桑干河古家坡生态蓄水工程地质问题分析

景林珍

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程概况

桑干河古家坡生态蓄水工程属永定河综合治理与生态修复项目中生态蓄水湿地之一，工程主要建设内容包括开放式蓄水闸1座，整体蓄水闸宽360 m，主河槽段蓄水闸宽60 m，闸门高3.0 m；生态护岸461 m；管理站1处，管理房建筑面积300 m2。项目实施后将形成净化湿地水面133.8 hm2，蓄水量95.0×104m3。

2 蓄水区工程地质条件

蓄水区地貌区划属晋东北断陷盆地之大同盆地冲积平原区。蓄水区河流流向整体由N22°～27°E转向S83°E，在闸址处河流转向为N73°E。桑干河具平原区河谷地貌特征，地势开阔，较平坦，河谷呈不对称浅“U”型，主河床宽 30～100 m，地面高程 969.0～972.0 m。河床左岸地面高程972.6～991.3 m，河床右岸地面高程970.0～980.0 m，现多为耕地及林地，部分为荒地。

蓄水区发育地层主要为第四系全新统冲积物（Q4al）、上更新统洪冲积物（Q3pal）和下更新统湖积物（Q1l）。

1）全新统冲积物（Q4al），上部为浅黄、灰绿、锈黄色低液限粉（黏）土，局部夹浅黄色级配不良砂层，厚度0.8～5.5 m；下部为黄、浅灰、褐、褐黄色含细粒土砂、级配不良砂层，厚度2.1～4.8 m。主要分布于桑干河河床及两岸。根据室内土工试验，Q4al低液限粉（黏）土天然含水率为18.1%～24.1%，平均值21.1%；天然密度为 1.84～1.95g/cm3，平均值为 1.90g/cm3；干密度为 1.56～1.57 g/cm3，平均值为 1.57 g/cm3；孔隙比为 0.712～0.733，平均值为0.723；塑性指数9.4～10.4，平均值9.9；垂直渗透系数3.99×10-5cm/s，具弱透水性。

2）上更新统洪冲积物（Q3pal），岩性为浅黄、灰黄、锈黄色低液限粉土夹级配不良砂（砾）层透镜体。厚度0～15 m。主要分布于桑干河左岸。

3）下更新统湖积物（Q1l），岩性为褐、褐灰、浅灰、灰蓝色低（高）液限黏土，密实，饱和，可塑-软塑。最大揭露厚度大于15 m。主要分布于河床及两岸下部。

区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水，含水层为全新统冲积低液限粉（黏）土、含细粒土砂，富水性主要受颗粒组成和地形地貌等因素制约，一般富水性较好。主要接受上游河水及大气降水补给，向下游径流、排泄。

桑干河为工程区地下水排泄的最低点，从区域上来看，两岸地下水补给河水，由于多年降雨量减少，河道内地表经常干枯无水。但由于今年六月以来万家寨引黄工程向桑干河生态补水，河道内有水，形成暂时性河水补给两岸地下水，导致现状河水高于部分两岸地下水位的现象。

3 蓄水区工程地质问题

古家坡生态蓄水工程设计蓄水位970.5 m，蓄水面积 133.8×104m2，蓄水量 95.0×104m3。蓄水区回水长度约2.8 km。蓄水区存在的主要工程地质问题为蓄水区渗漏、岸坡稳定、淹没与浸没及泥沙淤积。

3.1 蓄水区渗漏

桑干河为大同盆地的排泄区，主要接受桑干河河谷上游来水及大气降雨补给，向下游排泄。

蓄水区两岸上部地层为Q4al低液限粉（黏）土、含细粒土砂、级配不良砂，多具弱-中等透水性。下部为Q1l低（高）液限黏土，透水性差，多具弱-微透水性。桑干河是区内地形最低点，地下水由两岸补给河流，现状两岸地下水位水力坡度约4‰～5‰，正常蓄水后，地下水位再平衡，桑干河两岸一定范围内地下水位会有一定壅高，蓄水区形成暂时性渗漏。建议采取相应的防渗处理措施。

