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摘要：浸没问题是河槽型水库建库常见的主要工程地质问题之一。本文通过对塘头水电站库区浸没问题的分析研究，对多种预测手段进行了运用，总结分析后确定了最终采用的适用于当地的预测分析手段，对其它类似工程具有很好的借鉴作用。
关键词：水库浸没；地下水埋深临界值；地下水雍高；浸没判别
塘头水电站位于广东省乳源县北部与浈江区交界面附近武水河段上，东临省道S248，西邻桂头镇塘头村。塘头水电站主要是以发电为主的枢纽工程，本电站为河床式水电站，主要建筑物有泄水闸、兼有泄洪功能的电站厂房等。规划正常蓄水位（珠基高程）68.00m，设计与校核洪水位分别为70.11m和71.82m，总库容1544万m3。设计坝顶面高程74.50m，装机容量2.0万kW。当建坝后库水回水会造成上游两岸阶地以及桂头镇上、下游右岸部分等低于回水高程的低洼地带的农田被淹没，地下水雍高可能对上述各地高程70m～68m的农田及村舍产生浸没。经调查，共有凰村、莫家村、担竿岭等地段会产生浸没问题。
1、塘头水电站库区浸没河段的地质结构特点
塘头水电站从库首至七星墩两岸一级阶地面高程为67m～75m，库尾为75m～82m，阶地冲积层均具有二元结构，上部主要为粉质粘土，局部为泥质粉细砂，下部主要为砂砾卵石层组成。粘性土层厚约5.0～6.0m，分布较稳定，渗透系数在2.9×10-5cm/s～4.1×10-7cm/s之间，属于微～弱透水层；下部砂卵砾石层厚5.0～7.0m，分布稳定，含地下水，其顶板高程一般为64.00～65.30m，平均渗透系数约为2.9×10-3cm/s～5.0×10-3cm/s，属于中等透水层。据库区水文地质调查表明，地下水埋深一般约2～8m，高出武水河面，受大气降水补给，向武水排泄。当建坝后库水回水会造成上游两岸阶地以及桂头镇上、下游右岸部分等低于回水高程的低洼地带的农田被淹没，地下水雍高可能对上述各地高程70m～68m的农田及村舍产生浸没。
2、采用不同方法的浸没预判成果分析
1）采用卡明斯基公式进行预判
现以塘头村、莫家村作为典型断面计算地下水雍高水位。计算简图见图1。对具二元结构的阶地的地下水位雍高计算，采用卡明斯基公式，如下：
K1M（hn-h1）+1/2K2（hn2-h12）=K1M（yn-y1）+1/2K2（yn2-y12）
式中：M——下部含水层厚度（m）；
K1——下部含水层渗透系数（cm/s）；
K2——上部含水层渗透系数（cm/s）；
h1、y1——起始断面水库蓄水位前、后含水层厚度（m）；
hn、yn——计算断面水库蓄水位前、后含水层厚度（m）；
上部试验结果反映：水库蓄水后，两岸地下水呈承压水线性补给水库，水库抬高多少，地下水相应同步雍高多少，而且雍高后的近库岸地段地下水位较低，似乎不易产生浸没，雍高后的远库岸地段地下水位更高，似乎更易产生浸没，显然与大量工程实际（近库岸地段多浸没）不符。此外，由此公式计算的蓄水后地下水位雍高值1.30～4.30m太大，亦不符合类似工程实际经验。据相关工程数据显示，水库蓄水后，两岸地下水略低于河水位，不再是河岸地下水补给河床，而是改变为库水补给河岸地下水。
2）采用《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）公式进行预判
根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）的浸没评价标准，浸没地下水埋深临界值可按下式确定：
Hcr = Hk + △H
式中：Hcr——浸没地下水埋深临界值（m）；
Hk——土的毛管水上升高度（m）；
△H——安全超高值（m）。
