清平水庫擴建工程居民點浸沒影響及塌岸評價

樊艷云, 王雙龍, 賀皎皎

(1.云南省水利水電勘測設計研究院,云南 昆明 650021; 2.昆明理工大學,云南 昆明 650093)

清平水庫擴建工程居民點浸沒影響及塌岸評價

樊艷云1, 王雙龍1, 賀皎皎2

(1.云南省水利水電勘測設計研究院,云南 昆明 650021; 2.昆明理工大學,云南 昆明 650093)

清平水庫在改擴建之后,正常蓄水位抬高,岸坡上部的部分居民點將遭受浸沒及塌岸的威脅。為確定搬遷移民范圍,以典型的上納龍村為例,采用綜合調查分析的方法,預測該居民點浸沒影響情況,進行浸沒影響程度分區,并計算可能塌岸地段的最終塌岸寬度,為移民安置規劃提供依據,同時為水庫區其它居民點的浸沒及塌岸的分析評價提供參考。

清平水庫;浸沒;地下水壅高;移民安置;塌岸寬度

1 工程概況

清平水庫位于文山州丘北縣錦屏鎮清平村的清平河上,位于珠江流域西江水系清水江上游,距縣城約13 km,水庫現狀總庫容109.50萬m3,設計灌溉面積1.87 km2,鄉鎮供水6.5萬m3,工程等級為Ⅳ等,為一座小(1)型水庫。本次擴建規模為:壩高43.0 m,壩頂高程1 468.00 m,正常高水位1 465.70 m,設計洪水位(P=2%)1 466.73 m,死水位1 448.00 m,總庫容1 345.3萬m3(死庫容104.9萬m3)。

2 工程區地質概況

水庫區總體屬于構造侵蝕低中山地貌,相對高差200～300 m。河床兩岸堆積物(階地)一般高出河床2 m左右,二級階地零星分布,比一級基地高出5 m左右,為基座式階地,較平坦。水庫徑流區內下伏地層巖性為三疊系中統蘭木組(T2l)泥巖、鈣質泥巖,粉砂巖、細砂巖、石英砂巖。庫區位于華南褶皺系滇東南褶皺帶之南嶺東西復雜構造帶的西段與滇越巨型旋鈕構造體系的復合部位,總體屬于單斜構造,巖層走向NE-SW,傾向SE,傾角20°～61°。根據1∶400萬《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2001)[1],工程區地震動峰值加速度為0.05g,地震動反應譜特征周期為0.35 s,對應的抗震設防烈度為Ⅵ度,區域上屬于地殼相對穩定區。

水庫區地下水類型主要有松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水。前者主要賦存于第四系(Q)松散巖地層的孔隙內,含水層由砂、砂卵礫石構成,中等—強透水;后者主要賦存于三疊系中統蘭木組(T2l)的裂隙內,含水層由表淺層全強風化巖體、弱風化巖體構成,中等—強透水。根據工程場區鉆孔資料,水庫區含水層均一,相對隔水層分布于河流及兩岸地表以下50～80 m處,由T2l弱風化—新鮮巖體構成連續、整體的隔水基底。

3 上納龍村地質條件

水庫區可能發生浸沒及塌岸的各居民點地質條件類似,上納龍村位于庫尾左岸,分布高程在1 465～1 487.65 m之間,總體地形坡度5°～10°,表層為砂質粘土、壤土、砂壤土夾碎石等,厚度一般<2.5 m,下伏基巖為T2l泥巖、鈣質泥巖、粉砂巖、細砂巖、石英砂巖,巖層傾向108°∠80°,上部全風化層厚約1～2 m。村莊范圍內無大型構造通過,發育3組節理:J1產狀265°∠67°,J2產狀242°∠39°,J3產狀348°∠27°,結構面微張—閉合,延伸長度一般<2 m。據現場豎井揭露,地下水埋深在2.6 m左右,目前不良物理地質現象不發育,水庫擴建后局部將遭受浸沒和塌岸影響。

4 浸沒評價

4.1 浸沒地下水埋深臨界值的確定

根據《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487—2008)[2],浸沒地下水埋深臨界值:

Hcr=Hk+ΔH

式中:Hcr——浸沒地下水埋深臨界值(m);Hk——土的毛細水上升高度(m),村莊范圍表層為砂質粘土、壤土、砂壤土夾碎石,房屋基礎部分置于全風化基巖上,根據經驗值(表1),結合現場觀測情況,本次評價確定Hk=0.2 m;ΔH——安全超高值(m),對于村莊居民區,結合水庫區村莊民宅房屋的基礎形式和砌置深度,確定該值為1.0 m。

表1 毛細水上升高度參考值[3]

由此,本次評價上納龍村浸沒地下水埋深臨界值為:Hcr=0.2+1.0=1.2 m。

4.2 地下水壅高值的確定

水庫區含水層均一,相對隔水層分布于河流及兩岸地表以下50～80 m處,村莊地形平緩,隔水層頂板近水平,選取兩個斷面(斷面1、斷面n)進行地下水壅高值計算(如圖1)?！皵嗝?”為擴建后正常蓄水位與岸坡交點處;“斷面n”為村莊內某實測地下水位處,該處在蓄水后地下水含水層厚度yn近似[4]為:

式中:yn為斷面n處地下水壅高值(m);hn為擴建前斷面n處的地下水含水層厚度(m);y1為擴建后斷面1處地下水含水層厚度(m);h1為擴建前斷面1處的地下水含水層厚度。

經計算,yn=47.68 m,斷面n處地下水壅高值=yn-hn為4.01 m,以此可推測水庫擴建后的地下水壅高水位線(圖1)。

圖1 地下水壅高值計算圖Fig.1 Calculation chart of the banked-up water levels of groundwater1.沖洪積層:砂卵礫石、碎塊石夾粉細砂;2.三疊系中統蘭木組石英砂巖、粉砂巖、砂質泥巖;3.砂卵礫石、碎塊石夾粉細砂;4.砂質粘土;5.砂質泥巖;6.巖層產狀;7.實測地層不整合界線;8.現狀下斷面河水位;9.正常蓄水位;10.實測地下水位;11.原地下水位線;12.地下水壅高水位。

4.3 浸沒影響分區

地下水埋深等于地下水臨界深度處的高程為1 469.04 m,以此,按擴建后浸沒影響程度的大小將上納龍村分為三個區:

(1) 浸沒影響區 該區在水庫擴建后地下水埋深小于地下水埋深臨界值Hcr(1.2),浸沒影響嚴重,分布高程位于1 469.04 m以下的居民需進行移民安置。

(2) 浸沒過渡區 該區在水庫擴建后地下水埋深位于地下水埋深臨界值附近,總體上庫區居民點覆蓋層厚度小,取設計洪水位(P=2%)1 466.73 m與正常高水位(1 465.70 m)之差為警示深度即1.03 m,浸沒過渡區高程在1 469.04～1 470.07 m,該區理論上不遭受浸沒影響,但擴建后在波浪及水位的變化影響下,可能產生浸沒影響,應考慮移民安置或做好排水措施,防止其發展為浸沒影響區。

(3) 非浸沒區 該區在水庫擴建后地下水埋深>Hcr+警示深度,分布高程>1 470.07 m,一般不會產生浸沒影響,可不必進行移民安置,但應做好相應監測工作。

5 塌岸預測

5.1 基巖岸坡穩定性分析

通過現場綜合調查,上納龍村西側斜坡穩定性差,水庫擴建后蓄水位上升有塌岸的可能,斜坡總體傾向244°,坡度約25°,各結構面及結構面組合與斜坡的關系見圖2。

圖2 岸坡結構面赤平投影圖Fig.2 Stereographic projection for bank slope structural plane

分析可看出,與岸坡同向的組合結構面(J1,J2)、(J2,J3)傾角小于坡角,對岸坡穩定性影響較大,水庫蓄水后,在庫水沖刷和掏蝕作用下,可能發生塌岸,對村莊產生影響;此外,其余結構面傾角大于坡角,對岸坡穩定性影響較小。

5.2 塌岸寬度計算

根據《水利水電工程地質勘查資料內業整理規程》

(試行)(SDJ19—78)[4],利用卡丘金法計算其預測最終塌岸寬度(S)(圖3)。

計算公式為:

S=N[(A+hB+hp)cotα+(hs-hB)cotβ-(B+hp)cotγ]

