汾河二库蓄水至正常水位后对周边地下水影响分析

周永红

（山西省汾河二库管理局，山西 太原 030012）

汾河二库是一座以防洪、供水为主，兼有发电、旅游和养殖等综合效益的大（二）型水库。水库总库容1.33亿m3，控制流域面积2348 km2。水库主体工程于1996年11月开工建设，1999年12月大坝下闸蓄水，2007年7月竣工验收并正式投入使用。水库建成后，不仅使太原市的防洪标准提高到100年一遇，而且在增加供水量和发电旅游等方面产生了显著的社会效益和经济效益，特别是在向太原市兰村泉域和晋祠泉域地下水补给方面将产生巨大的生态效益。

1 库区地质条件

汾河二库库区为山势陡峻的侵蚀和溶蚀的中山地貌类型，地势西高东低。汾河经灰岩峡谷蜿蜒曲折由西南向东北流向盆地，谷底宽度100~200 m，山顶与河谷相对高差约400 m。各支谷走向大致为北西向，汾河河谷发育五级阶地。

库区地层岩性较为简单，在水库回水范围内，除河谷地带分布有第四系松散堆积物外，主要为奥陶系下统、中统马家沟组。在坝址至下槐村为奥陶系下统白云岩，下槐至扫石为奥陶系中统下马家沟组各段的灰岩与泥灰岩，在扫石附近至库尾，水库回水至上马家沟组底部的泥灰岩及部分灰岩。较老的寒武系上统凤山组地层，主要出露于坝址下游悬泉寺背斜轴部及313工程场地。

水库库区大部分位于上兰村泉域，库尾有一小部分跨过扫石地下水分水岭，进入晋祠泉泉域。扫石上游，地表水悬于地下水之上，且越向上游悬差越大。

2 库区蓄水及渗漏现状

1999年底，汾河二库正式下闸蓄水。由于大坝工程尚有部分灌浆工程未完成，水库蓄水水位多年限制在886 m高程以下，2010年9月，汛限水位提高到895 m左右。2014年初，为早日实现太原晋祠泉自然复流，汾河二库逐步抬高蓄水位，加大对晋祠泉域的渗漏补给量，至9月27日，水库蓄水达到900 m高程，并保持在此高水位运行。

根据2014年4月至2015年4月实测资料分析，寨上水文站至汾河二库大坝区间的库区实际渗漏量为2.02 m3/s，年渗漏量约6370万m3，渗漏量与库区水位呈正比关系。且水库蓄水至正常蓄水位后，库水通过下马家沟组灰岩向太原西边山一带渗漏，补给兰村、西张水源地及晋祠、平泉一带，补给量随着水位的升高呈增加趋势。

3 库区蓄水至正常水位后对周边地下水影响

3.1 对晋祠泉域影响

1960年汾河水库修建完成开始拦河蓄水，拦蓄前汾河最大流量为1940 m3/s，最小流量为2.33 m3/s。拦蓄后水库不定期放水，放水期平均放水流量为20～30 m3/s；不放水时期，汾河河道大部分时段呈断流状态。其中，在汾河水库至兰村段之间，由于生产活动的影响，地表径流量明显减少：1954—1959年平均来水量为 35782万 m3，60年代平均为 21469万m3，70年代为14312.8万m3，1980—1987年仅2305.8万m3。地表水量的减少，致使渗漏量逐渐减少，影响地下水的补给，导致晋祠泉流量减少。

2014年，按照《晋祠泉复流工程实施方案》，汾河二库实现蓄水至正常高水位。由现状的蓄水水位895 m逐步提高到设计正常蓄水水位905 m运行，扩大汾河二库库区浸润面积，加大对晋祠泉域的补给量。汾河水库至二库区为山区峡谷河段，大部分位于奥陶系灰岩裸露区，其中罗家曲至镇城底（20 km）、古交至寨上（5 km）、寨上至峙头（30 km）共55 km为渗漏段，漏失水量主要补给晋祠泉。

据《汾河干流古交段渗漏分析报告》成果，汾河水库至晋祠泉泉域边界渗漏段总长44 km，其中，汾河水库—寨上渗漏段长25 km，寨上—晋祠泉域边界19 km。汾河二库设计正常蓄水位905.7 m，水库回水至万柏林区周家山附近，回水长度22 km，坝址至库尾整个库区皆为峡谷区。两岸山高坡陡，海拔在1200～1400 m，与河谷相对高差约400 m，属低中山区。区间流域内寒武、奥陶系灰岩占50%左右，尤其是位于库尾的河下村至峙头村段为汾河干流强渗漏带。其中属于晋祠泉域（扫石至周家山）为5 km，其地层岩层主要有下马家沟组灰岩和上马家沟组下段下部相对隔水岩组组成。水库蓄水后，库水通过下马家沟组灰岩渗漏库外，即向太原西边山一带渗漏，补给兰村、西张水源地，部分补给晋祠、平泉一带。

