大渡河某平原型水电站工程对地下水影响的数值模拟分析

罗 敏, 朱剑波, 任 蕊

(四川省地质工程勘察院，成都 610072)

大渡河某平原型水电站工程对地下水影响的数值模拟分析

罗 敏, 朱剑波, 任 蕊

(四川省地质工程勘察院，成都 610072)

利用数值模拟方法，预测大渡河某平原型水电站工程建设对地下水的影响，为工程建设提供参考依据。预测结果，工程建成后，设置的防渗墙阻挡了河水与阶地内地下水之间的水力联系，使右岸两个阶地形成较为封闭的水文地质单元，枯水期地下水位降幅较大，相对于现状地下水位已下降的状态分别继续下降0.43～0.97 m、0.47～1.59 m，丰水期则在局部低洼地带可能出现内涝；左岸片区则影响较小。建议妥善解决村民饮用水问题，同时做好地表排水措施。

平原水库；水电站；数值模拟；地下水

平原型水电站系指在河谷平坝区，利用天然湖泊、河道，及故河道、平原土地等，通过挡水坝、围坝、控制闸等工程措施形成的调蓄水库，建立发电站[1]。平原型水电站修建水库对水资源的蓄积和调剂起了很大作用，但对周边环境也有很大影响[2]，可能存在地基软弱、地基液化、渗漏、周边浸没等问题[3]。这些问题均与地下水环境的改变密切相关。一系列工程措施，改变了河谷区地形地貌和水文地质条件，从而改变了地下水的赋存环境，及补、径、排条件，使工程建设区附近及下游片区地下水位降低或上升[4]。主要造成的影响有：(1)对于沿河一带有居民并开采利用地下水的地区来说，若地下水水位下降，使水井干枯或水量减小，将造成村民生活饮用水困难。(2)随着库水位上升，库周地下水位也跟着上升，可能造成库周边土地浸没、湿陷、沼泽化、盐碱化等问题[5]，影响农业生产。

本文以大渡河某平原水电站为例，采用数值模拟的方法预测工程建设对地下水位的影响，分析可能产生的问题，为工程措施提供建议。

1 工程概况及现状

大渡河某水电站位于大渡河下游段，建设工程主要位于河谷平坝区，采用河床式厂房接长尾水渠的混合开发方式，其功能主要是发电，兼顾防洪、航运、灌溉和供水等，设计正常蓄水位398.00 m。工程总布置在坝址以上修建左、右岸副坝蓄水，坝址以下修建尾水渠、泄洪渠道以及防洪堤等水工建筑物。工程建设总长度约19.49 km，坝址上游左岸副坝工程轴线最长，达10.64 km；右岸副坝轴线全长4.71 m；坝址以下泄洪渠全长约8.85 km；尾水渠全长9.46 km(图1)。

截至2012年5月，该水电站正在进行小范围施工，施工场地主要是上游右岸副坝及坝址主体工程，在右岸副坝上游起点和尾水渠进口处设置拦河坝(图1中拦河坝1、2)，对大渡河右支流进行了截流。野外调查，工程施工已对附近地下水造成影响，一定范围内地下水位普遍降低。

图1 工程建设总布置图

2 基础地质条件

2.1 地质条件

2.2 水文地质条件

目前由于电站工程施工对大渡河进行截流改道，使下游河段地表径流量大幅度减少甚至干涸，从而使这些地段主要以地下水补给河水为主，造成河流附近一定范围内相比同期地下水位普遍降低。

图2 河谷平坝区地下水补、径、排关系

3 现状数值模型的建立

本次研究利用Visual Modflow建立三维数值模型对河谷区地下水渗流场进行模拟。Visual Modflow是基于达西定律研发的有限差分模拟软件，适用于均质含水层。河谷区松散岩类孔隙含水层可认为是均质含水层，满足适用条件[6]。

3.1 模型建立

通过野外调查，目前的工程建设已经对地下水造成一定程度影响，以2012年3月枯水期水位调查成果作为现状地下水环境状态，建立现状数值模型。现状模型需要将目前工程建设截流改道概化入模型，使下游河流的径流量减少。

模型范围东西向长19.845 km，南北向长18.016 km，包括全部工程建设区。按100 m网格剖分，共198×180个网格。垂向上根据含水层特性分为2层：第1层为松散岩类孔隙含水层；第2层为基岩相对隔水层，模型Z方向范围0～836 m(图3)。

