孫 政，莊景春，楊曉晗，于景宗

中水東北勘察設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021

1 工程背景及研究意義

1.1 背景

大藤峽水利樞紐是紅水河梯級(jí)規(guī)劃的最末一個(gè)梯級(jí)，位于廣西的黔江河段上，是一座大（1）型水利樞紐工程。水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位61m，相應(yīng)庫(kù)容為28.13×108m3。武宣盆地位于水庫(kù)上庫(kù)段的黔江，包括三里、武宣、二塘等城鎮(zhèn)，長(zhǎng)約30km，寬2～10km，是武宣縣居民和耕地比較集中的地段。水庫(kù)蓄水后將造成地下水位抬升，對(duì)承壓水頭高于黏土底板的地段產(chǎn)生浸沒影響。

1.2 研究意義

評(píng)價(jià)水庫(kù)區(qū)浸沒與否的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是臨界地下水位埋深，進(jìn)行浸沒初判時(shí)一般臨界地下水位埋深按毛細(xì)水上長(zhǎng)升高度加上安全超高值；浸沒復(fù)判時(shí)農(nóng)作物區(qū)及建筑物區(qū)都需要考慮土層毛細(xì)水上升高度。由此可見，水庫(kù)浸沒評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)是土的毛細(xì)水上升高度值[1-2]。武宣盆地地表覆蓋層基本為殘積紅黏土或次生紅黏土，取得可靠的紅黏土毛細(xì)水上升高度值，對(duì)水庫(kù)區(qū)的浸沒評(píng)價(jià)具有重要意義。

2 地質(zhì)概況

武宣盆地以黔江為界武宣盆地分為兩個(gè)地貌類型，左岸為溶蝕平原，地勢(shì)平緩，地面高程一般為65～70m，覆蓋層一般由殘積紅黏土、次生紅黏土（Q3el）兩層組成，厚度一般為4～18m，最厚處為26m，最薄處為1.4m，屬于滲透性極微弱的高液限黏土；灰白色含碎石的風(fēng)化砂，厚度一般1.7～2.5m，最厚達(dá)5.9m，屬中等～強(qiáng)透水層，七星河、三里河、東鄉(xiāng)河等三條黔江一級(jí)支流在武宣盆地左岸匯入黔江。右岸為峰叢谷地，地形平坦，孤峰、殘丘和洼地等巖溶地貌分布廣泛，地面高程一般54～70m。覆蓋層為沖洪積和殘積黏土層，厚度一般為4.5～6.6m。兩條黔江一級(jí)支流濠江和武來河流經(jīng)峰叢谷地匯入黔江。

該區(qū)地下水類型主要為巖溶裂隙水，盆地的前部和中部地下水位在基巖內(nèi)，至盆地后緣地下水位高于基巖面，局部呈承壓狀態(tài)，在三里、馬王附近基巖面較低，黏土層較厚，承壓水頭較高，如在ZK107孔和T267孔都發(fā)現(xiàn)有承壓水，T267孔承壓水頭達(dá)11.29m。巖溶裂隙水坡降平緩，一般3‰～6‰，向黔江排泄。據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)資料，地下水年變幅為5～10m。

3 浸沒初判

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487—2008）（以下簡(jiǎn)稱《勘察規(guī)范》）的規(guī)定進(jìn)行初判。武宣盆地黔江右岸為溶蝕峰叢谷地，地層結(jié)構(gòu)為殘積紅黏土（Q3el）、次生紅黏土直接覆蓋于基巖面上，且黏土層均較厚，滲透系數(shù)小，為相對(duì)不透水層，一般都大于5m，其頂板高程高于水庫(kù)正常蓄水位，預(yù)測(cè)在水庫(kù)蓄水后地下水仍為裂隙巖溶潛水，即使局部承壓，也不會(huì)產(chǎn)生浸沒現(xiàn)象。濠江與武來河發(fā)育于谷地內(nèi)，兩岸地層結(jié)構(gòu)為均為殘積紅黏土（Q3el）、次生紅黏土直接覆蓋于基巖面上，且黏土層均較厚，一般都大于5m，不透水層（黏土）頂板高程高于水庫(kù)正常蓄水位，預(yù)測(cè)在水庫(kù)蓄水后地下水仍為裂隙巖溶潛水，即使局部承壓，也不會(huì)產(chǎn)生浸沒現(xiàn)象。

