮州供水樞紐工程壩址位于韓江下游東、西溪兩溪口附近(見圖1),距潮州市區 4 km,壩前正常蓄水位為10.5m。樞紐水庫按地形地貌可分為二個地貌單元:竹竿山以上為山區峽谷型水庫,竹竿山以下為三角洲平原河道型水庫,兩岸堤圍作庫岸,兩岸地勢均由韓江向兩側略為傾斜,地表高程大部分為7～10m。潮州城區的防護堤圍自竹竿山以南至樞紐壩址主要由北堤、城堤、南堤組成,全長約 8.2 km。當壩前正常高蓄水位為10.5m時,壩址至竹竿山河道的庫水位比兩岸堤后平原約高出 0～3m。

1 地質狀況

潮州城區的防護堤圍庫岸的第四系地層很厚,約為 45～90m,且從北向南逐漸增厚。地層結構多為“粘 -砂 -粘 -砂”雙透水層結構,在雜填土下為alQ43灰黃色粉質粘土、粘土,基本上呈連續分布。該粘性土層的下面為 alQ43粗砂,局部為粉細砂層,基本上也是呈連續分布。穿過該砂層,則為 m+alQ42三角洲相灰黑色的淤質土和淤泥質土層,淤泥質土層之下為深厚的 alQ41砂卵礫石層和 alQ33含卵礫砂層,其厚約 40～50m,呈中密 -密實狀。雙透水層結構在各個堤段區域表現為不同的厚薄度。

圖1 潮州供水樞紐工程位置示意

2 采取工程措施的必要性

水庫在正常蓄水以后,由于庫水位要比堤內的地面大約高出 0～3m,地下水位有可能會上升至接近地表,甚至會從低洼處冒出,造成小范圍的浸沒。以下是對城區可能會出現的浸沒影響進行的分析。

(1)對于北堤區,由于透水層埋深大,影響相對會較小。

(2)對于城堤區影響較大。在古決堤段堤后約200～800m的范圍內,地表為人工填土,其下的礫粗砂層與河床砂層相連通,厚度達 45 m左右,沿堤采用懸掛式高噴混凝土防滲措施不可能將砂層圍封。在水庫蓄水后,該范圍的地下水位勢必會升高直至接近地表,甚至會在地表低洼處溢出,從而造成中度 -嚴重的浸沒影響。

(3)對于南堤區,地層基本上為雙透水層結構。上部以三角洲相粘性土為主,中間為夾厚約5～6 m的中細砂層,呈連續穩定分布,局部與河床砂層連通,是上部的主要透水層。由于填土層之下普遍有厚度超過 3m以上的粘性土層相隔,沿堤實施防滲處理對上部透水砂層進行截滲處理以后,庫水的入滲較小,但水會從上游潰堤段繞滲過來,導致局部地下水位上升,從而產生浸沒影響。

根據以上浸沒影響分析結果,認為對城堤區和南堤區采取工程措施以解決浸沒影響問題非常必要。

3 工程措施及其效果分析

為避免因長期蓄水引起堤內地區的地下水位抬高而造成浸沒,通過充分論證,并考慮工程措施的可操作性,結合原有堤圍的達標加固防滲處理狀況,對庫區兩岸城堤堤圍均采取了防滲工程措施,應用效果基本能達到設計的預期效果。

3.1 原有堤圍狀況

北堤長2.8 km,城堤長2.3 km,總長為5.1 km,地方達標加固中已采用高壓旋噴防滲墻進行處理。北堤的高噴防滲墻全部進入下臥相對隔水的淤泥層;城堤的大部分已缺失相對的隔水層,為懸掛式高噴防滲墻,該防滲墻延伸至堤基下25m,高程為 -13m。

3.2 防滲工程措施

3.2.1 上埔堤

上埔堤(樁號:0+000～1+048.4)采用多軸深攪等厚薄墻防滲墻進行垂直防滲。防滲墻最小厚度為200mm,深度為16.6～25.4 m。對于多軸深攪等厚防滲墻無法實施或施工深度達不到設計要求的堤段,則結合采用高噴防滲墻進行搭接處理。

3.2.2 南 堤

南堤(樁號:南5+130～7+092.8)段采用高噴防滲墻進行垂直防滲,防滲墻最小厚度為200mm,深度為14.7～23.5m。

3.2.3 城堤段

在堤后防汛路、古樹廟巷及南春路段布置了排水減壓井及井間集排水管,通過古樹廟排水泵站將水排入韓江。共設置有減壓井 68口,其直徑為1m(其中PVC塑料濾管為 ?315,外圍回填級配礫石反濾料),井深為24～25m,井間距離為25 m。井間集排水管為預制鋼筋混凝土管,直徑分別為:?600mm、?1000mm、?1200mm。古樹廟泵站安裝有5臺抽水泵進行抽水(其中 4臺抽水泵的抽水量為0.433 m3/s,另有1臺的抽水量為0.3m3/s)。

