恰拉水库对淹没区地下水环境的影响分析

方　锐，白国库

(新疆生产建设兵团第二师塔里木垦区水管处，新疆 库尔勒 841503)



恰拉水库对淹没区地下水环境的影响分析

方锐，白国库

(新疆生产建设兵团第二师塔里木垦区水管处，新疆 库尔勒 841503)

地下水是目前淡水资源的主要来源，是我国可持续发展的重要战略资源，地下水环境的安全性也越来越引起社会各方的关注。以新疆恰拉水库地下水环境研究为例，根据其水源和水文地质条件，对地下水环境质量现状进行了调查、取样和检测，分析了水库对周边地下水水质环境的影响程度和范围，并计算了水库大坝渗漏量。

恰拉水库；地下水；水质环境；影响分析

水库的主要功能是拦洪蓄水，调节水资源供需关系，其次还主要有发电，灌溉，城乡供水等作用。水库的工程地质条件影响着水库工程位置及其规模。随着坝址水文地质条件的更加复杂，对坝址区地质稳定性的要求更高，也必然对工程所在地地下水系统造成影响。所以，在新的水利工程施工前，需要考虑工程对当地地下水环境的影响程度以及会引起的变化。在河流上修建水库，对周围环境会有较大影响，如果水库过量蓄水后地表水位升高，就会使淹没区造成较大面积影响，进而导致大坝渗漏。同时，工程对地下水流场也会有较大影响。

1　研究现状与内容

水库的渗漏会导致很多问题，国内外学者对怎样计算水库渗漏做了大量研究，将分析水库渗漏的基本方法分为定性分析、定量分析和半定量数值分析[1]。对于区域地下水流场影响的分析评价主要是建立三维非稳定流体数值模型模拟研究，其主要的数值软件有：Visual MODFLOW、GMS、FEFLOW、MT3D、PEST2000等。在2000年以后，国外很多学者描述了系统中对结果造成影响的模糊和不确定因素[2]，说明了水文地质条件概化对数值模拟的重要性，采用了新的数学工具和研究方法进行地下水的数值模拟。

本文的研究内容主要是：新疆高原地区的地理概况和水文地质条件；已实际区域水文地质概况为根据，建立水库区域地下水流场的概念模型，验证和校核水文地质条件；建立地下水流场的数值模型，预测地下水流场未来的变化情况，对研究区地下水系统进行评价；通过分析模拟结果，对比水库在蓄水前和蓄水后的渗流情况，得出新疆高原地区的水库对淹没区地下水系统的影响程度，计算出大坝在水库蓄水后的渗漏量，为水库大坝工程的建设及安全运营提供参考。

2　工程概况

恰拉水库位于新疆天山南麓塔里木盆地东北边缘，塔河下游“绿色走廊”上段恰拉区域，巴音郭楞蒙古自治州尉犁县境内。距尉犁县城50 km，距库尔勒市120 km。恰拉水库于1958年动工兴建，1967年基本建成，以后逐年配套；运行40余年，水库处于病险状态，2001年被列入塔里木河近期治理标志性工程之一，于2003年8月进行扩建，2005年底完工。完工后设计库容1.60×108m3，属大型平原灌注式水库，蓄水水源主要为塔里木河和孔雀河来水。恰拉水库通过恰铁干渠配水给农二师塔里木垦区，承担着31团、33团、34团40余万亩耕地的农业灌溉任务，其坝体为碾压式均质土坝，全长27.267 km，设计有2个放水涵洞，其中：1#放水涵洞设计流量8 m3/s，2#放水涵洞设计流量32 m3/s。

3　工程存在的主要问题

3.1库岸稳定问题

库西北及库东北多以固定及半固定沙丘为“天然堤坝”，植被较少，其固定性较差，表部流动现象较突出,部分地段沙丘坡度过陡,一般为32゜～35゜,经水库多年运行坡度减缓，但高水位时间延长将加剧自然砂堤的浪蚀及再造，为此，可针对不同“堤坝段”分别采取土缓坡，混凝土板加固等护坡措施[3]。

3.2水库渗漏问题

库盘地层岩性在勘探深度内以粉细砂为主，只在局部地段地表至4 m深度内夹薄层壤土及砂壤土透镜体，厚0.2～2.5 m。表层2m范围内各土层渗透系数K值分别为：粉细砂K=2～8.83×10-3cm/s，属中等透水地层，壤土野外试验K=5.78×10-5cm/s，室内试验Kcp=1.83×10-4cm/s，为微透水层，可做为库底防渗层，但该壤土层不连续，无防渗意义。

坝基冲、湖积粉细砂均属中等透水地层，库盘渗漏较大，但以水库而言，水库渗漏最终表现为坝下渗漏，渗漏损失是水库重要问题之一。

3.3水库淹没问题

改建库区淹没主要是草场，所淹没的草场主要是生长在库东南坝外原为水洼地带的水草及部分低矮沙丘上的少量苇草及红柳，因己被水库渗出水淹没，没有造成新的淹没范围，所以损失不大。

