南方低水頭徑流式電站的水庫浸沒問題.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-南方低水頭徑流式電站的水庫浸沒問題李寧新（中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司廣州510611）摘要水庫浸沒是低水頭徑流式電站水庫的主要環(huán)境工程地質(zhì)問題之一。工程實(shí)踐表明，對(duì)南方河槽型水庫或平原水庫，規(guī)范1及手冊(cè)2提供的預(yù)測(cè)方法與實(shí)際不符。本文根據(jù)河流一級(jí)階地（含高漫灘）水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特殊性，分析水庫蓄水后兩岸地下水動(dòng)力條件的變化，提出一級(jí)階地宜采用承壓水計(jì)算模式預(yù)測(cè)兩岸地下水雍高；論證岸后承壓滲流場作用下形成的浸沒實(shí)質(zhì)是粘性土蓋層的“弱結(jié)合水浸沒”。同時(shí)，針對(duì)浸沒區(qū)承壓滲流和“弱結(jié)合水浸沒”特征，分析了常見的治理措施存在的問題，提出了徹底治理建議關(guān)鍵詞河槽型水庫平原水庫水庫浸沒弱結(jié)合水浸沒壓滲（填高）復(fù)墾前言受地形地貌條件限制和考慮水庫淹沒因素，低山丘陵盆地區(qū)及三角洲平原區(qū)則只能修建低水頭徑流式電站或綜合樞紐。低水頭徑流式電站正常蓄水位一般限制在河流一級(jí)階地附近，形成河槽型水庫；不少樞紐還為抬高水頭而需要靠兩岸堤防擋水成庫，形成正常蓄水位高于兩岸一級(jí)階地的平原水庫。因水庫蓄水抬高河水位導(dǎo)致兩岸地下水位雍高而產(chǎn)生水庫浸沒，是低水頭徑流式電站水庫的主要環(huán)境工程地質(zhì)問題之一。工程實(shí)踐表明，對(duì)南方河槽型水庫，由于地質(zhì)環(huán)境的區(qū)域性及水庫工程條件的差異性，按照規(guī)范1及手冊(cè)2提供的方法預(yù)測(cè)的結(jié)果明顯偏大；而對(duì)正常蓄水位高于兩岸一級(jí)階地的平原水庫，由于實(shí)際工況與規(guī)范1及手冊(cè)2提供的預(yù)測(cè)模型差異較大，不再適用其地下水雍高計(jì)算公式，以致水庫浸沒預(yù)測(cè)缺乏依據(jù)。研究表明，一級(jí)階地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)是一級(jí)階地地下水滲流場的控制性因素3。本文在分析水庫浸沒研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)河流一級(jí)階地（含高漫灘）水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特殊性，分析河槽型或平原型水庫蓄水后兩岸地下水動(dòng)力條件的變化，提出具“二元結(jié)構(gòu)”的一級(jí)階地宜采用承壓水計(jì)算模式預(yù)測(cè)兩岸地下水雍高；根據(jù)結(jié)合水動(dòng)力學(xué)研究成果分析4，論證岸后承壓滲流場作用下形成的浸沒實(shí)質(zhì)-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-是粘性土蓋層的“弱結(jié)合水浸沒”。同時(shí)，針對(duì)水庫蓄水后一級(jí)階地形成的承壓滲流特征，分析了常見的治理措施存在的問題，提出了徹底治理建議。1水庫浸沒研究現(xiàn)狀1.1水庫浸沒評(píng)價(jià)現(xiàn)狀在中國，自官廳水庫蓄水（1955年）運(yùn)行后出現(xiàn)嚴(yán)重的水庫浸沒問題以后，水庫浸沒問題成為水庫工程地質(zhì)四大問題之一。七十年代出版的經(jīng)典著作水利水電工程地質(zhì)，根據(jù)官廳水庫等北方水庫浸沒情況總結(jié)出一套預(yù)測(cè)方法5,以后的規(guī)范1及手冊(cè)2都以此為藍(lán)本，絕大部分水利水電工程的水庫浸沒預(yù)測(cè)一般按照規(guī)范1及手冊(cè)2提供的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行。對(duì)具“二元結(jié)構(gòu)”的一級(jí)階地的地下水雍高計(jì)算，采用卡明斯基公式（如圖1）：式中:1下層含水層滲透系數(shù)(/)；2上層含水層滲透系數(shù)(/)；水庫正常蓄水位()；x地下水壅高后,計(jì)算斷面上的含水層厚度()；M下層含水層厚度()；-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-,x水庫蓄水位提高前在斷面1,處的含水層厚()。