大興川水電站工程庫區淹沒處理范圍的界定

李亞斌 王婷婷

（1.吉林省水利水電勘測設計研究院 吉林長春 130021；2.吉林省基礎地理信息中心 吉林長春 130051）

1 引言

大興川電站壩址以上有兩大河流，分別為二道松花江和古洞河。二道松花江發源于長白山天池，海拔高程為 2696m，自發源地北流至松江鎮附近逐漸折向西流，并先后有四道、三道、二道白河和頭道白河等支流于左岸注入，在兩江口與古洞河匯合后，經漢陽屯轉向西北，進入白山水庫。根據其上述地形地貌條件，結合各淹沒對象設計洪水標準，確定庫區回水末端正確位置，同時結合庫區范圍內水庫淹沒、浸沒、風浪、冰塞壅水、滑坡、坍岸等影響情況綜合確定庫區淹沒范圍。最終確定庫區淹沒范圍內土地征收線、農村居民遷移線、專業項目遷移線具體范圍。

2 水庫淹沒影響范圍確定

根據大興川水電站工程實際地形地貌特征，庫區淹沒范圍不涉及到冰塞壅水現象，根據淹沒對象設計洪水標準及不同設計洪水頻率確定回水末端位置，根據庫區范圍內地質勘察實際情況，確定庫區范圍內浸沒、滑坡、坍岸等其他影響范圍。結合上述條件最終確定水庫淹沒影響范圍。

2.1 各淹沒對象設計洪水標準選擇

根據《水利水電工程建設征地移民安置規劃設計規范》（SL290-2009），并參照《防洪標準》（GB50201-94）的規定，結合大興川水電站水庫淹沒影響區的實際情況，擬定水庫淹沒標準為：耕地按5年一遇（P=20%）洪水作為征收標準；居民點按20年一遇（P=5%）洪水作為遷移標準；林地、草地及其它未利用地按正常蓄水位征收；各專項設施按 P=5%洪水確定改建標準。庫區不同淹沒對象處理設計洪水標準見表1。

表1 大興川水電站不同淹沒對象處理設計洪水標準

2.2 不同設計洪水頻率回水計算及回水末端處理

大興川水庫不承擔防洪任務，為了在汛期減少水庫回水對庫區上游的淹沒損失，經過比選主汛期運行水位為 465.00 m(汛限水位)。前汛期和后汛期采用正常蓄水位466.5m（主汛期相應的電站運行水位同時進行下降，電站最低運行水位為463.86m）。本工程回水曲線推算采用吉林省水利水電勘測設計研究院測繪院2007年8月測量縱橫斷面成果。本工程回水末端終點位置按回水曲線不高于同頻率洪水天然水面線 0.3m范圍內水平延伸與多年平均流量的相應水面線相交。回水計算過程中，已驗證所推算天然河道水位與二道松花江漢陽水文站同頻率實測水位相符。

水庫設計回水計算包括二道松花江干流及主要支流露水河、頭道白河，回水計算考慮了30年泥沙淤積影響。

大興川水電站蓄水后，由于水庫上游森林植被較好，相對水土流失較少，下泄泥沙量少而且顆粒細，泥沙呈三角洲淤積形態，三角洲淤積頂點距壩位置約6km左右。經計算泥沙淤積對回水影響不大。詳見表2、表3。

表2 二道江各斷面土地征用線和居民遷移線水位表

表3 露水河各斷面土地征用線和居民遷移線水位表

2.3 水庫淹沒影響其他因素

根據吉林省水利水電勘測設計研究院編制的《大興川水電站可行性研究工程地質勘察報告》（以下簡稱《地質勘察報告》），水庫區正常蓄水位(466.5m)范圍內出露的地層為太古界和古生界的變質巖系，震旦系的沉積巖，侏羅系的碎屑沉積巖，絕大部分透水性微弱。僅在漢陽屯附近震旦系中統萬隆組灰巖巖溶較發育，透水性較強，但被弱透水巖層所包圍。庫區通過的區域性斷層，大部分為逆斷層和平推斷層，組成破碎帶的物質結構緊密，透水性微弱。庫區山體高大，分水嶺寬厚，無單薄低矮的分水嶺，經對水庫兩岸居民井進行調查，兩岸分水嶺地下水位遠高于水庫正常蓄水位，分水嶺地表泉水出露匯集而成的一些溝谷的地表徑流均流向庫內。綜上所述，水庫蓄水后不會產生永久性滲漏問題。

