柏叶口水库大坝下游浸没影响评价

李 亮

（山西省柏叶口水库建设管理局 山西太原 030002）

1 项目背景

柏叶口水库大坝位于交城县会立乡柏叶口村上游，柏叶口村位于大坝下游左岸，紧邻溢洪道出口。大坝为混凝土面板堆石坝，于2012年12月建成，2013年9月30日开始蓄水运行。水库蓄水至1 080 m时，导流洞封堵段下游部分洞段开始产生渗水现象，大坝下游河道350 m处也发现有渗水现象。经过5个月时间的观测，下游河道渗水稳定无增大现象，经调查属于山谷泉水，导流洞渗水有增大趋势。当地村民也反映，村内水井水位上升、房屋有潮湿现象，村东南部耕地地面潮湿。为此，管理单位组织技术人员通过地质钻孔，观测地下水位变化趋势，分析库水位与大坝下游浸没影响关联。

2 研究区渗漏及原因分析

大坝位于“S”型河道的第一个弯道段上游处，上游河道顺直、下游河道弯度较大，导流洞、泄洪发电洞出口位于流向N5°E段，基岩岩性以混合花岗岩、变粒岩为主，穿插条带状混合岩、片岩、大理岩及辉绿岩岩脉。本段河谷左岸为单薄山梁凸岸地形，有利于水位渗漏产生绕坝渗漏，从渗漏角度考虑，左岸渗径较短，渗漏影响带较宽，岩体中节理裂隙和侵入岩的走向及发育程度为左岸绕坝渗流的产生提供了便利条件。建坝时左坝肩布置了长约75 m的防渗帷幕，本次在左坝肩坝轴线下游70 m处布置了ZK14－1钻孔（见图1），观测期内ZK14－1孔内水位高程在1 063 m左右，低于库水位50 m，与库水位的变化联系不明显，说明建坝期间的防渗帷幕起到了防渗作用。

图1 柏叶口村及勘探点布置示意图

导流洞位于大坝左岸，布置在大坝与泄洪发电洞之间，与泄洪发电洞平行，围岩主要为混合花岗岩、变粒岩，类别以II、III为主，隧洞施工过程中洞内基本无水，仅在节理裂隙较发育段有滴水或少量渗水。水库建成后用混凝土进行了封堵，库水位蓄至1 080 m时，导流洞内开始出现渗水；2013年12月24日，库水位蓄至1 109.7 m时，导流洞出口三角量水堰水位逐渐上升至11 cm左右（流量20.16 m3/h）；2014年6月16日，库水位蓄至1 113.3 m时，流量保持在20 m3/h左右，流量没有增大趋势。洞内两处（封堵段之后20 m范围内、封堵段下游150 m处20 m范围内，桩号0＋320～0＋340）有明显渗水、线状涌水，洞侧壁、底板有小股状冒水，渗水具有承压性；其余洞段无明显渗水。通过洞内节理裂隙统计，推测节理裂隙密集带大致交于桩号0＋320～0＋340段。

通过观测分析，随着库水位的不断升高，坝前库岸地下水位也相应抬高，从而改变了原始的水文地质环境。左岸近坝段已做防渗帷幕，但帷幕长度较短，仍存在一定程度的绕坝渗漏现象。在上下游水头差的作用下，库水通过左岸岩体中的裂隙向下游入渗，导流洞内出现渗水、线状涌水，同时使坝下游地下水位升高。

3 坝下游浸没预测评价

3.1 库水位与左岸地下水位联测及预测

为了查明大坝下游地下水位与库水位的关联，在左坝肩布置了ZK14－1钻孔，在下游村内布置了ZK14－2～ZK14－5钻孔，同时结合村内2个水井，2013年12月至2014年5月期间进行了坝下游地下水位与库水的长期联测。勘探点布置见图1、水位观测情况见表1。

通过水位观测可知，随着水库蓄水逐渐抬高，左岸地下水位也相应抬升，改变了原始的水文地质环境。虽然左岸近坝段做了防渗帷幕，但帷幕长度较短，仍存在一定程度的绕坝渗漏现象，造成左岸坝下游地下水位的升高。从导流洞内的渗水、线状涌水情况分析，左岸绕坝渗漏带影响宽度较大，柏叶口村多位于左岸绕坝渗漏带下游，也将产生地下水位升高现象。观测期内库水位与坝下游左岸柏叶口村钻孔和水井内地下水位变化曲线见图2、图3。

