某防洪堤工程建设对渗滤取水工程的影响评价

袁 伟，罗 敏

(四川省地质工程勘察院集团有限公司，成都，610072)

某渗滤取水工程位于涪江左岸，分两期建设完成。其中，一期工程设计日产水量5万t，二期工程设计日产水量3万t。涪江绵阳城区段防洪堤工程中长约320m的防洪堤经过该渗滤工程取水范围，工程实施将压覆渗滤取水一期工程各取水管，并对渗滤取水二期工程部分硐室的渗流取水管造成不同程度的影响，影响生产供水。同时，防洪堤施工将对供水水质造成一定程度的影响。因此，有必要开展防洪堤工程建设对渗滤取水工程的影响评价。

1 工程概况

1.1 渗滤取水工程取水原理

渗流取水平巷(或平硐)和各硐室均掩埋于河床下的基岩地层中，在各硐室布设渗流取水孔，从下界面辐射进入全新统近代河流冲积层，从中获取地下水。水源主要来源于涪江地表水，一部分来自于垂直入渗补给，一部分来自于地下水的侧向径流。在抽水状态下，松散岩类孔隙含水层中的地下水在动力和重力作用下快速进入渗流取水孔，由各硐室汇集后，通过平巷(或平硐)被输送到集水竖井，抽取到水处理站处理后供用户使用。

1.2 渗流井工程概况

渗流井工程分两期建成投运。一期工程布设有3条主导水平硐和1条副导水平硐、1个取水平硐， 4个集水硐室与导水平硐相接。57个渗流取水孔分布于4个硐室之中，其中，Ⅰ硐室22个，Ⅱ硐室9个，Ⅲ硐室22个，副Ⅱ硐室4个。二期工程位于一期工程上游约45m处。二期工程施工竖井向江心方向设置1条主输水平巷，在主输水平巷上分别向上、下游方向设置5条支输水平巷，并通过连接平巷向下游方向设置1条支输水平巷。集水竖井通过连接平巷与位于主输水平巷上的硐室1相接。在输水平巷内共设置有14个取水硐室，每个硐室内布设有14～15个渗流取水孔，共设置渗流取水孔200个。

1.3 防洪堤与渗流取水工程关系

防洪堤工程和渗滤取水工程均沿江展布，防洪堤工程防洪标准为50年一遇洪水， K2+150～K2+470段经过渗滤取水工程范围，长约320m。考虑到降低对渗滤取水工程的影响，设计方案由原迎水坡脚采用防冲齿墙调整为采用大块石护脚方案。

渗滤取水工程则主要掩埋于河床及河漫滩之下。防洪堤通过渗滤取水工程渗流区。其中，K2+150～K2+300段通过渗滤取水一期工程，一期工程主平巷、连接平巷、2号支巷部分以及硐5、硐1和硐6的12个渗流取水孔被防洪堤工程覆压；K2+300～K2+470段通过渗滤取水一期工程渗流区，除集水竖井外的取水构筑物均受不同程度覆压。

2 地形地貌

工作区为涪江河谷平原区，两岸河漫滩和阶地发育，地形平坦宽阔。现代河道宽390.60m～471.50m，河水面宽273.54m～356.35m，两岸漫滩呈边滩状和心滩分布，以涪江右岸居多，标高一般为461.60m～464.10m，宽度20m～115m。水厂所在岸(左岸)一级阶地阶面标高一般为466.73m～468.93m，阶地前缘高出河漫滩3m～4m，阶面宽1000m～1500m。渗滤取水工程及防洪堤工程均处于涪江左岸的河床和河漫滩上。

