潮州供水樞紐庫區浸沒處理方案效果分析

崔恒富

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣州 510635)

1 工程概況

1.1 樞紐布置及浸沒區概況

潮州供水樞紐工程距潮州市中心約4km，位于潮州市南邊的江東洲北端的東溪和西溪進口處。該樞紐是實施韓江下游三角洲地區水資源統一調配、解決粵東地區人民生活用水和工農業用水的重點工程項目。工程開發任務以滿足城鄉生活用水及灌溉為主，兼顧發電、通航及改善生態環境等綜合利用。

由于本工程坐落在潮州市城區附近，根據地形圖顯示，樞紐庫區兩岸部分區域地面高程(11.5m-6.5m，)低于樞紐正常蓄水位(10.50m)，可能會導致浸沒影響，主要范圍是：①意東堤約5km堤后范圍；②東廂堤約3km堤后范圍；③南、北堤及城區范圍；④仙洲島(浸沒區分布詳見圖1)[1]。

1.2 工程地質及水文地質情況

1.2.1 工程地質情況

根據勘探及前期資料，場區地層主要為第四系沖積層，其厚度變化較大，最大厚度超過100m，從北向南逐漸變厚，沉積物主要為砂、黏性土、淤泥等，屬多元沉積結構，第四系地層在揭露深度范圍內按形成時代的先后、沉積韻律及組成成分的差異，從上往下可劃分為：sQ為人工填筑層；①、②層為alQ43河流相沖積層；③層m+alQ42海陸交互相沉積層，主要為灰黑色淤泥或淤泥質土夾淤質粉細砂，呈相互交錯沉積，或透鏡狀。④層alQ41河流相沖積層，可細分為三個亞層：④-1層為黏性土層；④-2層為中細砂層，含粉砂及泥質，稍密-中密狀；④-3層為砂卵礫石層及含礫粗砂層。⑤層alQ33河流相沖積層；下覆基巖為侏羅系及白堊系地層。

圖1 浸沒區分布圖

根據潮州市歷史記載，在潮州城區及東廂堤的窯美村均有過潰堤，在潰口段水流將alQ43地層沖蝕而出現缺失，一直下切到m+alQ42地層，之后沉積了8-12m現代河流相中粗砂-粉細砂層，該砂層與韓江河床砂層相連通，水力聯系密切。

在涸溪到周厝、埔上村一帶為早期沖蝕形成的古河床，從上至下堆積一層較厚黏性土，直接覆蓋砂卵礫石層上。根據前期地質勘探結果，該地層厚度平均約55m，底部高程約-66--86m，地下水連通性較好。

1.2.2 水文地質條件

1) 地表水系及流向

韓江左岸意溪鎮片區及東廂堤片區地表水主要匯入意溪河，最終進入北溪從饒平注入南海；右岸地表水主要是通過三利溪流入楓江再匯入榕江從汕頭注入南海。

2)地下水及流向

根據地質勘探結果顯示，兩岸沖積平原在黏性土蓋層較厚的地方均存在兩個地下水位：①上部為潛水，賦存于上部砂層及黏性土層中；②下部為微承壓水，主要賦存于下部砂卵礫石層中。在城堤后的決口區內及兩岸一些古河道則只存在潛水。

根據兩岸平原第四系地層結構特征，上部與河床砂層相連通的砂層的滲漏是堤內產生浸沒的主要透水通道，下部不是堤內產生浸沒的主要透水通道。

1.3 水庫下閘蓄水情況

潮州供水樞紐于2005年9月30日正式下閘蓄水，初期蓄水高程為8.0m(珠基)，以滿足船閘通航水位要求，穩定6個月后，每半年提升0.5m，在蓄水穩定期主要是觀測庫區兩岸浸沒情況及樞紐各項監測指標是否正常，如發現異常情況，可暫緩提升水位或降低水位運行，確定沒有異常情況后再繼續蓄水，直至庫水位到樞紐正常蓄水位10.5m。

2 庫區浸沒計算分析及浸沒控制標準

2.1 地下水壅高計算

地下水壅高是指庫水位為8-10.5m條件下，堤后的地下水壅高，包括有無防滲措施的情況。該工程與華南理工大學合作，采用兩種滲流計算方法進行相互驗證。

方法1：使用三維滲流分析系統3D-Flow進行計算；

方法2：使用華南理工大學曹洪博士開發的多層透水地基滲流計算程序進行計算。

經兩種計算方法算出地下水壅高值，結合潮州樞紐下閘蓄水后工程影響區域范圍內地下水位變化情況，在長期處于高水位且無任何工程處理措施的情況下，潮州市城區部分區域處于浸沒狀態。根據庫區地層分布情況，預測堤內表層有較厚砂層與河床砂層相連通的部位發生浸沒的可能性。

