王圪堵水库塌岸入库泥沙量预测

2013-09-05石宽宏

地下水 2013年5期

关键词：坡角库岸粉细砂

石宽宏

(陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西咸阳 712000)

王圪堵水库塌岸入库泥沙量预测

石宽宏

(陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西咸阳 712000)

王圪堵水库事是一座拦沙防淤、供水和灌溉等综合利用的水利工程，库区的塌岸入库泥沙量较大，通过周边相同地形、地貌、地质环境的已成水库塌岸稳定坡脚调查分析，利用断面平衡法预测塌岸入库泥沙量。结果得出，正常蓄水后塌岸总量约为4 044万m3，占总库容约10.5%，占淤积库容的25.6%。塌岸淤积较为突出，提出对坡岸进行适当处理，植草种树，固砂护岸，减少水土流失。

塌岸;稳定坡脚;入库泥沙量

王圪堵水库工程位于黄河右岸一级支流无定河中游，坝址位于横山县王圪堵村五七队附近，距下游芦河口约5.5 km。水库设计坝高44 m，坝顶高程1 052 m，正常蓄水位1 046 m，死水位 1 027 m，总库容 3.836 亿 m3，调节库容2.274亿 m3，淤积库容 1.577 亿 m3，回水长度 13 km。工程开发目标为拦沙防淤、供水和灌溉等综合利用。运行方式为全拦全蓄

1 库岸地质概况

水库回水末端至雷龙湾，长约13 km，周边长约50 km。无定河库区河段近东西走向，河谷切割深度70～80 m，宽400～1 000 m。库区两岸山体宽厚，地形高差约50～100 m，库岸主要为砂土岸坡，右岸天然坡度约26°～50°，左岸30°～37°，库岸呈不对称的带状地形。右岸沟谷发育，岸坡切割破碎，发育一、二级阶地，阶面较平坦开阔，略向下游及河道倾斜，宽约100～500 m;左岸岸坡较完整。库区植被主要为杨、柳树及沙蒿、沙柳等，多分布于右岸，覆盖率达60%以上。

根据岸坡野外实地勘察，确定了库岸岸坡基本形态特征及物质组成，库区岸坡多属第四纪松散堆积岸坡，主要由以下地层组成:

(1)全新统冲、洪积(Q4al+pl)粉细砂及壤土:出露于无定河河谷及两岸阶地。

(2)全新统坡积(Q4dl)粉细砂及壤土:主要分布于河谷两岸斜坡坡脚。

(3)全新统风积(Q4eol)粉细砂:库区两岸砂丘广泛分布。

(4)上更新统风积(Q32eol)黄土:主要分布于河谷右岸。

(5)上更新统冲、湖积(Q3al+l)细砂及砂壤土:出露于无定河河谷两岸斜坡;为形成库岸的主要地层。

(6)侏罗系上统安定组(J3a)砂岩夹泥岩:主要分布于河谷右岸及库区上游。

2 水库塌岸后稳定坡角的确定

根据对库区上游及附近周边多个水库(巴图湾水库、新桥水库、中营盘水库、红石峡水库、猪头山等水库)各类型岸坡的水上、水下及浪击带的现状稳定坡角调查结果(见表1)，确定塌岸计算参数，依据该水库的运行特点，入库泥沙(含塌岸物质)全蓄全拦的设计理念，淤积泥沙基本不出库的情况下，估算本阶段不同类型岸坡的塌岸方量。

表1 各类型岸坡水上、水下及浪击带坡角调查表

根据对周边已成水库各类岸坡岩土水上，水下稳定坡角的调查，对水库塌岸稳定坡角进行选定，①黄土岸坡:正常蓄水位以下稳定坡角取10°，正常蓄水位以上稳定坡角取45°。②冲湖积砂壤土夹粉细砂岸坡:水位以下库岸稳定坡角取16°，动水位区间岸坡稳定坡角介于4°～9°之间，正常蓄水位以上稳定坡角取30°。③冲积堆积岸坡粉细砂及薄层壤土:根据调查确定粉细砂死水位以下稳定坡角取16°，动水位区间稳定坡角介于4°～9°之间，正常蓄水位以上稳定坡角取30°。