武宣盆地黔江左岸地層結(jié)構(gòu)均為雙層結(jié)構(gòu)，表部為黏土，黏土下為強(qiáng)透水砂礫石層、含泥砂礫石層、風(fēng)化砂層。從地層結(jié)構(gòu)分析，水庫(kù)蓄水后這片區(qū)域易發(fā)生浸沒。針對(duì)這一地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的勘察和進(jìn)一步的評(píng)價(jià)工作。

4 浸沒評(píng)價(jià)復(fù)判方法及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《勘察規(guī)范》的規(guī)定，浸沒評(píng)價(jià)采用地下水埋深臨界值。評(píng)價(jià)范圍內(nèi)地下水埋深小于臨界值，判定為浸沒區(qū)；地下水埋深大于臨界值，判定為不浸沒。

4.1 地下水埋深臨界值的確定方法

根據(jù)《勘察規(guī)范》的規(guī)定，在確定地下水埋深臨界值時(shí)，應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)管理部門、農(nóng)業(yè)科研部門和農(nóng)民進(jìn)行調(diào)查，收集相關(guān)資料，根據(jù)需要開挖試坑驗(yàn)證。

（1）經(jīng)走訪廣西水電設(shè)計(jì)院可知，廣西已建成水庫(kù)按1m確定浸沒評(píng)價(jià)地下水埋深臨界值，預(yù)測(cè)的浸沒范圍，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民沒有提出異議。水田按0.5m無實(shí)際問題，但存在一定風(fēng)險(xiǎn)。通過走訪，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民提出，水田只要水不到地面就無影響，旱田水不淹沒種子就無影響。

（2）根據(jù)調(diào)查情況，2014年在武宣縣三里鎮(zhèn)馬王防護(hù)區(qū)內(nèi)的甘蔗地上開挖探坑進(jìn)行驗(yàn)證，地下水位埋深為0.5m時(shí)不會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生影響，驗(yàn)證數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 野外驗(yàn)證探坑數(shù)據(jù)表 單位：m

當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物主要為水稻和甘蔗，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果結(jié)合走訪情況，初步確定地下水埋深臨界值：水稻為0.8m，甘蔗為1.5m。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察取樣試驗(yàn)成果，采用土層毛細(xì)水高度+農(nóng)作物根系層厚度（0.5m），對(duì)調(diào)查走訪初步確定的地下水埋深臨界值進(jìn)行調(diào)整。基本原則如下：旱田深度＜1.5m的區(qū)片，采用1.5m；旱田深度＞1.5m的區(qū)片，采用土層毛細(xì)水高度+農(nóng)作物根系層厚度。水田采用調(diào)查值0.8m。

（4）根系層厚度，現(xiàn)場(chǎng)探坑表明，甘蔗的根系層主要在0.3m深度內(nèi)，深度0.3～0.5m很少有甘蔗根，深度0.5m以下見不到甘蔗根。

4.2 毛細(xì)高度的確定

評(píng)價(jià)水庫(kù)區(qū)浸沒與否一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)就是臨界地下水位埋深，進(jìn)行浸沒初判時(shí)一般臨界地下水位埋深按毛細(xì)水上長(zhǎng)升高度+安全超高值；浸沒復(fù)判時(shí)農(nóng)作物區(qū)及建筑物區(qū)均需要考慮土層毛細(xì)水上升高度[3]。由此可見，水庫(kù)浸沒評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)是土的毛細(xì)水上升高度值。

（1）現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。實(shí)踐中筆者注意到，在坑內(nèi)積水面以上的坑壁存在一定高度的土體浸濕現(xiàn)象，原因是毛細(xì)水上升，水面以上浸濕土的厚度代表了大部分毛細(xì)水的上升高度。利用人工開挖的天然基坑（基坑己挖至地下水位）和開挖的豎井現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)毛細(xì)水上升高度。天然基坑觀測(cè)為0.50～0.90m，平均值為0.69～0.72m；豎井觀測(cè)值較基坑觀測(cè)值稍高，為0.70～0.90m，平均值為0.78m。基坑毛細(xì)水上升高度觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 基坑毛細(xì)水上升高度觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)圖

（2）室內(nèi)試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（YS/T 5225—2016），采用卡明斯基毛細(xì)儀法，探坑試樣一般采用現(xiàn)場(chǎng)毛細(xì)上升高度環(huán)環(huán)刀采取土層原狀樣品，鉆孔采用取土器采取原狀土樣。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，紅黃相間紅黏土②室內(nèi)毛細(xì)水上升高度值為0.19～1.21m，平均值為0.76m；黃褐色紅黏土③室內(nèi)毛細(xì)水上升高度值為1.0～2.0m，平均值大于1.70m。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 室內(nèi)毛細(xì)水上升高度試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