3 水文地质条件

研究区内地貌类型、地质构造较简单，含水层单一。地下水主要赋存于砂卵漂石层孔隙和基岩风化裂隙及孔隙中。

第四系全新统近代河流漫滩堆积漂卵石含水层(Q4-2al)，是渗滤取水工程的渗滤层，广泛分布于涪江河道及漫滩中，含水层为漂卵石层，厚3.80m～8.10m，以5.00m～6.00m左右为主，结构松散，渗透性强，赋藏较丰富的孔隙潜水，单井出水量小于500m3/d。在河床中该含水层直接与基岩接触，在水厂一带与上更新统砂卵石层含水层叠置，构成统一含水层。根据勘察资料，Q4-2al与Q3al+pl构成的统一的含水层渗透系数为22.80 m/d～30.22m/d，并认为全新统含水层的渗透系数应大于上更新统含水层。富水性较强，单井出水量可达500 m3/d～2000m3/d。

第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵漂石含水层，分布于涪江左岸及水厂附近河道内，含水层厚2.70m～12.45m，渗流取水水厂附近河道内厚度较大。

中生界白垩系七曲寺组(K1q)风化裂隙含水层埋藏于第四系砂卵漂石层之下，岩体完整，根据渗流井二期工程勘察资料，该层层理发育，岩石裂隙弱发育，多呈闭合～裂纹状。强风化带厚度1.15m～3.08m左右，赋存基岩风化孔隙裂隙水，透水性、富水性均相对较差，属弱含水层。

4 防洪堤工程对渗滤取水工程的影响分析

防洪堤从渗滤取水工程上方覆压，施工期间的各种工程活动对含水层进行扰动，工程建成后永久性占据取水工程的滤床，并且改变砂卵石含水层的水文地质特性，都将对渗滤取水工程造成一定影响。

4.1 对渗流井取水水质的影响

防洪堤工程建设期间，除大块石护脚区外，其余堤身部分需要进行开挖、砂卵石回填、压实或削坡等工程活动。这些工程活动均在渗流取水孔上部的滤床上进行，对滤床的扰动直接影响地下水的渗滤作用，从而影响到取水水质。防洪堤施工期间在河床上开挖了一深7m～8m、宽约16m的基槽，挖至新渗流井硐5的取水渗流区次日抽水水质变浑浊，水质检测浊度大于20度。停止施工并对深槽进行了回填后，水质得到恢复。分析原因，开挖深槽减薄了滤床的厚度，根据前期渗滤取水工程的勘察资料，新渗流井硐5上方渗流区滤床厚约7.5m～8.5m。开挖后，滤床还剩约0.5m的厚度，渗滤作用大大减弱，抽水水质变浑。防洪堤工程建成后，不再对滤床进行扰动，随着运营期的延长，对水质的影响逐渐减小。

4.2 对渗流井取水水量的影响

4.2.1 影响方式

根据渗滤取水工程的取水原理，主要通过渗流取水孔，从下界面进入砂卵石含水层中，获取水量。水源主要来源于涪江河水，一部分通过垂直入渗补给，一部分通过水平侧向径流补给，河水与地下水之间保持良好的补排关系(图1)。防洪堤工程修建后，沿河覆压于河床和河漫滩上，改变了渗滤取水工程的取水方式(图2)。

图1 天然条件下渗滤取水工程取水方式

图2 防洪堤工程修建后渗滤取水工程取水方式转变

含水层中地下水以河水的垂直入渗补给为主，防洪堤工程修建后占据河床渗滤层，使渗流取水孔无法获得垂直入渗补给量，被覆压的含水层中地下水转为以水平径流为主。防洪堤本身结构对下部含水层有自重加载作用，施工期间的填筑、碾压、加密等工程活动还会对下部含水层进行加压。使其密度变大，孔隙度变小，降低含水层的渗透性能，从而减少了来源于河岸一带的地下水侧向补给量。

4.2.2 施工期影响分析

渗流井的开采水量主要由含水层内水平方向的地下水径流补给量(Q1)和垂向向的江水入渗补给量(Q2)组成，防洪堤工程对渗流取水工程的影响可根据防洪堤工程覆压的渗流取水孔数目和地下水补给量的减少进行评价。