2.3.2 坍岸

根據吉林省水利水電勘測設計研究院編制的《地質勘察報告》，水庫庫岸大部分由中硬巖及堅硬巖組成，地形坡度較陡，絕大部分庫段未見影響邊坡穩定的結構面及其它不利組合，邊坡穩定性較好。

只是在小煤窯庫區右岸存在小規模崩塌危巖體及崩塌堆積體，由于該處無村莊、公路，且離樞紐區較遠，故對庫壩影響不大。

由第四系松散堆積物組成的庫岸，一般坡度較緩，相對比高較小，植被較發育，且大部分地段被庫水淹沒，不存在坍岸問題。

2.3.3 浸沒

根據吉林省水利水電勘測設計研究院編制的《地質勘察報告》，庫區兩岸階地地形坡度3°～5°，兩岸漫灘及階地主要由火山灰、含砂細粒土、砂礫卵石層組成，厚度 3.0m～13.0m，水庫蓄水后，大部分將被淹沒。庫區無工礦企業、公路，絕大部分無居民點及大片農田，因此，絕大部分庫區兩岸階地不存在水庫浸沒問題。

經野外庫區地質測繪及坑探資料分析，當水庫正常蓄水位 466.5m時，僅庫尾二道松花江與富爾河河間地塊、兩岸及漢陽屯附近可能存在浸沒問題。

其中：Rsj(j=1,2,3)是第j個電機定子電阻；iqj是第j個電機交軸的定子電流，因為采用id=0的矢量控制方法，則定子電流I=τM/Kt=iq，Kt為電機轉矩常數；ψqj是電機交軸定子磁鏈，且ψqj=Lqjiqj；Lqj是電機q軸電感；pj是電機的極對數量；ωj是電機轉子角速度；ψfj是電機永磁磁鏈。

本次地下水位采用水庫正常蓄水位 466.5m時設計給定庫尾兩岸翹高計算后庫尾水位（西江處庫尾水位 467.2m，漢陽屯處尾水位 467.0m）經雍高計算后的地下水位。

經可行性研究工程地質勘察初判排除了非浸沒區，本階段對該兩處可能浸沒區進行了大比例尺(1∶2000)工程地質測繪，并進行山地勘探。經勘察該兩處可能浸沒區揭露的地層巖性主要有(序號與壩區統一并順延)：

經現場工程地質、水文地質測繪及坑探勘察，漢陽溝右岸為寬 30.0～100.0m 的地勢較平緩的河漫灘，正常高水位以上地貌單元為一級階地，后緣為低山斜坡地貌，地表為耕地，作物為玉米，正常蓄水位以上地層巖性表部以厚 1.8～2.6m(局部厚度＞3.3m)的第四系全新統坡洪積及沖洪積堆積砂礫碎石混合土(3-2)層為主，局部為厚 6.0～8.0m 的火山灰(1-0)層。(3-2)層下部大部分含厚0.6～0.8m的第四系全新統坡洪積及沖洪積堆積的砂礫卵石(3-1)層。其下為太古界鞍山群砂礫狀全風化及強風化混合巖，保持原巖結構。據現場試坑毛細管水上升高度試驗及當地經驗，砂礫碎石混合土(3-2)層毛細管水上升帶高度 Hk=1.4m，植物根系層最大厚度為 0.5m，即安全超高值ΔH=0.5m，故浸沒的臨界地下水深Hcr=Hk+ΔH=1.9m；火山灰毛細管水上升帶高度Hk=1.0m，故浸沒的臨界地下水深Hcr=Hk+ΔH=1.5m；經實測剖面并計算正常高水位運行時地下水位雍高后地下水位距地表距離與浸沒的臨界地下水深進行比較，圈定浸沒范圍，面積 S=0.021884km2。