时间上，模拟期为10 a。工作区内气象资料显示，降雨量年内分配不均匀，按照降雨量将一年分为4个水文期，每个水文期内包括10个时间步长。

3.2 边界概化

概化模型的边界有以下几种：

a.对研究区水文地质条件分析，河谷平坝区松散岩类孔隙水的补给主要来源于降雨、地表水以及河谷两岸丘陵区的基岩侧向径流补给。基于此，将模型范围内沿大渡河两岸的基岩与第四系交界概化为流量边界。

b.河谷平坝区北西、南东侧为红层丘陵区，地下水类型主要为风化裂隙水，概化为无效单元，不参与计算。

c.河谷平坝区内，南西侧大渡河上游、北东侧的下游以及青衣江上游，超出本次工作范围的边界，将河流设置为水头边界，取值为河流的年均水位海拔高度。

d.现状条件下，有径流量的河流概化为河流边界，根据实际河流参数赋值。

3.3 参数选取

根据含水层特性概化模型为2层，赋以不同的水文地质参数。参数来源于勘察阶段工作进行的抽水试验、压水试验值以及岩、土体样品的物理性质试验报告，主要包括渗透系数和存贮系数(表1)。

根据研究区多年降雨量统计数据，平均年降水量为1 323.2 mm，并且呈季节性变化。根据降雨分配规律，认为12～2月份为枯水期，6～9月份为丰水期，其余月份为平水期。降雨入渗系数参考区域水文地质资料，取0.25(表2)。

表1 模型参数取值一览表

表2 降雨强度时段划分

另外，人工开采也是地下水排泄方式之一。研究区内开采方式主要包括农户分散型开采和集中开采，总开采量：A片区746 m3/d，B片区2 091 m3/d，以村为单位概化为抽水井。根据研究区多年蒸发量统计数据，年平均蒸发量为1 071.5 mm，按各水文周期赋值蒸发量(表3)。

3.4 模型检验

建立概念地质模型后，将概化的边界条件和参数赋值于模型中，进行10 a非稳定流计算，计算出枯水期地下水位渗流场如图4。

从图中可以看出，地下水主要流向与河水流向一致，水位从上游至下游缓慢降低，同时由两岸向河谷区径流，水力坡度0.001～0.02。Ⅱ级、Ⅲ级阶地地势较高，地下水富水性较差，地下水位与地面高程起伏基本一致，水力坡度0.02～0.08。可以看出，A片区和B片区受上游工程施工截流影响，现状条件下，河水对地下水有一定疏干作用，以地下水补给河水为主，与实际调查一致。

综合分析认为现状数值模型与现状的实际地质模型基本吻合，通过检验，可用于下一步施工后工况的模拟计算。

4 建立预测数值模型

4.1 模型建立

在现状模型基础上添加工程建设，根据施工设置，将左、右副坝、拦河大坝、泄洪渠和尾水渠设置成防渗墙边界，墙厚0.8 m，深入到基岩地层2 m，并将库区设置成定水头398 m，代表工程建成正常蓄水后的模型。并且在A、B片区及左岸片区添加水位观测孔，观测工程建成后地下水位的变化。地下水渗流场如图5。各水文期降雨、蒸发强度不一，所以地下水位变动不一样。添加水位观测孔进行观测，结果如表4。

表3 蒸发强度时段划分

图4 枯水期地下水位渗流场模型计算值

可以看出，模型计算值与实际调查地下水位对比，不同片区、不同时期，地下水位变化不一样。枯水期，工程建设后地下水的水位普遍下降；平水期，仅A片区地下水的水位出现上涨，左岸和B片区均出现水位下跌现象；丰水期，与现状平水期对比，地下水位普遍上涨。

4.2 预测分析

4.2.1 A片区

由于右副坝施工截流，使下游河水减少，甚至局部河段干涸，地下水随河水一起普遍降低。调查地下水位现状，相比工程建设前，枯水期地下水位下降约3～4.2 m，平水期降雨增加，水位一般抬升0.23～0.94 m。