4.2.2.1 根据覆压的渗流取水孔估算减少水量

渗流井的产水量一方面来源于垂直入渗，一方面来源于水平径流，以河水垂直入渗为主。防洪堤工程从渗流井上覆压，使其接受垂直入渗的补给量大大降低。同时，水平方向上，降低了砂卵石含水层的渗透能力，减少部分水平径流量。按照被覆压的渗滤取水孔情况，考虑其受影响的产水能力，可估算覆压后减少水量。

(1)水平径流量减少值

水平方向上，防洪堤工程修建后，降低了沿河一带的砂卵石含水层渗透性能，若考虑渗透系数减少为原来的1/2～2/3，保持其他参数不变，估算水平径流补给量减少值：

△Q1=△KEHJ

式中：△K——含水层渗透系数(m/d)；

H——含水层平均厚度(m)；

△E——补给宽度减少值(m)；

J——地下水临界水力坡度；

地下水临界水力坡度按下式计算：

式中：R——抽水影响半径(m)；

H——含义同前。

(2)垂直入渗补给量减少值

垂直方向上，保持其他参数不变，根据防洪堤工程所占据的滤床面积，按下式进行估算：

△Q2=△Fv

式中：△F——滤床面积减少值(m2)；

v——垂直入渗速度(m/d)。

4.2.2.2 对渗流取水一期工程水量的影响

渗流区横向宽约160m，纵向长约500m，核心滤床面积约7500m2。取水水源一方面来源于地下水的侧向补给径流，一方面来源于河水的垂直入渗补给。共设57个渗流取水孔，呈扇形分布于4个硐室中，建成于1998年，现产水量约16000 m3/d，平均每个渗流取水孔产水量为281 m3/d。

防洪堤K2+300～K2+470段通过渗滤取水一期工程区，从渗流区上覆压而过，将老渗流井约一半的取水构筑物掩埋于防洪堤之下。

(1)根据覆压的渗流取水孔数估算减少水量

防洪堤工程共覆压了渗流取水孔23个，若考虑被覆压的渗流取水孔不再产水，根据所掩埋的渗流取水孔数目，按渗流取水孔的平均产水量，估算水量减少值，如表1。

表1 受防洪堤覆压影响的渗流取水一期工程水量减少统计

计算得出，防洪堤工程覆压将导致渗流取水一期工程减少水量约6463 m3/d。

(2)估算减少的地下水补给量

根据前期勘察资料，含水层渗透系数取12.5 m/d ～16.67 m/d，含水层平均厚度约11m，补给宽度减少约200m，经计算，地下水临界水力坡度为0.083，估算出水平流补给量减少值约2283m3/d ～3044m3/d。垂直方向上，防洪堤工程修建后，侵占了部分河道，滤床面积减少值约2618m2，实际受影响的滤床面积应在核心滤床面积上进行一定扩展，取向外扩展3m的滤床面积参与估算为3724m2，入渗补给量减少值约3303m3/d。防洪堤工程修建后将减少渗流井一期工程的产水量约5586m3/d～6347m3/d。

4.2.2.3 对渗流取水二期工程水量的影响

渗流区横向宽约200m，纵向长约200m，控制核心滤床面积约40000m2。新渗流井共布设200个渗流取水孔，呈扇形分布于14个取水硐室中，每个硐室内设有14～15个渗流取水孔。防洪堤主要对靠近涪江左岸的硐5、硐1和硐6中的12个渗流取水孔覆压。

(1)根据覆压的渗流取水孔数估算减少水量

根据每个渗流取水孔的产水量测定结果。若考虑被覆压的渗流取水孔不再产水，将使新渗流井的产水量减少约8351m3/d(表2)。防洪堤工程从渗流井上覆压后，垂直方向上，占据滤床，使覆压区的垂直入渗量大大降低；水平方向上，降低了砂卵石含水层的渗透能力，减少部分水平径流量。因此，渗滤取水孔被覆压后，仍保留有部分产水能力，若考虑被覆压的渗滤取水孔被影响60%的产水能力，则新渗流井的水量减少约5011m3/d。施工期对水量的影响并非一个定值，而是随着施工过程的进行逐渐增加。

