水庫建設(shè)對地下水水位的影響分析

王全軍

（上饒市廣豐區(qū)水利局，江西 上饒 334600）

水庫建設(shè)對地下水水位的影響分析

王全軍

（上饒市廣豐區(qū)水利局，江西 上饒 334600）

降雨量、蒸發(fā)量和氣候溫度都會對地下水位產(chǎn)生很大的影響，而水庫建設(shè)對于地下水位的影響也不容忽視。以南水北調(diào)續(xù)建配套工程辛集洼水庫為例，結(jié)合區(qū)域地下會水位和水文地質(zhì)情況，構(gòu)建水庫水滲漏對地下水水位影響預(yù)測模型，通過正常狀態(tài)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(shè)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。

水庫建設(shè)；地下水位；影響

影響一個地區(qū)地下水位變動的因素有很多，例如降雨量、蒸發(fā)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(qū)來說，淺層的地下水會因為地表土壤水分的蒸發(fā)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(qū)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(shè)，以平原地區(qū)為例，平原地區(qū)水庫建設(shè)工程可以有效地蓄積和調(diào)劑水資源，但是對水庫周圍的環(huán)境影響也比較大，如果建設(shè)不慎，可能造化該區(qū)域地基液化、滲漏、浸沒等問題，所以對于本課題的研究至關(guān)重要[1]。本文以南水北調(diào)續(xù)建配套工程辛集洼水庫為例，通過構(gòu)建地下水庫水位影響預(yù)測模型以及對結(jié)果的分析，總結(jié)水庫建設(shè)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5 m3/s，水流入庫最大的設(shè)計流量為14 m3/s，最小為4.5 m3/s，水流出庫的設(shè)計流量為1.6 m3/s，年調(diào)蓄水量約為5494萬m3，該水庫屬于南水北調(diào)新建調(diào)蓄配套工程的重要環(huán)節(jié)，水庫建設(shè)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 km，圍壩均高10 m左右，蓄水深度為8 m。

2 水庫區(qū)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(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、韓店以及魏橋等區(qū)域的工業(yè)用水，周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活用水，地下水滲漏面積擴展速度。辛水庫周圍設(shè)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(qū)域內(nèi)的地下水水位進(jìn)行觀測，表1顯示的這兩次觀測結(jié)果數(shù)據(jù)。

表1 枯水期和豐水期辛集洼水庫觀測點觀測結(jié)果 單位：m

水庫區(qū)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(qū)域的地下水流向比較明顯，同時水庫場區(qū)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(qū)域已經(jīng)處于浸沒狀態(tài)。

3 水庫區(qū)域水文地質(zhì)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(xiàn)帶狀分布，透水性能非常強。整個區(qū)域內(nèi)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(gòu)造，滲透性較強，區(qū)域內(nèi)地下水補給主要以降水為主，但是在黃河沿岸區(qū)域仍然有少量黃河側(cè)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(fā)育，透水性也較強，水砂層不發(fā)育地帶巖性基本上是粉細(xì)砂，補給條件相對較差，透水性非常弱[2]。

4 水庫建設(shè)對地下水水位的影響分析

4.1 預(yù)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(qū)域地下水水位的影響進(jìn)行相應(yīng)預(yù)測，預(yù)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，m；h為地下水預(yù)測點包氣帶的厚度，m；K為包氣帶綜合滲透系數(shù)，m/d；Qi為辛集洼水庫圍壩平均每米的單位滲透量，m3/d；W（ui）為井函數(shù)，這個數(shù)值可以通過查詢《地下水動力學(xué)》來獲取；Ri為各個水位預(yù)測點和圍壩軸線之間的距離；Mˉ為包氣帶的平均厚度，m；t為從預(yù)測開始到結(jié)束的時間；Δh為水位預(yù)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(jìn)行預(yù)測，結(jié)果如圖1、圖2所示：

圖1 正常狀態(tài)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(yù)測模型計算和結(jié)果評價

圖1顯示的水庫正常狀態(tài)下的壩軸線以外地下水水位變動幅度預(yù)測結(jié)果，在這種條件下，水庫的工程設(shè)計對于壩基是按照全庫盆鋪膜防滲措施進(jìn)行處理，圍壩防滲是通過復(fù)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(shè)計處理措施都能夠滿足設(shè)計的要求。

庫每年的滲漏量約為320萬m3，預(yù)測模型公式中Qi為1.14；表1中豐水期周邊地下水埋深為0.8～2.8 m，平均值為1.7 m，按照平均值進(jìn)行計算，H表示的包氣帶的初始厚度，H取值為1.7 m；包氣帶土層分布主要為裂隙粘土，包氣帶綜合滲透系數(shù)k為2.09 m/d，給水度0.1；取值為1.7 m。將這些參數(shù)帶入公式，圖1顯示的即為最終的結(jié)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(guān)系，蓄水時間越長，水庫周邊地下水位提升就越高，相應(yīng)的影響范圍也會不斷增加，以水庫蓄水時間30 h以后這條線為例，蓄水30 h之后，水庫地下水的水位提升約0.231 m，在距離庫壩中心軸線100 m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0.298 m，在距離庫壩中心軸線200 m的位置地下水水位基本不會變化，比較穩(wěn)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(wěn)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(xiàn)局部的破損現(xiàn)象，從而導(dǎo)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(yù)測模型以及相應(yīng)的計算參數(shù)，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30 h之后，周邊地下水水位提升數(shù)值約為0.38 m，蓄水時間100 h之后，地下水水位提升數(shù)值約為0.49 m，蓄水時間1年之后，地下水水位提升數(shù)值約為0.62 m，蓄水時間5年之后，地下水水位提升數(shù)值約為0.91 m，蓄水時間10年之后，地下水水位提升數(shù)值約為1.2 m，蓄水時間30年后，水位提升數(shù)值為1.4 m，從預(yù)測計算結(jié)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(qū)域地下水水位的影響也基本上1 m以內(nèi)，整體趨于穩(wěn)定狀態(tài)，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(xiàn)象的影響，庫壩后方一定范圍以內(nèi)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1.2 m以下，所以會造成庫壩后方浸沒現(xiàn)象，水庫局部場區(qū)在豐水期的時候現(xiàn)狀地下水埋深比較淺，均處于浸沒狀態(tài)，而水庫防滲漏措施失效情況下，水庫工程場區(qū)內(nèi)的浸沒區(qū)域會不斷擴大，相應(yīng)的該地區(qū)的庫壩后方的土壤次生鹽漬化程度也會不斷加重[5]。

5 結(jié)論

辛集洼水庫在正常狀態(tài)下，庫水的滲漏對于該區(qū)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(qū)域地下水水位以及水質(zhì)的影響。

[1]王俊鵬,陸海玉,鄧?yán)^昌.水庫樞紐地下水環(huán)境影響評價與保護(hù)探討——以鳳凰湖調(diào)蓄水庫工程為例[J].地下水,2017,(01):35-36+111.

[2]張澤平.黃河沖積平原區(qū)水庫地下水環(huán)境影響分析[D].山東大學(xué),2015.

[3]劉金玉.三澗堡地下水庫對地下水環(huán)境影響的研究[D].大連理工大學(xué)，2015.

[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(shù),2014，(11):42-45.

[5]張志永.密懷順地下水庫建設(shè)對周邊地下水環(huán)境影響研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2014.

P641；TV697.2

B

1673-9000（2017）05-0023-02

2017-06-07

王全軍（1961-），男，江西廣豐人，工程師，主要從事水利工程地質(zhì)和水利工程建筑。