从观测结果看，钻孔和水井内地下水位与库水位变化联系紧密，库水位上升，村内地下水位随着上升，库水位下降，村内地下水位也明显下降。2013年12月24日至2014年3月26日，库水位由1 109.7 m升至1 114.0 m，村内地下水位抬升了0.45～0.67 m，相应库水位每上升1 m村内地下水位抬升0.1～0.16 m。以此类推，当库水位达到正常蓄水位1 133.0 m时，村内地下水位将抬升1.9～3.04 m，取平均值为2.7 m。

表1 大坝左岸下游地下水位与库水位观测统计表

图2 库水位变化曲线

3.2 浸没预测评价

柏叶口村房屋多位于I级堆积阶地的中后缘，耕地位于中前缘。根据原有钻探资料可知，房屋持力层主要为阶地上部的土层，厚度一般为3 m左右，局部达到5 m；耕地上部土层一般厚度为0.5～2.0 m。

柏叶口村房屋区在左岸I级堆积阶地中后缘呈顺河方向长方形分布，总体地形由上游向下游、由左岸向河谷逐渐降低。从地下水位观测资料看，地下水位变化趋势也是总体由上游向下游、由左岸向河谷逐渐降低。依据现行规范《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487－2008）取值计算，大坝下游居民区浸没地下水位埋深临界值为2.9 m左右，农田区为2.0 m左右。村内钻孔和水井预测地下水位埋深值见表2。

由表2可预测在水库正常蓄水位运行状态下，村内居民区地下水位埋深为0.76～3.61 m；ZK14－3、2号钻孔和S－1、S－2号水井处（村内中部及东部）地下水位埋深为0.76～2.81 m，小于临界值2.9 m，为浸没区；ZK14－4号钻孔处（村庄西部、北部）地下水位埋深为3.5～3.61 m，大于临界值0.6～0.7 m，为不浸没区。村内地形起伏不平，房屋地基基础高低不一，村庄西部及北部低洼地带的房屋也将受浸没影响。故预测水库在正常蓄水位运行状态下，村庄约2/3以上房屋将受浸没影响。

村口主要农田位于村庄南部，紧邻房屋区。呈阶状地块，地形西高东低、北高南低。根据村内钻孔和水井地下水位观测资料，预测水库正常蓄水位运行状态下农田区地下水位埋深一般在0.7～2.2 m，除西部少部分耕地外，东部和东南部耕地为浸没影响区。

综上可知，预测水库在正常蓄水位运行状态下，柏叶口村约2/3的房屋区和农田区会遭受浸没影响，在房屋区西北部和农田区西部地形较高的地带不受影响。预测评价未考虑水库洪水运行状态，以及河水位较高情况下的浸没影响，若在库水位及河水位较高情况下且持续时间较长，浸没影响范围将会增大。

图3 钻孔、水井地下水位变化曲线

4 浸没影响处理建议

当库水位达到正常蓄水位时，大坝左岸上、下游水位差在70 m左右。通过预测分析，大坝下游左岸柏叶口村地下水位，将随着库水位的升高而抬升。地下水位抬升的原因，主要为在上、下游水头差的作用下，库水通过左岸岩体裂隙绕坝渗漏补给阶地处的松散岩类孔隙水，造成左岸和阶地处地下水位雍高上升。

综上分析，可采取工程措施阻止或减少水库左岸绕坝渗漏，降低地下水位消除浸没影响。主要措施有：

表2 钻孔和水井地下水位观测及预测情况表

一是截断大坝下游左岸阶地地下水与库水的水力联系，将左岸防渗帷幕灌浆延长至导流洞，封堵近坝段绕渗通道。

二是在柏叶口村上游与防渗帷幕下游的左岸打一条排水洞，将绕坝渗水引入导流洞内排出，减低该处的地下水位。但弱微风化岩体透水性较弱，结合导流洞渗水情况分析，仅在洞内围岩破碎及节理裂隙较发育段出现渗水或现状涌水。采取排水洞措施存在洞内无水的风险，排水洞应布置在节理裂隙较发育完整性差的岩体内。

三是在村内采取渗渠、渗管排水降水，在耕地区设置纵横排水渠，将渗水排至下游河道，降低地下水位。由于村庄街道不规整且较狭窄，不利于渗渠、渗管布置，施工难度较大，且后期运行维护麻烦。

综合分析，推荐采取延长防渗帷幕，或再增设排水洞相结合的措施方案。

5 结语

水库蓄水后，大坝下游产生渗水现象，通过地质钻孔观测地下水位情况，根据资料分析了下游地下水位与水库水位的变化关系，推测水库蓄水后可能对下游村庄及耕地产生浸没影响，并提出了浸没影响处理措施，为大坝下游浸没防治工程设计提供技术依据。