土的毛管水上升高度Hk确定原则：由于本区浸没地段地层表层土主要为粘性土，据《土壤学》相关资料给出的粘性土毛管水上升高度参考值为0.8～1.0m，本区土的毛管水上升高度Hk取值1.0m。
安全超高值△H确定原则：据调查，工程区内生长的农作物主要为水稻、花生、蔬菜等浅根系作物，90%分布在地表50cm土层范围内，大于50cm埋深范围的根系，只在作物生长的某个时期及一定程度上影响作物产量，而不会对作物的成活构成威胁，故本工程区农作物浸没评价的安全超高值△H取值0.5m；另据调查，乡村民房的基础埋深多在0.5～1.0m，故本工程区民房浸没评价的安全超高值△H取值1.0m。
综上所述：浸没地下水埋深临界值Hcr农作物取值1.50m，乡村民房取值2.0m。由此确定本地区浸没上限高程标准采用不同断面地下水位线高程基础上加1.5m（乡村民房加2.0m），扣除淹没部分圈定浸没范围，共有凰村、莫家村、担竿岭等地段可能会产生浸没问题。
3）采用袁宏利等人推导的公式进行预判
莫家村浸没区地层主要呈上细下粗双层结构。上部主要为粉质粘土层，主要呈可塑状，渗透系数小于1.0×10-6cm/s，属不透水层，粉质粘土层分布厚度变化较大，一般呈1.20～5.50m，以塘头村至桂头镇水泥路为界，路以东表层粉质粘土层较薄，分布厚度约1.20m，路以西表层粉质粘土层较厚，分布厚度约4.0～5.5m；下部主要为中细砂和砂卵砾石层，渗透系数大于1.0×10-3cm/s，属中等～强透水层，顶板分布高程64.00～68.10m。
根据莫家村地层结构特点，表层粉质粘土层较厚，砂层透水层顶板高程64.00～65.30m，考虑到地下水的垂直渗透力作用，下部粘性土的含水带厚度T采用以下公式确定：
式中：H0为设计承压水头，取值为68.0-65.3=2.7m；
I0为起始水力坡度，一般经验值0.64～0.94，本地区取值0.64m；
以莫家村浸没区工程地质剖面为典型断面计算水泥路以西粘性土含水带厚度T约1.65m，含水带顶板高程最大约65.30+1.65m≈67.0m，加之考虑粉质粘土的毛管水上升高度Hk取值1.0m，农作物浸没评价的安全超高值△H取值0.5m，浸没影响范围可按68.5m高程范围确定，由于本区地表高程大于69.0m，由此推断理论上不存在浸没问题，本阶段暂不进行处理。但考虑到以上计算方法的局限性和计算参数选取的误差，参考地区类似工程的处理经验，建议将69.5m以下的农田定为疑似浸没区，待水库蓄水后进一步加强观察进行必要的处理。
3、结语
水库浸没是评价水库经济效益的重要因素之一。不同的地区，不同的地形地质条件，水库浸没影响程度是大不相同的。形成浸没现象的因素很多，包括库岸地形、岩石组成和结构、水文地质、水库运行方式等。一般河槽型水库由于库岸地形平坦，地下水埋藏较浅，最易形成浸没，并且浸没区范围比较大，在实际工程中需要进行治理。本文通过对塘头水电站库区浸没问题的分析研究，对多种预测手段进行了运用，总结分析后确定了最终采用的适用于当地的预测分析手段，对其它类似工程具有很好的借鉴作用。
参考文献
1、凌开琼；水库浸没问题初步探讨[J]；东北水利水电；1992年07期
2、彭樊源；广东河槽型水库浸没预测方法探讨[J]；人民珠江；2006年05期
3、李宁新；南方低水头径流式电站的水库浸没问题[J]；人民珠江；2008年02期
论文作者:彭建峰,胡振灿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/27
标签：高程论文; 地下水论文; 水库论文; 水电站论文; 粘土论文; 含水层论文; 厚度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;