左岸以村莊為主，含少量耕地，據工程地質測繪及坑探資料，該區河漫灘及階地表部一般有厚 1.0～2.1m的砂礫碎石混合土(3-2)層，局部表部為厚 1.0～2.1m的碎塊石混合土(3-3)層，鹿場附近為厚度大于 3.0m的第四系全新統砂礫卵石層(1-4)，局部為厚0.7～2.5的火山灰(1-0)層。下部巖性主要為砂礫卵石(1-4)層及震旦系下統釣魚臺組石英砂巖(8)。現狀條件下，該區地下水位埋深一般為3.5～4.0m，地下水位高程為455.0～465.0m,全部位于砂礫卵石(1-4)層及石英砂巖(8)中。根據本次實測剖面及探坑揭露資料，正常高水位(466.5m)以上浸沒涉及的地層有砂礫碎石混合土(3-2)及砂礫卵石(1-4)層。經調查該區居民房屋基礎一般為地面以下 0.5m，即安全超高值ΔH=0.5m，據現場試坑毛細管水上升高度試驗及當地經驗，由于砂礫卵石層為強透水層，故該層可不考慮毛細管水上升高度，砂礫碎石混合土(3-2)層毛細管水上升帶高度Hk=1.4m，河漫灘及一級階地處房屋基礎基本坐于砂礫卵石(1-4)層上。故地表巖性為砂礫碎石混合土(3-2)層分布區地下水臨界深度 Hcr=Hk+ΔH=1.9m；地表巖性為砂礫卵石(1-4)層分布區地下水臨界深度Hcr=Hk+ΔH=房屋基礎埋深＋砂礫卵石層毛細管水上升高度=0.5m。經實測剖面并計算正常蓄水位運行時地下水位雍高后地下水位距地表距離與浸沒的臨界地下水深進行比較，圈定浸沒范圍，面積S=0.0099168km2。

庫尾二道松花江與富爾河河間地塊及兩岸部分按A區、B區、C區進行分別敘述：

A區：位于二道松花江與富爾河河間地塊一級階地上，西江村西側，地面高程466.5～471.0m，地表作物為玉米。

B區：位于二道松花江左岸一級階地上，地面高程466.5～468.5m。地表作物為玉米。

C區：位于富爾河右岸一級階地上，地面高程468.6～470.0m。地表作物為玉米。

據探坑揭露資料，A區地層巖性一般表部為厚0.4～2.2m含砂細粒土層，其下為厚3.0～6.0m的砂礫卵石層，地下水位埋深 2.2～6.4m，靠近河床處較淺，絕大部分位于砂礫卵石層中，少量位于含砂細粒土層中。地下水位高程 465.4m～465.1m，與河水位(465.4m)基本一致；B區地層巖性表部為厚 0.6～1.6m含砂細粒土層，其下為厚度大于 5.0m厚的砂礫卵石層，地下水位高程464.5左右，與河水位基本一致，后緣略高于河水位；C區地層巖性表部為厚 0.5～2.6m含砂細粒土層，其下為厚度大于 4.0m的砂礫卵石層，地下水位高程 464.8～464.9m，基本位于砂礫卵石層，局部位于含砂細粒土層中，河水位為464.4～465.3m，階地后緣水位略高于河水位。當水庫正常高水位 466.5m時，《據水利水電工程地質手冊》及《中小型水利水電工程地質》及《水利水電工程地質勘察規范》(GB50287-99)中相關規定，農作物根系一般按 0.5m考慮，據現場試坑毛細管水上升高度試驗，砂礫卵石層可不考慮毛細管水上升高度，含砂細粒土毛細管水上升高度 1.2m，則對于含砂細粒土臨界地下水埋深Hcr=Hk+ΔH=1.7m。經實測剖面并計算正常蓄水位運行時地下水位雍高后(雍高量很小)地下水位距地表距離與浸沒的臨界地下水深進行比較，圈定浸沒范圍，面積 SA= 0.104735km2；SB=0.051738km2；SC= 0.148146km2。