式中:S——塌岸寬度,m;N——與土的顆粒有關的系數,本次計算取N=1;A——水庫水位變化幅度,即保證率為10%～20%的最高水位與非結冰期間的最低水位之差,m;B——設計淹沒水位與最低水位之差,m;hB——浪擊高度或波浪爬升高度,m,根據經驗值取hB=0.5 m;hp——波浪沖刷深度,m,本次計算取hp=1 m;hs——最高水位以上的岸高;β——水上岸坡的穩定坡角,本次計算取參考值β=25°;α——邊坡浪蝕淺灘的穩定坡角,本次計算取參考值α=8°;γ——原岸坡角,本次計算過程中取岸坡坡角最大值,10°。

本次計算最高水位取設計洪水位1 466.73 m,由于村莊處河道高于死水位,本次計算最低水位取岸坡下部現狀河水位1 463.00 m。經計算預測,上納龍村西側斜坡在水庫擴建蓄水后的最終塌岸寬度(S)為27.12 m。

圖3 塌岸寬度計算圖Fig.3 Calculation chart of reservoir bank ruin width1.沖洪積層:砂卵礫石、碎塊石夾粉細砂;2.第四系殘坡積層:砂質粘土、壤土、砂壤土夾碎石;3.三疊系中統蘭木組石英砂巖、粉砂巖、砂質泥巖;4.砂卵礫石、碎塊石夾粉細砂;5.砂質粘土;6.砂質泥巖;7.巖層產狀;8.實測地層不整合界線;9.探坑;10.實測地下水位;11.原地下水位線;12.地下水壅高水位。

6 結論

(1) 上納龍村分布高程位于1 469.04 m以下地區為浸沒影響區,水庫擴建后浸沒影響嚴重,該地段居民需進行移民安置。

(2) 高程在1 469.04～1 470.07 m之間地段為浸沒過渡區,擴建后可能產生浸沒影響,應考慮移民安置或做好排水措施,并調整該地段土地利用結構,防止其發展為浸沒影響區。

(3) 上納龍村高程在1 470.07 m以上居民可不必進行移民安置,但應做好相應監測工作。

(4) 上納龍村西側岸坡段在節理裂隙切割下,巖體完整性差,岸坡穩定性差,預測塌岸寬度27.12 m,結合浸沒影響綜合分析,可考慮將岸坡塌岸寬度附近的居民進行移民安置,并對該段岸坡進行漿砌石護坡支護,防止塌岸寬度進一步增大。

(5) 清平水庫庫區內其余居民點移民安置范圍可參考借鑒本文計算分析方法。

[1] 全國地震區劃圖編制委員會．中國地震動參數區劃圖(GB/0306—2001)[S].北京:中國標準出版社,2001．

[2] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質勘察規范(GB50487—2008)[S].北京:中國計劃出版社,2009.

[3] 孫思淼,戴長雷,劉春麗,等.水庫浸沒災害調查與評價方法研究:以大頂子山水庫上游浸沒區為例[J].人民長江,2012(9):69-73.

[4] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質勘查資料內業整理規程》(試行)(SDJ19—78)[S].武漢:長江委信息研究中心,1978.

(責任編輯：陳姣霞)

Immersion Effect and Bank Collapse Evaluation of ResidentialAreas in Qingping Reservoir Project

FAN Yanyun1, WANG Shuanglong1, HE Jiaojiao2

(1.YunnanInvestigation,Design&ResearchInstituteofWaterResources&Hydropower,Kunming,Yunnan650021; 2.KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093 )

After reconstrution of Qingping reservoir project,some residential areas will be threatened by immersion and bank collapse problem because of normal pool level rising.In order to define the scope of reservoir resettlement,taking representative Shangnalong Village for example,the paper adopts the method of comprehensive investigation,predicts the effect of immersion,finishs influence degree of immersion regionalization,and also the final reservoir bank collapse width has been calculated.It provides useful methods for analysis of evaluation of immersion and bank collapse on other residential areas.

Qingping reservoir; immersion; the banked-up water levels of groundwater; resettlement; bank collapse width

2014-12-29;改回日期:2015-01-20

樊艷云(1986-),男,助理工程師,碩士,地質工程專業,從事水利水電工程地質勘察工作。E-mail:422314853@qq.com

TV697.2+5

A

1671-1211(2015)03-0319-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201503017

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150422.1105.019.html 數字出版日期:2015-04-22 11:05