潮州供水枢纽城区浸没影响分析及其工程措施

林少川

(广东省潮州供水枢纽管理处,广东 潮州 521000)

广东省潮州供水枢纽工程坝址位于韩江下游东、西溪两溪口附近(见图1),距潮州市区 4 km,坝前正常蓄水位为10.5m。枢纽水库按地形地貌可分为二个地貌单元:竹竿山以上为山区峡谷型水库,竹竿山以下为三角洲平原河道型水库,两岸堤围作库岸,两岸地势均由韩江向两侧略为倾斜,地表高程大部分为7～10m。潮州城区的防护堤围自竹竿山以南至枢纽坝址主要由北堤、城堤、南堤组成,全长约 8.2 km。当坝前正常高蓄水位为10.5m时,坝址至竹竿山河道的库水位比两岸堤后平原约高出 0～3m。

1 地质状况

潮州城区的防护堤围库岸的第四系地层很厚,约为 45～90m,且从北向南逐渐增厚。地层结构多为“粘 -砂 -粘 -砂”双透水层结构,在杂填土下为alQ43灰黄色粉质粘土、粘土,基本上呈连续分布。该粘性土层的下面为 alQ43粗砂,局部为粉细砂层,基本上也是呈连续分布。穿过该砂层,则为 m+alQ42三角洲相灰黑色的淤质土和淤泥质土层,淤泥质土层之下为深厚的 alQ41砂卵砾石层和 alQ33含卵砾砂层,其厚约 40～50m,呈中密 -密实状。双透水层结构在各个堤段区域表现为不同的厚薄度。

图1 潮州供水枢纽工程位置示意

2 采取工程措施的必要性

水库在正常蓄水以后,由于库水位要比堤内的地面大约高出 0～3m,地下水位有可能会上升至接近地表,甚至会从低洼处冒出,造成小范围的浸没。以下是对城区可能会出现的浸没影响进行的分析。

(1)对于北堤区,由于透水层埋深大,影响相对会较小。

(2)对于城堤区影响较大。在古决堤段堤后约200～800m的范围内,地表为人工填土,其下的砾粗砂层与河床砂层相连通,厚度达 45 m左右,沿堤采用悬挂式高喷混凝土防渗措施不可能将砂层围封。在水库蓄水后,该范围的地下水位势必会升高直至接近地表,甚至会在地表低洼处溢出,从而造成中度 -严重的浸没影响。

(3)对于南堤区,地层基本上为双透水层结构。上部以三角洲相粘性土为主,中间为夹厚约5～6 m的中细砂层,呈连续稳定分布,局部与河床砂层连通,是上部的主要透水层。由于填土层之下普遍有厚度超过 3m以上的粘性土层相隔,沿堤实施防渗处理对上部透水砂层进行截渗处理以后,库水的入渗较小,但水会从上游溃堤段绕渗过来,导致局部地下水位上升,从而产生浸没影响。

根据以上浸没影响分析结果,认为对城堤区和南堤区采取工程措施以解决浸没影响问题非常必要。

3 工程措施及其效果分析

为避免因长期蓄水引起堤内地区的地下水位抬高而造成浸没,通过充分论证,并考虑工程措施的可操作性,结合原有堤围的达标加固防渗处理状况,对库区两岸城堤堤围均采取了防渗工程措施,应用效果基本能达到设计的预期效果。

3.1 原有堤围状况

北堤长2.8 km,城堤长2.3 km,总长为5.1 km,地方达标加固中已采用高压旋喷防渗墙进行处理。北堤的高喷防渗墙全部进入下卧相对隔水的淤泥层;城堤的大部分已缺失相对的隔水层,为悬挂式高喷防渗墙,该防渗墙延伸至堤基下25m,高程为 -13m。

3.2 防渗工程措施

3.2.1 上埔堤

上埔堤(桩号:0+000～1+048.4)采用多轴深搅等厚薄墙防渗墙进行垂直防渗。防渗墙最小厚度为200mm,深度为16.6～25.4 m。对于多轴深搅等厚防渗墙无法实施或施工深度达不到设计要求的堤段,则结合采用高喷防渗墙进行搭接处理。

3.2.2 南 堤

南堤(桩号:南5+130～7+092.8)段采用高喷防渗墙进行垂直防渗,防渗墙最小厚度为200mm,深度为14.7～23.5m。

3.2.3 城堤段

在堤后防汛路、古树庙巷及南春路段布置了排水减压井及井间集排水管,通过古树庙排水泵站将水排入韩江。共设置有减压井 68口,其直径为1m(其中PVC塑料滤管为 ø315,外围回填级配砾石反滤料),井深为24～25m,井间距离为25 m。井间集排水管为预制钢筋混凝土管,直径分别为:ø600mm、ø1000mm、ø1200mm。古树庙泵站安装有5台抽水泵进行抽水(其中 4台抽水泵的抽水量为0.433 m3/s,另有1台的抽水量为0.3m3/s)。