3 库岸稳定性分析

目前较为成熟的塌岸稳定性评价方法较多，工程上应用较为广泛，本文采用的有平衡断面图解法来确定塌岸入库方量。

库盆两岸岸坡岩性主要为第四系松散堆积的粉细砂层，目前基本处于稳定状态。水库运行后，正常蓄水位高程1 046 m，相应的库岸周边总长约50.36 km。按照岩性及结构可将岸坡划分为四类:分别为基岩岸坡、黄土岸坡、冲积、冲湖积堆积岸坡，库区岸坡分类见表2。

表2 岸坡分类统计表

1)基岩岸坡

基岩岸坡长约0.47 km，占库岸总长的0.93%。主要分布于库尾无定河河谷、坝右岸上游及酒房沟内(库区右岸中部也有出露)，岩性主要由侏罗系上统安定组(J3a)砂岩夹泥岩组成。坡高一般5～20 m，岸坡自然坡度15°～40°，局部近直立，岩层产状平缓，构造裂隙不发育，无不利结构面组合，岸坡稳定。偶有小型崩塌、掉块现象，对水库运行基本无影响。

2)黄土岸坡

黄土岸坡长约6.11 km，占库岸总长的12.13%。分布于酒房沟内，由上更新统风积(Q32eol)黄土组成，灰黄色，坚硬，垂直节理发育。自然坡度40°～50°，坡高60～70 m，坡面植被较好，局部较陡有崩塌现象，自然边坡基本稳定;正常蓄水位以下为平坦耕地。岸坡破坏形式以崩塌—滑塌式破坏为主。水库塌岸预测计算采用图解法，计算塌岸的库岸长度约 5.7 km，(Q32eol)黄土正常蓄水位以下稳定坡角取10°，正常蓄水位以上稳定坡角取45°，估算塌岸方量约300.13万 m3，塌岸宽度约 35 ～70 m，塌岸面积约 0.3 km2。黄土岸坡典型断面见图1。

图1 黄土岸坡典型断面图

3)冲湖积堆积岸坡

由冲湖积组成的岸坡长约33.04 km，占库岸总长的65.61%。主要分布于无定河左岸，自然坡度30°～37°，坡高一般50～70 m。上部覆盖坡积(Q4dl)或风积(Q4eol)粉细砂，结构松散，厚度0.5～2.0 m;下部为冲湖积(Q3al+l)细砂夹砂壤土，结构中密－密实，分布厚度大，是构成水库塌岸的主要地层。

水库蓄水至1 046 m高程时，涉及塌岸计算的库岸长度约25.45 km，造成水库库岸再造。根据野外调查资料，并考虑了水库浪蚀对岸坡稳定的影响。死水位以下库岸稳定坡角取16°，动水位区间岸坡稳定坡角介于4°～9°之间，正常蓄水位以上稳定坡角取30°，坡积(Q4dl)及风积(Q4eol)粉细砂层计算参数参考冲、湖积地层。水库塌岸预测计算采用图解法，估算塌岸方量约3 573.38万m3，塌岸宽度约59～200 m，塌岸面积约2.88 km2，冲湖积岸坡典型断面见图2。

图2 冲湖积岸坡典型断面图

4)冲积堆积岸坡

冲积堆积岸坡长约10.74 km，占库岸总长的21.33%。主要分布于右岸阶地及漫滩。涉及塌岸计算的库岸长度约3.4 km，主要由粉细砂及薄层壤土组成，松散—稍密，厚度20～30 m。岸坡自然坡角为26°～32°，坡高较低，一般3～5 m。岸坡破坏形式以滑移—滑塌式破坏为主。根据调查与室内试验确定(Q4al)粉细砂死水位以下稳定坡角取16°，动水位区间稳定坡角介于4°～9°之间，正常蓄水位以上稳定坡角取30°，水库塌岸预测计算采用图解法，估算塌岸方量约171.02万 m3，塌岸宽度约58～130 m，塌岸面积约0.32 km2，冲积岸坡典型断面见图3。