根據潮州供水樞紐庫區影響范圍，按浸沒影響程度的輕重將浸沒區劃分為輕微(Ⅰ類)、中等(Ⅱ類)、嚴重(Ⅲ類)三個等級，具體分布情況如下：

①嚴重浸沒影響區(Ⅲ類)：主要分布在城堤、東廂堤潰決沖積區內地勢較低的地方，以及左岸湘子橋至韓江大橋臨江附近。

②中等浸沒影響區(Ⅱ類)：主要分布在各防護堤堤內約100-200m附近及潮州市城堤潰決沖積范圍外的老城區等地方。

③輕微浸沒影響區(Ⅰ類)：主要分布在意東堤、北堤堤后及其他各防護堤堤內較遠的地方。

2.2 浸沒控制標準

浸沒控制標準按不同類型場地分別擬定。《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288-98)給出了水稻田設計排漬深度的建議值為0.4-0.6m，該工程浸沒標準按0.5m控制。其他浸沒控制標準建議值見表1。

表1 不同類型場地的浸沒標準

3 工程處理措施

根據浸沒計算分析及浸沒影響的程度，對不同區域采取不同的處理措施，主要方案如下：

1)意東堤

意東堤為輕微浸沒影響區，影響范圍主要在堤后200m范圍內，工程建設期未采取工程措施，近期根據廣東省政府要求，為確保韓江干流范圍內堤防安全，進一步消除工程隱患，決定對意東堤采取防滲加固措施。

2)東廂堤

東廂堤為嚴重浸沒影響區，影響范圍主要在堤后100-200m范圍內，主要設計方案為“前堵后排”，具體工程措施是在堤頂設多頭深攪薄壁防滲墻，上游從北溪右岸的鳳凰塔作為起點，下游至樞紐土壩連接段作為終點，與潮州樞紐的防滲墻連接成一個整體，防滲墻底部高程控制在第一層相對不透水層2m，在沒有相對隔水層的堤后合理范圍內設無砂混凝土排水管+排水減壓井，形成排水漏斗，降低區域內的地下水，最終將地下水排往北溪。對局部低洼地區，采用墊高壓滲等措施進行處理。

3)北堤、城堤和南堤

北堤堤后為輕微浸沒影響區，在樞紐工程建設期未采取工程措施，后期潮州市通過一江兩岸綜合整治措施，對堤后低洼地采取局部回填和設置排水導尿管措施進行了處理。

城堤-南堤-上埔堤-壩址為嚴重浸沒影響區，主要設計方案為“前堵后排”，具體工程措施為：全段堤頂采取高壓擺噴防滲墻進行截滲處理，防滲墻底部高程控制在第一層相對不透水層2m，在無相對隔水層的城堤潰口段防滲墻最深為28m，為懸掛式防滲墻，同時在堤后合適的位置設減壓井及排水溝，減壓井平均間距約25m，井深深入第一層強透水層，井口高程8.0m，減壓井之間通過直徑為1.6m-2.0m的管道進行連接，滲水通過管道最終匯集到古樹廟泵站，再通過泵站抽排到韓江。

4)仙洲島地面高程一般在10.9m以上，樞紐建成后水庫的正常蓄水位與島內的地面高程接近，可能會造成島內局部浸沒，為避免因地下水位的抬高發生浸沒現象以至影響島內的生活環境和生態環境，須采取經濟合理且可靠的工程措施對整個島進行保護。通過滲流計算，每天滲水量約為500m3。保護措施為在環島的堤腳后20m處，地下1.5m埋設Φ500無砂混凝土排水管排走滲水以此控制島內地下水位的抬高，并在島上地面高程較低的東南角設置一座裝機容量為20kW的電排站抽排匯集的滲水[2]。

4 浸沒觀測及評價

4.1 浸沒觀測布置范圍及布置原則

為了全面了解浸沒區在工程下閘蓄水前后地下水位變化情況，在庫區兩岸各浸沒區總共布置了55個監測點，布置范圍包括左岸意東堤后區，東廂堤后區；右岸北堤南端、城堤、南堤堤后的潮州市城區的大部分，北至中山路，南至蔡隴路，西至潮州火車站，總面積約30km2。重點監控區一般按網格狀布孔，非重點監控區一般按地下水流方向線狀布孔。

按計劃北堤區在南端按地下水流方向布置一個觀測剖面共2孔，潮州市城區基本按網格狀布置，共有觀測孔40個(其中下層地下水(承壓水)觀測孔3個，土層滲壓計3個)；意東堤區分別在北區、南區按地下水流方向各布置一個觀測剖面共4孔，東廂堤區按網格狀共布置9孔。觀測孔布置見圖2。

圖2 觀測孔布置圖

4.2 觀測成果初步分析及浸沒評價

潮州樞紐浸沒區地下水位長期觀測網于2005年8月28日全部安裝完成，觀測時間從2005年8月30日至2020年6月30日止，現已歷時近15年。前期觀測頻率一般是5天一次，并根據庫水位的調度情況作適當的加密觀測，兩年后維持每月觀測一次。

