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水库建设对地下水水位的影响分析
来源:   发布时间:2017-11-29   浏览量:432  
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水库建设对地下水水位的影响分析
王全军
(江西省广丰区水利局,江西 上饶 334600)

摘要:降雨量、蒸发量和气候温度都会对地下水位产生很大的影响,而水库建设对于地下水位的影响也不容忽视。以南水北调续建配套工程辛集洼水库为例,结合区域地下会水位和水文地质情况,构建水库水渗漏对地下水水位影响预测模型,通过正常状态下和水库防渗漏措施失效状况下的水渗漏情况对比,最终得出:防渗漏措施失效状况下,水库建设工程会极大的影响地下水水位,尤其是在水库蓄水一年以上,不仅会提升地下水水位,还会造成土壤次生盐渍化,所以必须加强对水库周边地下水水位的观测,同时采取必要的工程措施来降低水库工程对地下水水位的影响。

关键词:水库建设;地下水位;影响

中图分类号: P641;TV697.2         文献标识码:B
    影响一个地区地下水位变动的因素有很多,例如降雨量、蒸发量以及温度等,降雨量越大,渗入到地下的水就会增多,降雨量较多的地方通常地下水都非常丰富;对于干旱地区来说,浅层的地下水会因为地表土壤水分的蒸发而损失,而地下水位越深,这种影响就会越小;在高寒和高纬度区域,如果气温长时间的处于零度以下,那么表层的地下水就会凝固成冰,以上这些都是自然因素对地下水位的影响,人为因素的影响最具代表性的是水库建设,以平原地区为例,平原地区水库建设工程可以有效地蓄积和调剂水资源,但是对水库周围的环境影响也比较大,如果建设不慎,可能造化该区域地基液化、渗漏、浸没等问题,所以对于本课题的研究至关重要1。本文以南水北调续建配套工程辛集洼水库为例,通过构建地下水库水位影响预测模型以及对结果的分析,总结水库建设库水渗漏对地下水水位的影响。
1 水库工程概况
   辛集洼水库总库容为3078万m3,计划蓄水量约为600万m3,2017年4月正式开始蓄水,引水流量5m3/s,水流入库最大的设计流量为14m3/s,最小为4.5m3/s,水流出库的设计流量为1.6m3/s,年调蓄水量约为5494万m3,该水库属于南水北调新建调蓄配套工程的重要环节,水库建设工程包括了围坝填筑、坝坡衬砌、库底防渗、引水渠道、附属建筑物等工程,围坝轴线长度为7.6公里,围坝均高10m左右,蓄水深度为8m。
2 水库区域地下水水位情况
水库工程建成之后,可极大缓解邹平县经济技术开发区、韩店以及魏桥等区域的工业用水,周边乡镇的生活用水,地下水渗漏面积扩展速度。辛水库周围设置了18个水位观测井,2014年和2015年在丰水期和枯水期分别对区域内的地下水水位进行观测,表1显示的这两次观测结果数据。
表1 枯水期和丰水期辛集洼水库观测点观测结果      单位:m
 
时间
 
地下水埋深 地下水位 地下水变动幅度
丰水期 0.8~2.8 9.0~11.41 0.5~1.5
枯水期 1.5~3.80 8.1~10.30 0.5~1.5
水库区域地下水的走向总体上呈西南—东北,丰水期的时候地下水补给杏花河,水库区域的地下水流向比较明显,同时水库场区周边地下水在丰水期埋深相对较浅,说明在丰水期的时候,水库周边局部区域已经处于浸没状态。
3.水库区域水文地质状况
辛集洼水库北边是比较明显的冲积层系,主要是由黄河洪水期沉淀形成的,整体地势相对平坦,岩性松散,砂层基本上呈现带状分布,透水性能非常强。整个区域内分布着大量的第四系沉积物,整体岩性松散,存有孔隙水,黄河洪水期沉淀形成的冲积层大量存在垂直裂隙,还有少量的大孔隙构造,渗透性较强,区域内地下水补给主要以降水为主,但是在黄河沿岸区域仍然有少量黄河侧渗水补给,存在的孔隙水受古河道带的控制,有少量水砂层发育,透水性也较强,水砂层不发育地带岩性基本上是粉细砂,补给条件相对较差,透水性非常弱2
4水库建设对地下水水位的影响分析
4.1预测模型
在水库正常运行状况下展开,对辛集洼水库水资源渗漏给区域地下水水位的影响进行相应预测,预测模型使用的是地下水水流解析法3,公式如下:

式中,H为包气带初始的厚度,单位m;h为地下水预测点包气带的厚度,单位m;K为是包气带综合渗透系数,单位m/d;Qi为辛集洼水库围坝平均每米的单位渗透量,单位m3/d;W(ui)为井函数,这个数值可以通过查询《地下水动力学》来获取;Ri各个水位预测点和围坝轴线之间的距离; 为包气带的平均厚度,单位m;T为从预测开始到结束的时间; 为水位预测点地下水水位的变动幅度。
按照以上公式对辛集洼水库不同情况下的坝轴线以外地下水水位变动情况进行预测,结果如图1、图2所示:

图1 正常状态下的地下水水位变动幅度
   

图2 水库防渗漏措施失效状况下的地下水水位变动幅度
4.2预测模型计算和结果评价
图1显示的水库正常状态下的坝轴线以外地下水水位变动幅度预测结果,在这种条件下,水库的工程设计对于坝基是按照全库盆铺膜防渗措施进行处理,围坝防渗是通过复合土工膜和坝外截渗沟措施来处理,从图中可以看出,水库工程设计处理措施都能够满足设计的要求。
库每年的渗漏量约为320万m3,预测模型公式中Qi为1.14;表1中丰水期周边地下水埋深为0.8~2.8m,平均值为1.7m,按照平均值进行计算,H表示的包气带的初始厚度,H取值为1.7m;包气带土层分布主要为裂隙粘土,包气带综合渗透系数k为2.09m/d,给水度0.1; 取值为1.7m。将这些参数带入公式,图1显示的即为最终的结果,从图中可以看出,辛集洼水库蓄水的时间和地下水位以及影响范围呈正比例关系,蓄水时间越长,水库周边地下水位提升就越高,相应的影响范围也会不断增加,以水库蓄水时间30h以后这条线为例,蓄水30h之后,水库地下水的水位提升约0.231m,在距离库坝中心轴线100m的位置地下水水位基本保持不变;水库蓄水时间1年的情况下,地下水水位最高可以提升0.298m,在距离库坝中心轴线200m的位置地下水水位基本不会变化,比较稳定,正常工况下,辛集洼水库库水的渗漏对于地下水水位的影响非常小,地下水水位变动幅度较小,整体比较稳定4
图2显示的水库防渗漏措施失效的情况下,水库坝轴线以外地下水水位的变动幅度,水库防渗漏措施失效指的是水库的防渗漏土工膜出现局部的破损现象,从而导致整个水库的渗漏量不断提升,这种情况下的辛集洼水库的渗漏量取值按照正常没有防渗状况下的水库总渗漏量的一半,最终取值为710.2万m3,按照预测模型以及相应的计算参数,最终的地下水水位变动情况如图2所示:
从图中可以看出,在水库防渗漏措施失效的情况下,水库库水的渗漏明显对地下水的水位造成了很大的影响,从图2中的每条蓄水时间线的变动情况即可看出,变动幅度比较大。防渗漏措施失效的情况下,水库在蓄水30h之后,周边地下水水位提升数值约为0.38m,蓄水时间100h之后,地下水水位提升数值约为0.49m,蓄水时间1年之后,地下水水位提升数值约为0.62m,蓄水时间5年之后,地下水水位提升数值约为0.91m,蓄水时间10年之后,地下水水位提升数值约为1.2m,蓄水时间30年后,水位提升数值为1.4m,从预测计算结果可以看出,在这种情况下,地下水水位的变动幅度增长比较慢,水库水渗漏对于区域地下水水位的影响也基本上1m以内,整体趋于稳定状态,从整体的变动情况来看,水库蓄水时间超过1年之后,受水库整体渗漏现象的影响,库坝后方一定范围以内的地下水埋深将会比土壤次生盐渍化趋于的地下水埋深小,基本上保持在1.2m以下,所以会造成库坝后方浸没现象,水库局部场区在丰水期的时候现状地下水埋深比较浅,均处于浸没状态,而水库防渗漏措施失效情况下,水库工程场区内的浸没区域会不断扩大,相应的该地区的库坝后方的土壤次生盐渍化程度也会不断加重5
5.结论
辛集洼水库在正常状态下,库水的渗漏对于该区域地下水水位的影响比较小,只需要采取简单的防渗漏措施就可以很好的控制地下水水位的变动;防渗漏措施失效的情况下,水库库水渗漏造成的地下水水位提升相对较大,尤其是在蓄水时间一年以上,库坝后方的土壤次生盐渍化程度也会不断加重,这种情况下,需要采取必要的工程措施来处理,尤其要加强对水库周边地下水水位的观测,通过定期观测和及时处理来降低水库工程对区域地下水水位以及水质的影响。
参考文献
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[3]刘金玉. 三涧堡地下水库对地下水环境影响的研究[D].大连理工大学,2015.
[4]李俊琴. 磨河水库工程对地下水的影响分析[J]. 甘肃水利水电技术,2014,(11):42-45.
[5]张志永. 密怀顺地下水库建设对周边地下水环境影响研究[D].中国地质大学(北京),2014.


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