工程實(shí)踐表明，對(duì)南方河槽型水庫的一級(jí)階地，按照上述方法計(jì)算地下水雍高作出的預(yù)測(cè)結(jié)果明顯偏大。為此，有的工程采用調(diào)整浸沒標(biāo)準(zhǔn)修正水庫浸沒預(yù)測(cè)6，有的運(yùn)用結(jié)合水動(dòng)力學(xué)修正（降低）地下水雍高預(yù)測(cè)7，均可在一定程度上減少預(yù)測(cè)的浸沒范圍，但地下水雍高計(jì)算仍然采用卡明斯基公式，未能從根本上解決預(yù)測(cè)結(jié)果明顯偏大的問題。有些工程干脆采用經(jīng)驗(yàn)方法，把正常蓄水位線以上1（以內(nèi)）定為農(nóng)田浸沒范圍8。深入分析卡明斯基公式：由于上覆粘土K2很小，下伏砂礫層K1很大，K2K1，不考慮上覆粘土的潛水側(cè)向補(bǔ)給，令K20，卡明斯基公式可以簡化為x=x即xx簡化式反映出：水庫蓄水后，兩岸地下水呈承壓水線性補(bǔ)給水庫，庫水抬高多少，地下水相應(yīng)同步雍高多少；而且雍高后的近庫岸地段地下水位較低，似乎浸沒程度更低，雍高后的遠(yuǎn)庫岸地段地下水位更高，似乎浸沒程度更高，顯然與工程實(shí)際不符。此外，對(duì)正常蓄水位高于兩岸一級(jí)階地的平原水庫，由于實(shí)際工況與規(guī)范2及手冊(cè)3提供的預(yù)測(cè)模型差異較大：蓄水后，兩岸地下水不再是由岸補(bǔ)給河床，而是改變?yōu)閹焖a(bǔ)給地下水，地下水雍高計(jì)算不再適用卡明斯基公式，有人建議選擇滲水模型的浸潤線公式預(yù)測(cè)地下水雍高9。1.2水庫浸沒評(píng)價(jià)研究意義一方面，原來發(fā)電效益不佳的低水頭電站越來越多地以環(huán)境水利或資源水利工程的形式出現(xiàn)，低水頭徑流式電站水庫浸沒問題隨之引起越來越多的重視。如潮州水利樞紐為代表的韓江干流梯級(jí)開發(fā)、東江水利樞紐為代表的東江中下游梯級(jí)開發(fā)，還有北江清遠(yuǎn)梯級(jí)和湖南湘江長沙綜合樞紐等，水庫浸沒問題舉足輕重。另一方面，隨著新時(shí)期治水思路的提出，水庫環(huán)境工程地質(zhì)問題確實(shí)需要加強(qiáng)研究，才能滿足現(xiàn)代水利對(duì)工程地質(zhì)的要求。筆者認(rèn)為，一級(jí)階地土質(zhì)及水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊是手冊(cè)2提供的預(yù)測(cè)方法在南方低水頭徑流式電站水庫失效的根本原因，一級(jí)階地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)是控制南方低-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-水頭徑流式電站水庫浸沒的關(guān)鍵因素。從河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析入手，分析河槽型或平原型水庫蓄水后兩岸地下水動(dòng)力條件的變化，采用承壓水計(jì)算模式預(yù)測(cè)兩岸地下水雍高，可以從根本上解決預(yù)測(cè)結(jié)果明顯偏大的問題。2一級(jí)階地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)及岸后地下水動(dòng)力條件的變化2.1強(qiáng)透水層的堤后封閉產(chǎn)出由于正常蓄水位多限制在河流一級(jí)階地附近，階地沖積層下部與河水連通的是河床相的強(qiáng)透水層（砂層及砂卵礫層），受河床擺動(dòng)范圍限制，它一般在階地后緣尖滅或消失，周邊不是受基巖風(fēng)化殘丘所限，就是受阻于高階地粘性土層，即所謂強(qiáng)透水層在堤后（平面上）呈封閉產(chǎn)出。強(qiáng)透水層在堤后（平面上）封閉產(chǎn)出的范圍，就是可能產(chǎn)生浸沒的區(qū)域。如圖21。圖21一級(jí)階地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖2.2強(qiáng)透水層的上、下封閉結(jié)構(gòu)一級(jí)階地沉積具二元結(jié)構(gòu)，上部細(xì)粒土以粘、壤土為主，滲透系數(shù)K1110-2cm/s，為強(qiáng)極強(qiáng)