3.3 实施效果数据分析

3.3.1 减压井运行状况

减压井于2006年下半年建成并投入使用,期间水库蓄水位达到 9m。减压井施工期间同步进行了抽水试验,试验以达到抽水量为控制标准。整理出的试验中各井的单位降深流量(出水量/降深)情况示于图2。由图2中可以看出各井的出水能力存在着较大的差异,68号的平均值为5.75 L/s。减压井的出水由古树庙泵站的开机时间粗略估计。泵站的单机抽水能力为0.43m3/s,5台抽水机轮换着工作。根据2008年 4～7月的值班记录统计出的日抽水量,其平均值为52068m3/d或0.6m3/s,此阶段坝前水位基本稳定在9.5 m。原设计时预测在库水位 9 m及10.5m时出水量分别为 0.33m3/s和0.81 m3/s时,插值得库水位 9.5 m时为 0.49 m3/s,说明已基本达到原设计的出水量。

图2 古树庙泵站出水量统计

3.3.2 地下水监测数据分析

2005年 9月在库区浸没影响区的城区范围内建立了 42个监测孔(井),以便对地下水位进行监测。其中城区临江约 600m的范围内,大部分属于古溃决区或溃决区边缘,是重点监控区。现根据5 a的监测数据,对城区的浸没影响进行初步分析。

蓄水后对城区造成的影响范围主要是在堤后600～1000m范围内,减压井对堤内水头的调节作用明显,在库水位超过8.7 m时,JK01(管口高程7.15m)、JK11(管口高程7.23m)、JK13(管口高程7.67m)、JK15(管口高程7.72m)、JK22(管口高程7.39m)等监测孔能够承压,且地下水位历时曲线与库水位历时曲线呈同步变化,相关性很好;在库水位发生变化时,会出现较明显的水位变化,但周边并未见有地下水渗出现象,说明下部深厚砂层与外江连通性好,承压水向西南方向消散缓慢,上部薄层粘土及人工杂填土层隔水效果良好,整个城区未出现浸没现象,基本上确保了城区的安全。

当库水位达到9.5m高程以后,除原承压孔的水位进一步上升,JK06(管口高程8.84 m)、JK10(管口高程 8.77m)、JK18(管口高程 6.63 m)、JK19(管口高程6.13 m)、JK23(管口高程6.99m)等观测点的水位高程上升至接近或溢出管口的高程,与库水位同步发生变化。其余观测点的水位与库水位同时发生变化的辐度相对较小,均未出现溢出管口现象。这些测管的地表覆盖层都较厚,属于微承压状态,测点附近的地表暂时未见有渗水等浸没现象,其不利影响还有待进一步的观察。

图3 观测孔水位过程线(一)

图4 观测孔水位过程线(二)

图3、4为典型的测压管过程线。从图中可以看出,在蓄水前期,各测点的水头与库水位的相关性很好,而在蓄水的后期,则与库水位拉开了距离,这说明是减压井在起作用。库水位在 8 m以上时,如果变化较大,只可能引起测压管水位发生较小的变化,库水位达到设计水位10.5m时,测压管水位变化幅度很小。

经过对比分析,结果表明,针对解决浸没问题而采取的工程措施达到了预期的目标,对于下层砂层深厚的堤防工程,仅靠防渗墙截渗,效果并不理想;而防渗墙配合减压井则可以取得较好的渗控效果。随着库水位的抬高并保持较高的水位运行,位于南堤段(桩号 6+700～6+800)堤后的厦二村的个别地方出现了地面渗水现象,经采取增加排渗沟等措施进行处理后,渗水现象得到了缓解,但仍需继续加强观测。

4 结 语

(1)潮州供水枢纽工程采用前截后排工程措施进行控制或减低库区的浸没影响,基于监测资料进行了综合分析,结果表明,采用这种工程措施的处理效果是比较经济有效的,特别是减压井的运行效果良好,基本上能够达到保护潮州古城的要求。

(2)在水库达到正常蓄水位以后,观察发现,部分观测点处于冒水或者临界冒水的状况,局部区域出现有地面渗水现象,有待作进一步地观察以及进行深入的研究,并对其不利影响及其产生的原因进行分析。

(3)应将减压井的出水视为资源进行回收,目前仅仅是通过古树庙泵站将其抽回至水库,应当考虑使其流入市政管道,以满足排水管的清污或绿化管养用水的需要。这样做既节能又可以清洁城市。