根据《汾河二库库区右岸渗漏电模拟和同位素流向试验》成果，在水库正常蓄水位905.7 m时，地下水位抬高，王封地垒阻水，形成地下分水岭作用，库右岸日均渗漏量为5780 m3，年渗漏补给总量约为211万m3，其中向晋祠泉方向的渗漏量为0.0219 m3/s，年渗漏约69万m3。试验结果表明，库区右岸在未蓄水前，虽存在王封地垒和分水岭，但岩溶地下水一方面受地垒作用向东补给兰村和柴村第四系孔隙水，另一方面向南越过地垒向白家庄、晋祠泉、平泉补给，水库至正常蓄水位后补给量将进一步加大。

1993年，在汾河二库初步设计阶段，山西省水利水电勘测设计研究院提出水库总渗漏量为0.7 m3/s，后经中国水利学会勘测专业委员会技术咨询，并提出《汾河二库岩溶渗漏及其环境影响评价技术咨询报告》，得出水库渗漏不超过1 m3/s，该结论采用了地下水动力学公式和比拟法两种方法计算。计算得出：汾河二库在正常蓄水位905.7 m时，库区右岸向晋祠泉域西铭方向渗漏量为0.3 m3/s，年渗漏量约946万m3。

综合比较，南京水利科学研究所电模拟成果的假定条件是右岸地下渗流场采用均质体稳定流与实际情况差距较大，试验的渗漏量比实际要小；中国水利学会勘测专业委员会技术咨询成果的力学公式法，根据钻探资料考虑了岩层透水性和地下水比降，结果比较符合实际情况。由此可见，汾河二库蓄水位抬高至正常蓄水位后对晋祠泉域的补给十分明显。

3.2 对兰村泉域影响

根据兰村泉域地下水观测孔近50年的分析可知，1969年前，地下水位基本保持稳定，水位在814.3 m左右；1970—1987年期间，水位呈明显下降趋势，但幅度不大，17年间下降6.9 m，年平均下降0.41 m；1988—2000年，水位大幅下降，共下降1.93 m，年平均下降1.78 m，为之前17年年平均下降的5倍左右；2000—2007年，水位下降速度明显趋缓，汾河二库蓄水后对兰村泉域地下水补给影响明显。

水库至太原西边山为奥陶中统上、下马家沟组灰岩，两岩组岩溶发育，渗透性强，其中下马家沟组处在库水位以下，是库水向西边山岩溶水渗漏的主要通道，库水通过强岩溶层，渗入边山断裂带，继而补给下游地区。受压扭性断层的阻隔作用，西山岩溶地下水一部分补给兰村水岩溶水，其余补给西张第四系孔隙水源地。根据《汾河二库水库渗漏对兰村水源地的补给影响研究报告》，当汾河二库蓄水位达到正常蓄水位905.7 m高程时，水库对兰村泉域的地下水年补给量由死水位880 m时的29.28万m3增加至277.40万m3。综上所述，汾河二库抬升至正常蓄水位后对兰村泉域地下水补给量明显增加。

4 建议

汾河二库蓄水位抬高至正常蓄水位对周边地下水的补给影响具有一定的繁杂性，课题的研究具有一定的难度和探索性。汾河二库达到正常蓄水位，对周边地下水的补给影响是否会由于二库正常蓄水而发生较大变化有待水位监测验证。为此提出如下建议：当二库蓄水水位增加时，应密切监测周边的岩溶水水位，加强对水位的监测记录。应在汾河二库进行相关试验，对库区渗漏水流运动规律进行科学研究。

5 结语

自汾河二库1999年底下闸蓄水以来，对太原地区的地下水补充起到重要作用。从2008年初山西省实施“千里汾河清水复流”工程，2014年初启动“晋祠泉复流”工程后，汾河水库至兰村区间河道过水已无断流，该段河道年平均流量增大，最大为43.8 m3/s，最小平均为0.7 m3/s，有效增加了对地下水的补给。据实测数据分析，汾河二库从892 m高程抬高蓄水位至900 m期间，在水位达到新高程时，由于水量大量被周边土层吸收，渗漏量会有短时性大量损失，待土壤饱和后，渗漏量逐步趋于稳定。