3.4库周浸没问题

水库西侧A线0+000-8+500段南侧100 m处，塔河在枯水期，有排泄地下水的作用，但库周围地下水埋深受水库补偿影响大。水库东南侧由于无排泄地下水的通道，地下水埋深浅，影响范围1.2 km，地下水矿化度3～10 g/L，地下水循环弱，排泄不畅，浸没严重，根据以上情况，建议在距库300 m处挖排渠降低水位，降低水的矿化度，减少浸没影响的范围[4]，该建议已在1999年得以实施，地下水埋深下降，矿化度降至2 g/L左右，影响范围也有所减少，现库东南岸0.5～1.5 km外的耕地生长的棉花长势良好。

4　三维数值模拟

4.1建立概化模型

概念模型是进行数值模拟的基础，必须保证其准确性。研究范围一般选取一个完整的，具有自然边界的天然地下水系统，尽量避免人为边界条件概化过程中的误差。在实际概化中，由于自然边界不适用，可添加常用的人为划分界限作为边界，总之应使边界尽量符合真实情况[5]。本文选取了恰拉库区和大坝作为研究区域。

研究区内地下水含水层主要有第四系松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水两类。其中，第四系含水层潜水赋存于堆积层中，基岩含水层水积存在水库岸边基岩裂隙中。地下水的补给主要为大气降水，由大坝向下游排泄，地下水位随季节变化。岩体的透水性主要受节理裂隙发育程度及上赋卸荷的大小影响。

在确定了模型的侧向边界和垂直边界条件后，恰拉水库的概化模型就建立好了。

4.2三维数值模拟

使用MODFLOW根据上述概化模型，对含水系统进行时间和空间上的离散化，设置定解条件，建立起恰拉水库的数值模拟模型。模型示意图见图1。

图1　三维立体概化示意图

水库蓄水后的地下水渗流模拟结果如图2。

由模拟结果可得：水库在达到正常蓄水位后，地下水位也相应的升高；由于水库大坝和岸肩的隔水作用，地下水绕过大坝，经大坝两侧输送至下游。大坝两端的地下水水头会增加，水压也相应增大。因此可知，水库大坝的修建对区域地下水流场产生了较大影响，导致地下水流出现逆转流动。同时淹没区的地表水位升高，而大坝隔断了水流，在坝基处产生了较高水压，大坝两侧出现地下水绕流现象，从而产生绕坝渗漏的问题[6]。

4.3关于渗漏量的计算

该水库坝体为混凝土面板堆石砌，水库蓄水后水位抬升125 m，在坝基和坝肩处出现渗漏。对于坝基和坝肩渗漏量的计算，根据水利水电工程手册中的公式计算，计算中坝基处地下水视为潜水。

式中：Q为渗漏量(m3/d)；K为岩体渗透系数(m/d)；b1为一过水断面宽度(m)；H为渗漏过程水头损失(m)；H1为过水断面最大高度(m)；h1为过水断面最小高度(m)；li为渗漏途径长度(m)；J为水力坡度。

图2　地下水渗流模拟结果图

渗漏位置KJb1H1h1Q坝基0.022.83242500245055382.359

表2　左、右坝肩渗漏参数及计算结果

5　结语

本文以新疆恰拉水库对区域地下水系统的影响为例，分析总结了水利工程建设产生的主要问题；建立了恰拉水库的概化模型和数值模拟模型，对区域地下水流场进行了分析研究，发现地下水逆流和绕坝渗漏问题；经计算大坝渗漏量占年平均流量的3%，采取必要措施后不影响水库运行。

[1]梁龙豹,梁爱英,王勉. 洛河水面工程对洛阳市地下水环境的影响[J]. 地下水.2009，(01)：16-19.

[2]贺鹏. 黄壁庄reservoir防渗工程对滹沱河冲洪积扇地下水环境影响初步分析[J].地下水.2009,(01):121-123.

[3]徐鑫,张克峰,曹向华,等.中水水库对地下水环境的影响分析[J].山东建筑大学学报.2013,(03):228-231.

[4]宋会香. 河口村水库对下游地下水环境的影响[J].人民黄河.2011,(02):71-74.

[5]贺怀振,束龙仓,鲁程鹏,等.拟建水库对干旱区巴音河傍河地下水水源地的影响分析[J].水电能源科学.2013,(12):186-190.

[6]黄涛,丰川,彭道平. 数值模拟法在水库坝址区地下水环境影响分析中的应用[J].四川环境.2013,(S1):65-69.

2016-03-08

方锐(1980-)，男，江苏六合人，工程师，主要从事水利工程建设与管理方面的研究。

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1004-1184(2016)04-0089-02