3.2 岸坡稳定

在蓄水区回水范围内，两岸均为土质岸坡，岸坡均为漫滩，坡度较缓，自然边坡2°～5°，正常蓄水位附近地面多平缓，蓄水区岸坡稳定。左岸闸肩上游140 m范围内，岸坡较陡，自然边坡 25°～40°，高差约 2.0 m，在蓄水和风浪淘蚀作用下可能会产生局部坍塌现象。

3.3 淹没与浸没

蓄水区正常蓄水位970.5 m，回水长度约2.8 km。蓄水区淹没范围内主要为桑干河河谷及漫滩，河滩耕地将被淹没，无村庄建筑分布。

由河谷两岸具体地形及地层岩性分析得知，主要浸没区为河谷两岸的耕地及林地。河谷两岸漫滩地面高程971.9～975.0 m，地层岩性为第四系全新统冲积低液限粉（黏）土及级配不良砂层，蓄水区正常蓄水后可能存在浸没问题；两岸居民区位于980 m以上，蓄水区正常蓄水后无浸没影响。

浸没评价依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录D进行。

地下水临界埋深按照公式1计算：

式中：HCR——浸没地下水临界埋深，m；

HK——土壤毛细水最大上升高度，m；

ΔH——安全超高值，农业区（农作物根系深度）取0.5 m，居民区（建筑物基础埋置深度）取1.5 m。

据实地观测，低液限粉（黏）土毛细水最大上升高度1.2 m左右，则浸没地下水临界埋深：农田为1.7m，房屋为2.7 m。

根据《水利水电工程地质手册》中有关公式[1]进行地下水壅高估算。下伏Q1l低液限黏土可视为相对隔水层，由于起始断面与计算断面间隔水层高差很小，故视为隔水层水平。

地下水壅高值按照公式2计算：

式中：h1、h2——蓄水前在起始断面1及断面2处的含水层厚度，m；

y1、y2——地下水壅高后在起始断面1及断面2处的含水层厚度，m。

根据回水区两岸地形地貌和地质特征，在回水区两岸选取典型地段进行了勘察工作，测绘代表性的工程地质剖面6条，每条剖面上布置1个钻孔及1个竖井。本文选用K1-K1′、K2-K2′典型剖面进行浸没临界高程计算。

浸没临界高程计算结果见表1，浸没剖面见图1，浸没范围见图2。

表1 浸没区地质参数选取及浸没预测计算结果表

图1 浸没剖面示意图

图2 浸没范围示意图

受地形地貌、地层岩性、地质结构、地下水位等因素的影响，蓄水区尾部浸没区各处的浸没临界高程有一定的差异。蓄水区左岸地面高程低于975.34 m时，农田将遭受浸没影响，地面高程低于976.34 m时，房屋将遭受浸没影响；蓄水区右岸地面高程低于975.22m时，农田将遭受浸没影响，地面高程低于976.22 m时，房屋将遭受浸没影响。按农业区地下水浸没临界高程及闸址区1/1000地形图圈定主要浸没区的范围，左岸浸没区面积约2.8 km2，右岸浸没区面积约1.5 km2。浸没区内有农田及林地，没有村庄建筑。浸没主要表现形式为地面沼泽化、地表潮湿，局部地带存在土壤次生盐渍化。

建议加强对两岸农业区及居民区地下水位的监测工作，必要时在防洪堤外侧易造成浸没区段开挖平行于防洪堤的排水渠，降低水位，减小浸没影响。

3.4 泥沙淤积

蓄水区上游及两岸岸坡均为第四系松散层，水土流失严重，且闸址左岸上游1.6 km处发育大盐坊沟，汛期洪水携带泥沙进入蓄水区，蓄水区存在泥沙淤积问题。蓄水区淤积主要物质来源主要为两岸入库沙土及上游洪水携带泥沙。

4 结论

桑干河古家坡生态蓄水工程属于省级重点建设项目，桑干河为大同盆地的排泄区，主要接受桑干河河谷上游来水及大气降雨补给，向下游排泄。蓄水区永久渗漏问题不大，现主要存在浸没及淤积问题，极易造成浸没区的农田出现土壤盐碱化现象。因此，工程实施时应注意工程措施和生物措施相结合，调整理顺紊乱的河道，固土保水、涵养水源，减轻当地的水蚀。