2.4 風浪爬高的影響確定

根據延邊州地區氣象部門提供的近 20年風向玫瑰圖，選擇垂直于庫岸方向，方向為 NNE，多年平均風速為 14m/s，建庫后壩前段兩岸最大直線距離為 1.5km。經計算，大興川水電站壩前段風浪爬高為0.45m，其計算公式如下：

式中：hp—風浪爬高，m；h—岸坡前波浪高度，m；α—岸坡坡度，取20°；V—岸坡垂向庫面風速，m/s，取7級風速14m/s；D—岸坡迎風面波浪吹程，km，1.5km；K—與岸坡粗糙情況有關的系數，取0.6。

根據《水利水電工程建設征地移民安置規劃設計規范》（SL290-2009）規定，在回水影響不顯著的壩前段，不計算風浪爬高時，居民遷移和土地征用線可高于正常蓄水位 0.5m～1m。經計算的風浪爬高低于0.5m，對水庫壩前段無影響，本次設計采用回水位高出正常蓄水位不足0.5m，加足到0.5m作為土地征用線，高程為467.0m；壩前段回水位高出正常蓄水位不足 1m，加足到1m做為居民遷移線，高程為467.5m，在回水高程超過正常蓄水位0.5及1m以上的庫段按不同淹沒對象相應的設計洪水頻率回水位高程作為淹沒處理范圍。

3 水庫淹沒處理范圍界定

根據上述水庫淹沒影響范圍結合庫區淹沒影響的其他因素，最終確定水庫淹沒土地征收線、農村居民點遷移線、專業項目遷移線處理范圍。

（1）土地征收線

耕地征收線考慮泥沙淤積 30年后，采用 5年一遇設計洪水回水線確定，在回水不顯著的壩前段，考慮風浪爬高的影響，在正常蓄水位基礎上加高 0.5m，以策安全。耕地征收線壩前段為467.00m，水庫回水末端的設計終點位置，在庫尾回水曲線不高于同頻率天然洪水水面線 0.3m的范圍內，采取水平延伸至與多年平均流量相應的水面線相交。尾段二道松花江為467.2m、支流露水河為 467.13m。林地、草地及其它地類征地線按正常蓄水位466.5m確定。

（2）農村居民點遷移線

農村居民點遷移線考慮泥沙淤積30年后，采用20年一遇設計洪水回水線確定，在回水不顯著的壩前段，考慮風浪爬高的影響，在正常蓄水位基礎上加高 1m，以策安全。居民遷移線壩前段為467.5m，水庫回水末端的設計終點位置，在庫尾回水曲線不高于同頻率天然洪水水面線 0.3m的范圍內，采取水平延伸至與多年平均流量相應的水面線相交。庫尾段二道松花江為 468.58m、支流露水河為468.28m。

（3）專業項目遷移線

水庫淹沒的專業項目主要是庫周交通道路、輸電線路等，設計洪水標準參照其相關專業規范確定為：考慮泥沙淤積30年后，采用20年一遇設計洪水回水曲線確定，壩前467.5m，庫尾段二道松花江為468.58m、支流露水河為468.28m。

4 結束語

水庫淹沒處理范圍的界定應結合當地的地形地貌特征，以壩址以上天然洪水與建庫后汛期和非汛期同一頻率的洪水回水位所組成的外包線為依據，水庫洪水回水位應考慮10～20年的泥沙淤積影響。若汛期降低水庫水位運行，庫前段回水位低于正常蓄水位時，應采用正常蓄水位高程。水庫回水未端設計終點位置，在回水曲線不高于同頻率天然洪水水面線0.3m范圍內，可采用與同頻率天然水面線水平封閉或垂直封閉，同時應綜合分析水庫淹沒、浸沒、風浪、冰塞壅水、滑坡、坍岸等影響。