3.3 實施效果數據分析

3.3.1 減壓井運行狀況

減壓井于2006年下半年建成并投入使用,期間水庫蓄水位達到 9m。減壓井施工期間同步進行了抽水試驗,試驗以達到抽水量為控制標準。整理出的試驗中各井的單位降深流量(出水量/降深)情況示于圖2。由圖2中可以看出各井的出水能力存在著較大的差異,68號的平均值為5.75 L/s。減壓井的出水由古樹廟泵站的開機時間粗略估計。泵站的單機抽水能力為0.43m3/s,5臺抽水機輪換著工作。根據2008年 4～7月的值班記錄統計出的日抽水量,其平均值為52068m3/d或0.6m3/s,此階段壩前水位基本穩定在9.5 m。原設計時預測在庫水位 9 m及10.5m時出水量分別為 0.33m3/s和0.81 m3/s時,插值得庫水位 9.5 m時為 0.49 m3/s,說明已基本達到原設計的出水量。

圖2 古樹廟泵站出水量統計

3.3.2 地下水監測數據分析

2005年 9月在庫區浸沒影響區的城區范圍內建立了 42個監測孔(井),以便對地下水位進行監測。其中城區臨江約 600m的范圍內,大部分屬于古潰決區或潰決區邊緣,是重點監控區。現根據5 a的監測數據,對城區的浸沒影響進行初步分析。

蓄水后對城區造成的影響范圍主要是在堤后600～1000m范圍內,減壓井對堤內水頭的調節作用明顯,在庫水位超過8.7 m時,JK01(管口高程7.15m)、JK11(管口高程7.23m)、JK13(管口高程7.67m)、JK15(管口高程7.72m)、JK22(管口高程7.39m)等監測孔能夠承壓,且地下水位歷時曲線與庫水位歷時曲線呈同步變化,相關性很好;在庫水位發生變化時,會出現較明顯的水位變化,但周邊并未見有地下水滲出現象,說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,上部薄層粘土及人工雜填土層隔水效果良好,整個城區未出現浸沒現象,基本上確保了城區的安全。

當庫水位達到9.5m高程以后,除原承壓孔的水位進一步上升,JK06(管口高程8.84 m)、JK10(管口高程 8.77m)、JK18(管口高程 6.63 m)、JK19(管口高程6.13 m)、JK23(管口高程6.99m)等觀測點的水位高程上升至接近或溢出管口的高程,與庫水位同步發生變化。其余觀測點的水位與庫水位同時發生變化的輻度相對較小,均未出現溢出管口現象。這些測管的地表覆蓋層都較厚,屬于微承壓狀態,測點附近的地表暫時未見有滲水等浸沒現象,其不利影響還有待進一步的觀察。

圖3 觀測孔水位過程線(一)

圖4 觀測孔水位過程線(二)

圖3、4為典型的測壓管過程線。從圖中可以看出,在蓄水前期,各測點的水頭與庫水位的相關性很好,而在蓄水的后期,則與庫水位拉開了距離,這說明是減壓井在起作用。庫水位在 8 m以上時,如果變化較大,只可能引起測壓管水位發生較小的變化,庫水位達到設計水位10.5m時,測壓管水位變化幅度很小。

經過對比分析,結果表明,針對解決浸沒問題而采取的工程措施達到了預期的目標,對于下層砂層深厚的堤防工程,僅靠防滲墻截滲,效果并不理想;而防滲墻配合減壓井則可以取得較好的滲控效果。隨著庫水位的抬高并保持較高的水位運行,位于南堤段(樁號 6+700～6+800)堤后的廈二村的個別地方出現了地面滲水現象,經采取增加排滲溝等措施進行處理后,滲水現象得到了緩解,但仍需繼續加強觀測。

4 結 語

(1)潮州供水樞紐工程采用前截后排工程措施進行控制或減低庫區的浸沒影響,基于監測資料進行了綜合分析,結果表明,采用這種工程措施的處理效果是比較經濟有效的,特別是減壓井的運行效果良好,基本上能夠達到保護潮州古城的要求。

(2)在水庫達到正常蓄水位以后,觀察發現,部分觀測點處于冒水或者臨界冒水的狀況,局部區域出現有地面滲水現象,有待作進一步地觀察以及進行深入的研究,并對其不利影響及其產生的原因進行分析。

(3)應將減壓井的出水視為資源進行回收,目前僅僅是通過古樹廟泵站將其抽回至水庫,應當考慮使其流入市政管道,以滿足排水管的清污或綠化管養用水的需要。這樣做既節能又可以清潔城市。