图5 工程建成后枯水期地下水位渗流场图

表4 模型计算工程建设蓄水后地下水位变化

工程建成后，A片区基本为一个封闭的单元，地下水主要接受降雨和基岩侧向补给，以人工开采和蒸发方式排泄。枯水期降雨微弱，地下水接受补给量不能满足排泄量，模拟水位相比现状降低0.43～0.97 m；所以工程建成后，地下水影响程度相对现状继续加剧，相比工程建设前水位下降约3.43～5.17 m。平水期由于降雨量增加，模拟地下水位与现状同期水位相比，出现较大的增幅，水位上涨2.56～3.32 m。但相对工程建设前，地下水位仍然处于下降状态，降幅0.17～0.7 m。丰水期，降雨量大，右副坝不仅阻挡了地下水排泄进入河流，降雨转化的地表径流也不能流入河道，于是地表形成大量积水，仅能通过排涝洞流入小河。模型计算工程建成后丰水期水位392.24～397.22 m，局部低洼地段甚至水位高出地面，造成内涝。

4.2.2 B片区

现状调查，枯水期由于坝址处施工截流，使下游大渡河的河水大幅度减少，局部河段干涸，地下水已经受到一定程度影响，水位普遍降低1～2 m左右。平水期，坝址截流的拦河坝被取消，恢复右支流径流，被疏干的含水层得到河水补给后，相对于枯水期，地下水位抬升0.3～2.1 m，枯水期影响范围内的地下水基本恢复。

工程建成后，尾水渠设置防渗墙，地下水径流至防渗墙处受阻，转为向下游方向径流，由南西向北东方向的Ⅲ级阶地与山区间狭长带状地带径流。枯水期，降雨微弱，地下水接受补给量小于排泄量，模拟地下水位相比现状同期降低0.47～1.59 m，相比工程建设前下降约1.47～3.59 m，影响程度相对现状继续加剧。平水期降雨量增大，模拟地下水位相比现状，一般下降0.16～0.85 m。丰水期，降雨量充沛，地下水得到充分的补给后，水位恢复至366～373 m，埋深0.3～1.61 m。

4.2.3 左岸片区

工程建成后，仍然保留了原河道的径流，地下水与河水之间保持水力联系，地下水受影响程度不大。同期水位相比，枯水期和平水期地下水的水位略为下降，降幅分别为0.2～0.35 m、0.1～0.23 m，均属于地下水正常波动范围。丰水期地下水位370～396 m，埋深1.23～1.34 m。

5 结 论

本文利用Visual Modflow地下水模拟软件，对工程建设现状以及工程建设后进行了数值模拟，预测工程建成后周边地下水位的变化。受工程建设影响，不同片区、不同水文期，地下水受影响程度不一。

A片区，工程建设后，枯水期地下水的水位相对现状继续下降0.43～0.97 m；平水期水位有所恢复，但相对工程前仍然下降0.17～0.7 m；丰水期由于排泄不畅可能造成内涝。

B片区，工程建设后，枯水期地下水的水位相对现状继续下降0.47～1.59 m；平水期地下水位抬升，仍下降0.16～0.85 m；丰水期，补给充足，地下水位可恢复。

左岸片区地下水环境影响不大。

工程建设设置防渗墙，不仅阻断了地下水与河水的联系，同时也阻隔了降雨形成的地表径流汇集进入河流。A片区几乎成为一个封闭的平台，B片区仅能通过靠山侧的溪沟向北东方向径流流出。应做好这2个区内的地表排水措施，如无合理的排水设施，则可能在地势低洼地带造成洪灾、内涝。

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AnalysisofinfluenceofsomeplainhydropowerstationprojectofDaduRiverongroundwaterbynumericalsimulation

LUO Min, ZHU Jian-bo, REN Rui

SichuanInstituteofGeologicalEngineeringInvestigation,Chengdu610072,China

Using the numerical simulation method, the authors forecast the impacts of a hydropower station project construction on the plain of Dadu River on the groundwater to provide references for the construction. The results show that, when the project is completed, the anti-seepage wall blocks the contact between the river and the groundwater in the terrace, so the two terraces on the right bank become more closed hydrogeological units than before. In dry season, the groundwater water-level will draw down larger in the two closed terraces. Compared with the current dry period, it will decline 0.43～0.97m and 0.47～1.59 m, respectively. In the high water period, the waterlogging may appear in local low-lying areas. In the left bank area, the relationship between groundwater and rivers is still maintained and the groundwater will be less influenced. The authors recommend that the problem of drinking water for the villagers should be properly settled and the surface drainage measures be done well.

plain reservoir; hydropower station; numerical simulation; groundwater

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.04.16

1671-9727(2013)04-0474-07

2012-06-13

罗敏(1985-),女,硕士,助理工程师,从事水文地质、工程地质和环境地质研究工作, E-mail:luominer8586@163.com。

TV121.3

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