觀測區域分為左岸的意溪北區、意溪南區、窯美區；右岸的北關區、中心城區和池湖區等6個區段，各區現有觀測成果分述如下：

1)意溪北區以及南區的地下水位高程一般較高，在庫水位高程小于10m以下時，大部分地下水位高于庫水位，地下水補給庫水。當庫水位高于10m時，在意溪南區靠近堤圍附近地段，下層承壓水位明顯上升，但由于上部有黏土層阻隔，地表未見地下水滲出，表明上部黏土隔滲效果良好，需注意保護。

2)東廂堤窯美區地勢較低，而且上部表層分布有一層厚3m-12m的中粗砂層與河床砂層連通，在堤基截滲前，該處漁塘水位與外江水位聯系密切，但堤基進行截滲處理后，據JK53、JK51、JK54、JK55等孔的觀測資料，地下水位相對穩定，地表也未發現有地下水滲出，表明該段堤基防滲效果良好，同時該部位地下水向下游消散作用明顯。但在東廂堤靠上游段樁號0+400-0+650附近，在蓄水初期，由于配套工程的攀月頭取水口未建，該段堤基未作防滲處理，庫水位超過7m時在堤內坡腳見有輕微的地下水滲出現象，靠近堤圍50m的農田也見有微弱的地下水滲出，地表較濕，見有局部積水現象。其后該段補做堤基截滲并結合排水減壓井盲溝工作，堤內坡腳未見滲漏，原來滲水的農田也有了改善。表明堤基截滲處理和排水減壓有一定效果，但仍需加強觀測工作。

3)北關區的承壓水與庫水位高程較為接近，表明下部層與外江庫水連通性較好，但上層潛水未見明顯上升，地表未見地下水涌出現象，周邊環境也未見產生潮濕現象，表明承壓水與潛水連通性較差，上部黏土蓋層具有良好的隔滲作用，要注意保護。

4)在中心城區環城西路一帶是古潰決區邊緣，而且地勢較低，在庫水位高程>9m，古樹廟抽水泵沒有工作時，部分觀測孔管口有承壓水溢出現象，但附近水井的潛水水位仍處于地面以下0.5m-0.7m，周邊未見有地下水滲出現象，表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，上部薄層黏土及人工雜填土層隔水效果良好，需注意保護。

另外在靠近南堤的JK28孔，該孔地下水位與外江庫水位聯系密切，由于該處地勢較低，在庫水位>9m時，該孔管口也有輕微溢水現象，但周邊未見地下水滲出，表明上部黏土及人工雜填土層具有良好隔水作用。

城區其它部位觀測孔水位相對穩定，水位高程也較地面低，未見有孔口溢水現象。

目前庫區防護排水減壓井項目已完成，但由于一些其它原因暫未投入使用，據觀察當庫水位>9m時，南春路62號、63號減壓井有較大的地下水涌出，當抽水泵站運行時，周邊地下水位下降趨勢明顯。

5)池湖區地勢處于較低洼地帶，但由于其向西南方向傾斜，使得地下水向西南方向的楓溪河有良好消散作用，加上該區地層上部普遍分布有較厚的黏土層阻隔，因此該區大多數觀測孔地下水位較低，未見有地下水溢出孔口現象。

6)2020年7月8日，廣東省韓江流域管理局致函廣東省水利電力勘測設計研究院《關于委托開展省潮州供水樞紐工程庫區浸沒影響區地下水位階段性分析的函》，該院根據2005年9月至2020年6月的監測資料進行了全面分析，認為各測點監測數據已處于穩定狀態，同時結合潮州市在北堤、意東堤和東廂堤堤后路的改造，以及韓東新城的建設，庫區浸沒的條件已大為改善，認為潮州供水樞紐庫區浸沒的有關監測工作可以結束。

5 結 論

潮州供水樞紐工程建成投入使用后，隨著庫水位的上升，兩岸浸沒區通過監測數據反映的地下水情況總體趨于穩定，絕大部分浸沒區已沒什么影響，說明工程所采用的措施是合理的，達到了預期的效果。雖然由于東廂堤后窯美村因灌溉渠及魚塘持續保持高水位，局部農田地下水位較高，前期也有村民反映個別房屋有返潮現象，但2017年隨著寶塔路(東廂堤堤后防汛路)的擴建，將路基填高加寬后，堤后浸沒情況也有所好轉，少部分農田改種需水型作物(蓮藕)或養殖牛蛙，已基本消除浸沒影響，窯美村也隨著潮州市韓東新城的建設，魚塘已填筑起來，現在正在建設萬達廣場，低洼區的填土能起到壓滲作用，說明浸沒區正在向好的趨勢發展。

潮州供水樞紐工程是較早時期在沿海地區三角洲平原建成的大型閘壩工程，庫區地質條件及周邊環境復雜，浸沒影響的范圍廣，工程處理難度大，本工程對庫區浸沒的分析及處理措施、以及浸沒區長期監測的成果與分析對其他類似工程都有一定的借鑒作用。