水庫浸沒研究淺析

王迎發(fā)

摘要：水庫浸沒是不可忽視的一種環(huán)境地質(zhì)問題。本文從水庫浸沒的危害、分類、發(fā)生條件、研究現(xiàn)狀及研究步驟等方面進(jìn)行淺述并以石佛寺水庫浸沒研究為例作了淺析。

關(guān)鍵詞：水庫浸沒毛細(xì)水高度安全超高

一、水庫浸沒及其危害

水庫就是人們?yōu)榱诉_(dá)到某些用水的目的有意抬高水位建造的人工蓄水湖。水庫可以滿足國民經(jīng)濟(jì)向水資源提出的多方面要求，與此同時，水庫的建造也會給建庫地區(qū)以及水利樞紐的下游地區(qū)的自然和經(jīng)濟(jì)帶來一系列不利的次生變化，其中，浸沒問題就是一個很突出的問題。

水庫浸沒是由于水庫蓄水或其他人類活動抬升地表水位，而促使淺層地下水位壅高。毛管水抬升是地下水壅高導(dǎo)致出現(xiàn)的后果。毛管水持續(xù)上升，直到與建筑物地基或農(nóng)作物和樹木的根系同高，并持續(xù)較長時間時，浸沒問題就產(chǎn)生了。而水庫浸沒問題的產(chǎn)生會引發(fā)各種問題。

浸沒不但對濱岸地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害很大，而且對濱岸地區(qū)居民的生活也有很大威脅。農(nóng)田沼澤化或鹽堿化，建筑物的地基強(qiáng)度降低甚至破壞，這都是水庫浸沒會造成的后果。由于水庫浸沒引起的建筑物不夠穩(wěn)定和無法正常使用使得居民不得不采取排水措施或遷移他處來躲避水庫浸沒所造成的威脅。除了對工農(nóng)業(yè)和居民生活造成威脅，浸沒區(qū)還能造成附近礦坑滲水，使采礦條件惡化，礦井涌水量增加。此外，水庫浸沒還會引起鐵路及公路翻漿甚至凍脹。當(dāng)然，水庫正常蓄水位或壩址的選擇也深受水庫浸沒的影響。水庫浸沒是不可忽視的一種環(huán)境地質(zhì)問題。

水庫區(qū)五大工程地質(zhì)問題中，水庫浸沒問題可以影響水庫工程勘察與評價，指導(dǎo)水庫移民和確定動遷方案工作中，對水庫浸沒問題的研究起著決定性作用。

二、水庫浸沒的分類及形成條件

與其他建筑物相比，水庫建設(shè)對地質(zhì)及地基處理的要求很高。按浸沒影響程度不同，可將浸沒區(qū)可分為嚴(yán)重浸沒區(qū)、中等浸沒區(qū)和輕微浸沒區(qū)。

并不是所有的水庫都會發(fā)生浸沒，平原型水庫的周邊地帶和壩下游地區(qū)；盆地型水庫邊緣平地與山前洪積扇、洪積裙相接的地帶；與水庫滲漏通道相連的鄰谷洼地等容易造成浸沒發(fā)生。

也有一些條件如果具備會不致發(fā)生水庫浸沒，主要有：庫岸由相對不透水層組成，或研究地段與庫岸間有相對不透水層阻隔，且其頂板高于水庫設(shè)計蓄水位等。

三、水庫浸沒的研究現(xiàn)狀

通過比較水庫蓄水后的回水水位高程與當(dāng)?shù)嘏R界地下水埋深的大小是水庫浸沒評價的主要途徑。在研究中，如果發(fā)現(xiàn)水庫蓄水后的回水水位高程高于當(dāng)?shù)嘏R界地下水埋深，就會發(fā)生浸沒，反之則不發(fā)生浸沒。解析法、數(shù)值法和電擬法是目前滲流分析的主要方法。滲流分析的目的是判斷回水水位的高程。