表2 防洪堤覆压渗流井二期工程取水孔估算的水量减少值

(2)估算减少的地下水补给量

水平方向上，防洪堤工程修建后，降低了沿河一带的砂卵石含水层渗透性能，考虑渗透系数减少为原来的1/2～2/3，取12.5m/d～16.67m/d，含水层平均厚度约6m，补给宽度约180m，地下水临界水力坡度取0.0375。计算出水平流补给量减少值约506m3/d～675m3/d。

垂直方向上，防洪堤工程修建后，侵占了部分河道，滤床面积减少值约2550m2，实际受影响的滤床面积应在核心滤床面积上进行一定扩展，取向外扩展5m的滤床面积参与估算，为4335m2；垂直入渗速度取0.887m/d。估算出垂直入渗补给量减少值约3845m3/d。

通过对径流量的估算，防洪堤工程修建后将减少新渗流井的产水量约4351m3/d～4520m3/d，以垂直入渗补给量的减少为主。

4.2.3 运行期影响分析

防洪堤工程建成后，整个河堤侵占原河道，使河岸线向南迁移约20余米。运营期间，沿河岸一带地下水流速相对较小，容易沉积泥沙，影响砂卵石含水层的垂直入渗速度，从而降低取水工程产水量。工程建成后，防洪堤对渗流井产水量的影响将一直存在。

考虑大块石护脚区外5m范围内，滤床容易形成相对较厚的泥膜，影响其垂直入渗速度。根据前期新渗流井的勘察资料，试坑渗水试验显示，在水柱0.3m条件下，无泥膜和有泥膜(泥膜厚度10cm)的滤床垂直入渗速度分别为1.2672m/d和0.5069m/d，有泥膜的滤床垂直入渗速度下降了60%。对于涪江沉积泥膜的速度，根据现场调查，靠近河岸一带的泥膜厚度可达20cm～30cm。

由于泥膜的沉积使滤床的垂直入渗速度下降2/3。按下式估算工程建成后运营期间，防洪堤对新渗流井产水量的影响。

△Q2=F△v

式中：F——大块石护脚区外5m范围滤床面积(m2)，一期渗流井区为880m2，二期渗流井区为845m2。

△v——沉积泥膜后垂直入渗速度降低值(m/d)，取原垂直入渗速度的2/3，即0.591m/d。

经计算，工程建成后运营期间，防洪堤将继续减少一期渗流井产水量约520m3/d，减少二期渗流井的产水量约500m3/d。

5 结论

通过计算分析，防洪堤工程施工期间对滤床的占压以及工程活动对含水层的破坏，可能对渗滤取水工程水质、水量造成影响。水质主要影响指标为浊度、色度、氨氮。水量影响：可能造成渗流取水一期工程水量减少约5586m3/d～6463m3/d，造成渗流取水二期工程水量减少约4351m3/d～5011m3/d。

防洪堤工程建成后运营期间，由于沿河岸线一带容易沉积泥沙，并且沉积于大块石回填空隙中的泥沙难于清理，以致运营期间还将可能对渗滤取水工程水量造成一定影响。可能使渗流井二期工程的产水量减少约500m3/d，渗流井一期工程产水量减少约520m3/d。

因此，防洪堤工程建设在施工期和运营期都会对渗滤取水工程造成不同程度影响，特别是对水量影响较大。总体上，防洪堤工程建设可能使渗流井二期工程水量减少约4851m3/d～5511m3/d，使渗流井一期工程水量减少约6106m3/d～6983m3/d。

天然条件下，沿河岸一带砂卵石含水层中地下水与河水之间保持良好的连通关系，地下水位降低时，可以快速得到河水的补给。防洪堤工程建设对含水层厚度及渗透性能改变后，一定程度上降低了河水与地下水的联系，使河岸一带地下水的补给来源减少。长期以后，河岸一带地下水储存量减少将进一步对渗滤取水工程的水量造成影响。