新疆东河滩水利工程地质问题分析

张跃军，尚 柯，王 潘

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州450003）

1 工程概况

2001年国务院批准的《塔里木河流域近期综合治理规划报告》提出的了干流治理的下游水量目标：“在多年平均来水条件下，至2005年，塔里木河干流水流到达台特玛湖， 使塔里木河干流上中游林草植被得到有效保护和恢复， 下游生态环境得到初步改善。”而实现下游生态环境目标的标志性工程是大西海子水库退出塔里木垦区的农业灌溉系统， 同时将垦区的农业灌溉任务交由恰拉水库完成。恰拉水库水源单一依靠孔雀河来水，水源保证率低，供水安全性差，尤其是秋、冬、春灌溉水量调节能力不足，为从根本上解决大西海子水库承担的灌溉面积，确保其真正退出，在每年汛期，通过新建东河滩枢纽工程适当引用塔河水来补充恰拉水库水量十分必要。

东河滩水利枢纽工程位于塔里木河中游下段铁依孜枢纽下游约3km处，其目的是由塔里木河（丰水年份）向恰拉水库调水，以提高恰拉水库控制农二师范围内垦区的灌溉保证率。 枢纽工程由输水堤 （长3.2km）、节制分水闸、引水渠（长375m）等建筑物组成。

2 区域地质构造与地震动参数

工程区位于轮台大断裂的南侧塔里木地台隆起带上，构造运动以垂直升降为主，中、新生代以下降为主，接纳了巨厚的陆相碎屑沉积。区内无大断裂通过，属构造相对稳定地区。

依据1/400万 《中国地震动峰值加速度区划图》和GB18306—2015 《中国地震动反应谱特征周期区划图》，工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.45s。 相应的地震基本烈度Ⅵ度。

3 地形地貌

塔河干流处于塔里木盆地中北部， 是盆地内地形最低的区域，塔河干流区地形较平坦，零星分布有风积砂丘，干流总地势为西北高东南低，塔河干流地貌主要由河流、沼泽、湖泊、牛轭湖、沙坝、河间洼地以及古河道的风蚀半固定、半流动沙丘等地貌景观组成。

枢纽工程中的引水渠与塔里木河河床呈21°夹角， 沿渠线为冲洪积平原， 地形平坦， 地面高程874.61～876.65m， 塔里木河左岸外侧分布有已建输水堤、库塔干渠等工程。

枢纽工程中的节制分水闸位于塔里木河干流上， 闸址位置塔里木河走向近东西向， 主河槽宽约13.0m，两岸岸高约2.0m左右，岸坡陡立，塔里木河两岸为冲洪积平原，地形平坦，地面高程一般874.49～875.45m。 闸址处，塔里木河左岸生长芦苇、红柳等植物，地表盐碱化严重；右岸距河岸约25m范围内生长茂密的芦苇，芦苇外侧为棉花田。

枢纽工程中的输水堤距塔里木河主河槽最大距离330m， 左岸分布风积沙丘， 沙丘距塔里木河30～200m，最大宽度约120m，最大高差约8m，地形起伏较大，其余堤段为冲洪积平原，地形平坦，生长芦苇、红柳等植物，表层有盐碱。

4 地层岩性

5 水文地质条件

东河滩水利枢纽工程位于塔里木盆地冲洪积平原绿洲带，其松散沉积物主要为粉砂、极细砂和砂壤土，渗透系数在1×10-3cm/s左右，具中等富水性和透水性，形成了连通的孔隙潜水含水层。 该区地下水与地表水呈互补关系， 地下水埋深受河水位变化的影响较大。近河区的地下水主要受洪水期河水侧向入渗及沼泽、湖泊、水库、渠系、农田灌溉入渗等补给，平水期地下水补给地表水为主要排泄方式。 大气蒸发或植物蒸腾。

由于长期不断蒸发积聚， 形成流域性的高矿化度的地下水，深部矿化度皆大于10g/L；而在补给区则有低矿化度地下水，矿化度一般小于3g/L，并呈透镜体状悬浮于高矿化度水层之上。 其淡水层厚一般为20～30m， 其中河流附近为30～60m， 洪泛区为10～20m。 非汛期塔里木河水质较差，河水矿化度已超过农田灌溉水使用标准。

勘察期间， 地下水埋深2.5m左右， 地下水位为870.82～872.46m，基本位于设计渠底高程以下。

6 工程区主要工程地质问题

东河滩水利枢纽工程主要由输水堤、 节制分水闸、引水渠组成，不同工程类别存在的主要工程地质问题既有共性，也略有差异，工程区普遍存在抗冲刷掏蚀问题、渗透稳定问题、环境介质腐蚀性问题、土体的冻胀性问题、沉降变形等共性地质问题，其中输水堤还存在风蚀问题， 闸基和引水渠还存在基坑排降水等工程地质问题。

6.1 抗冲刷掏蚀问题

工程区位于沙漠的边缘地带， 区内沉积物以粉细砂为主，主要粒径集中于粉粒和砂粒如表1，其结构松散，抗冲流速较小，土极易被水冲走，影响输水堤、岸坡、渠堤和闸前、后边坡稳定性。

表1 东河滩水利枢纽工程地层土体颗分试验成果统计

6.2 渗透稳定性

工程区土的岩性为粉质黏土、壤土、砂壤土、粉砂，以粉砂为主，土的颗粒细而均一，除部分风积砂丘区土为粗粒砂性土外，区内大部分土为细粒土，其不均匀系数一般小于5，依据SL 188—2005《堤防工程地质勘察规程》 判定其渗透变形破坏的类型为流土型。 流土型的安全系数为2.0，闸基临界水力坡降计算值及建议值如表2。

表2 工程区土体允许水力坡降

6.3 环境介质腐蚀性

工程区地表水主要为塔里木河水， 地下水主要为赋存于地层上部的第四系松散岩类孔隙潜水。 根据试验资料，工程区河水对混凝土无腐蚀性，地下水对混凝土具有强腐蚀性，对抗硫酸水泥无腐蚀性（＜3000mg/L），建议采用抗硫酸水泥。

工程区冲洪积平原表层土盐碱化较为明显，属弱～中盐渍土，局部表层为超强盐渍土，盐渍土类型为氯盐渍土、亚氯盐渍土。 场地表层0.3m深范围内土层对混凝土及混凝土中钢筋具有强腐蚀作用， 表层0.3～1.0m范围内土对混凝土及混凝土中钢筋具有弱～强腐蚀性。

6.4 土体的冻胀性

塔里木河干流两岸土层冻结始于每年的11月中旬，来年2月初开始融化，区内冻胀性土为季节性冻土，平均冻结深度52mm，最大冻结深度82mm。 区内表层2.5m深土粒径主要集中于0.075～0.005mm （粉粒），以细粒土为主，土样中粒径小于0.075mm的土粒重量占土样总重量的59.2%以上， 依据SL23—2006《渠系工程抗冻胀设计规范》，区内土多为冻胀性土。

6.5 沉降变形

工程区闸基地基土层以粉砂为主， 其压缩系数为0.10～0.13MPa-1，属中等压缩性土，在上部荷载作用下，存在沉降变形问题。

7 结语

东河滩水利枢纽工程是塔里木河综合治理的重要的配套工程，文中对该工程的基本地质条件进行了阐述，对工程存在的主要工程地质问题进行了分析与评价，为设计提供了可靠的地质依据和地质参数。