1、解析法。通過解析解可得到關(guān)于水頭函數(shù)在所研究區(qū)域內(nèi)分布的顯式表達(dá)式。一般地說，解析解是比較準(zhǔn)確的。需要明確的是，解析法雖然準(zhǔn)確，但其實用性差。

2、數(shù)值法。數(shù)值法主要有三類，即有限差分法、有限單元法和邊界元法。有限差分法指從微分方程出發(fā)，將研究區(qū)域經(jīng)過離散處理后，近似地用差分、差商來代替微分、微商。有限單元法充分考慮了單元對節(jié)點參數(shù)的貢獻(xiàn)。作為一種數(shù)值法，邊界元法的目的也是求數(shù)值解。與有限單元法相比，邊界元法有一個優(yōu)勢，即便于處理無限或半無限滲流介質(zhì)、滲流奇異和自由面等問題。

3、電擬法。電擬法目前主要采用兩種模型——導(dǎo)電液模型和電網(wǎng)絡(luò)模型。導(dǎo)電液模型不盡適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)和邊界條件，便于模擬急變滲流區(qū)問題，但無法模擬非均質(zhì)各向異性滲透介質(zhì)；電網(wǎng)絡(luò)模型有容量、穩(wěn)定性基本不受限制，可以模擬更加復(fù)雜的滲流場。因為這個特點，所以電網(wǎng)絡(luò)法目前是求解大型復(fù)雜滲流場的有效工具。

四、例析水庫浸沒的研究步驟及防治措施

水庫浸沒研究有自己的一般步驟，下面筆者將以石佛寺水庫浸沒研究為例試析水庫浸沒的研究步驟及防治措施。

石佛寺水庫壩址位于沈陽市新城子區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫縣依牛堡鄉(xiāng)，為平原水庫，涉及范圍較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，變化較大。為了研究地下水的變化規(guī)律，確定水庫蓄水后浸沒范圍和影響程度，石佛寺水庫管理局對水庫蓄水后周邊區(qū)的浸沒問題進(jìn)行地質(zhì)勘察并制訂相應(yīng)工程處理措施。

首先根據(jù)勘察目的，結(jié)合前期地質(zhì)資料制定了本次勘察方案，本次浸沒勘察主要采取水文地質(zhì)測繪、勘探、試驗、地下水動態(tài)長期觀測、地下水?dāng)?shù)值計算等工作手段，進(jìn)行浸沒勘察及評價。

為了更準(zhǔn)確地確定地下水位以上毛管水上升帶的高度，本次勘察中采用多種方法分別進(jìn)行對比，最終結(jié)合實際地質(zhì)情況確定。

第一，通過在測區(qū)內(nèi)挖探坑進(jìn)行注水，實測毛管水上升高度；第二，在探坑內(nèi)壁地下水以上每隔二十厘米取一組土樣，然后測定每一組土樣的含水量。之后根據(jù)所取圖樣及含水量的測定，繪制深度與含水量關(guān)系曲線。最終確定毛管水上升高度需要根據(jù)毛管水帶以上土的天然含水量大小。第三，采取土樣進(jìn)行室內(nèi)毛管水上升高度試驗。

為了確定安全超高值，本次勘察調(diào)查水庫周邊農(nóng)田區(qū)主要農(nóng)作物玉米和水稻。

通過將以上確定的毛管水上升高度及安全超高值代入公式，計算出浸沒臨界地下水位埋深。通過分析可以看出水庫蓄水以后對周邊地區(qū)存在嚴(yán)重的浸沒影響，對于右岸陳平堡及祝家堡影響也較為嚴(yán)重。至此，完成石佛寺水庫浸沒研究。

勘察組據(jù)此結(jié)論給出建議，降低地下水位是解決水庫浸沒問題的第一要素。除此之外，排水也很重要。所以之后，根據(jù)水文地質(zhì)條件和長期觀測成果，可以布置排滲和疏干工程。對于受水庫浸沒影響的農(nóng)田，可采取如改變作物種類和耕作方法等結(jié)合工程與農(nóng)業(yè)的綜合治理方案。

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