（3）紅黏土毛細(xì)上升高度確定。通過野外觀察，室內(nèi)原狀樣試驗(yàn)及含水量—塑限圖法等方法確定，分析認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)觀察毛細(xì)水上升高度值的方法缺少理論支持，只作為參考值使用。室內(nèi)毛細(xì)水上升高度值較為精確，但取得的數(shù)值是毛細(xì)力，沒有毛細(xì)水量的因素，是最大毛細(xì)上升高度，高于農(nóng)田浸沒意義上的毛細(xì)上升高度。結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植特點(diǎn)和安全性，紅黏土浸沒評(píng)價(jià)毛細(xì)水上升高度取0.72m。

4.3 地下水壅高值的確定

（1）地下水位壅高值的初始計(jì)算。第一，干流岸邊溶蝕平原，以地表黏土層為弱透水層，基巖表面不連續(xù)的風(fēng)化砂為強(qiáng)透水層，完整基巖面為不透水層?？紤]到含水層底板（風(fēng)化砂）高于現(xiàn)狀黔江水位，而岸邊基巖內(nèi)的地下水坡降不能代表上部含水層坡降，因此采用雙層結(jié)構(gòu)水平巖層公式，即

第二，支流一級(jí)階地，將地表沖積黏土層、砂礫石（含泥砂礫石）作為統(tǒng)一含水層，以完整基巖面為不透水層。含水層底板低于現(xiàn)狀支流河水位。故采用均一含水層，水平巖層公式，即

（2）壅高水位的折減。①上部黏土層厚度＞5m的地方，采用黏土層的初始比降對(duì)壅高水位進(jìn)行了折減，T=H0/（I0+1）。②折減水位低于正常蓄水位時(shí)，采用正常蓄水位；折減水位高于正常蓄水位時(shí)，采用折減水位。③現(xiàn)場(chǎng)通過觀察鉆孔初見水位和終孔水位，計(jì)算得出黏土層的初始比降I0，并根據(jù)鉆孔計(jì)算值與室內(nèi)試驗(yàn)值成果比較后，確定建議值如表3所示。

表3 I0地質(zhì)取值表

5 浸沒評(píng)價(jià)

5.1 分區(qū)評(píng)價(jià)

（1）黔江干流左岸：覆蓋層主要為殘積紅黏土（Q3el）、次生紅黏土，屬于滲透性極微弱的高液限黏土，黏土層下在洼地、溝谷處，白云巖表部分布有不連續(xù)的風(fēng)化砂，屬?gòu)?qiáng)透水層。毛細(xì)水高度綜合取值72cm。地下水埋深臨界值旱田采用150cm，水田采用80cm。

（2）支流一級(jí)階地：地形平坦開闊，具有二元結(jié)構(gòu)。上部為沖洪積黃褐色、棕黃色黏土（Q4pal），屬弱透水性；下部為含泥砂卵礫石（Q4pal），屬中等～強(qiáng)透水性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，一級(jí)階土質(zhì)松軟，水源豐富，適宜種植水稻。農(nóng)作物主要為水稻，故浸沒評(píng)價(jià)地下水埋深臨界值采用80cm。

5.2 浸沒評(píng)價(jià)結(jié)果

武宣盆地黔江左岸在無防護(hù)和有防護(hù)情況下，總浸沒評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。

表4 武宣盆地浸沒面積匯總表 單位：m2

6 結(jié)論

（1）大藤峽水庫(kù)區(qū)武宣盆地浸沒預(yù)測(cè)，對(duì)浸沒地下水臨界埋深取值相關(guān)的地下水毛細(xì)上升高度的取值，參考現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的毛細(xì)上升高度，對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)成果結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植特點(diǎn)進(jìn)行折減后綜合取值，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用不多，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，文章對(duì)數(shù)值折減量較為慎重，僅做浸沒研究的一次嘗試。旱田作物的根系深度為0.5m，是取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察甘蔗成熟期的最大深度，安全性較高。

（2）在預(yù)測(cè)地下水雍高值時(shí)，考慮紅黏土具有一定的隔水性，采用黏土層的初始比降I0折減后的壅高水位，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)壅高計(jì)算方法用壅高水頭代替壅高水位的缺陷。

（3）武宣盆地地處多雨區(qū)，浸沒區(qū)不會(huì)產(chǎn)生土地的鹽堿化，但若地表排水不暢，則可能產(chǎn)生沼澤化而形成濕地。建議對(duì)浸沒區(qū)建議采用風(fēng)化土料墊高及設(shè)置排水溝進(jìn)行排澇處理。