吉林西部夏家园子屯浸没问题研究

曹景峰

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春，130021）

0 引言

浸没是指由于水库蓄水后，抬高河水位，引起周边地下水壅高，当水位达到建筑物地基或农作物根系临界高度时，引起建筑物地基强度降低或土壤盐碱化、沼泽化的现象。其主要受到地下水位、地形地貌、地质构造及地层岩性、水文及气候条件、水库运行及人类活动的影响。库区浸没问题直接影响到人民群众的生产生活，是库区重要的环境地质问题之一，因此合理圈定浸没范围，提出有效的防治措施，对库区地质环境保护和环境可持续发展有着重大意义。

1 区域概况

哈达山水库于2011年10月蓄水安全鉴定完成后开始蓄水，水库坝前正常蓄水位140.5m，夏家园子屯位于水库左岸，地貌为河漫滩，宽1.50~6.50m，其后缘为丘陵状台地。河漫滩地形平坦、地势较低，地面高程为138.10～142.20m，表层为壤土，厚度1.50～7.00m，其下部为细砂和粗砂层，厚度7.80～16.50m。含水层主要为第四系细砂和粗砂层中的潜水，地下水位埋深为1.30～4.00m，地下水位高程为137 87～138.50m。

水库正常蓄水后，水库回水进入原有村边的冲沟，致使冲沟附近地下水位抬升，并导致地下水位壅高，低洼处居民的水井受污染，不符合饮用水标准。冲沟附近的房屋有的基础淹没，墙根湿润，冬季冻胀，有的地面塌陷，发生不均匀沉降，造成房屋墙体开裂。另外，由于受库水位的顶托，村边冲沟的汛期洪水位将升高，洪水携带的泥沙淤积在冲沟口附近，威胁耕地、民房和人民生命财产安全。

图1 水库回水浸没示意图

2 浸没分析与预测

2.1 临界地下水位埋深

哈达山水利枢纽工程位于松花江上，主要建筑物为泄洪闸、引水闸及溢流坝。坝顶高程146.00m，正常蓄水位140.5m。库区地形上具有东南高西北低的特点。其中东南部地面高程为200～260m，最高处达285m，位于王府镇南部；西北部地势较低平，地面高程为150～200m；第二松花江河谷开阔，一般宽 4～6km，地势平坦，地面高程 135～150m，自东南向西北倾斜，江道属辫状水系，心滩、沙洲、天然堤、残留河道、牛轭湖等多有分布。研究区第四纪沉积物广布全区，表层为壤土，下部为透水性较强的细砂和粗砂层，地下水埋深1.30~4.00m，地下水位埋藏较浅，雨季入渗补给量将很大会使地下水位升高，在以上因素综合作用下，将可能发生浸没现象。为了进一步预测浸没范围，在研究区内进行了一系列工程地质勘察工作，如表1所示。

表1 工程勘察表

研究区地层由壤土和细砂、粗砂构成，壤土和细砂、粗砂的透水性相差较大，渗透系数差值一般在103以上，地下水类型为潜水，属于二元层次结构地层。

对于二元层次结构地层，依据地下水雍高计算，预测地下水回水位高程，当回水位高程高于当地临界地下水位时，该地区应判定为浸没区。

当预测地段和库岸带的隔水层近似水平，为均质含水层且无入渗补给时，可根据达西公式导出地下水雍高值Z1的计算公式：

h1—蓄水前地下水位，h2—为河水位，上游地区应加上底层水位超高值，Z2—水库政常蓄水位与河水位的高差。

根据水文地质条件，确定浸没地下水埋藏临界值公式:Hcr=Hk+ΔH

Hk为毛细水上升高度，ΔH为安全超高值，主要指根系层厚度或建筑物基础埋深。

（1）毛细水上升高度的确定。本次共做44组毛细水上升高度试验，毛管水上升高度平均值1.67m（对浸没评价取1.50m），浸没区后缘的地下水位高程137.87~138.50m，表层为壤土，厚度1.50~7.00m，其下部为细砂和粗砂层，离水库近，对库水入渗补给有利，因此毛细水上升高度取1.50m。

(2)安全超高值的确定。安全超高值对于农作物区为农作物根系层厚度；居民区取决于基础荷载和基础砌置深度。

研究区内的主要农作物为玉米，11月份现场调查地下水位埋深1.00m仍然丰收。通过对农作物减产评价，玉米根最大深度1.00m，居民区分布较零散多采用毛石混凝土基础，基础砌置深度0.8~2.0m（对所有影响房屋进行了调查），结合本地季节性标准冻结深度，综合确定研究区房屋安全超高值取1.5m。如表2所示。

图2 夏家园子浸没工程地质剖面图

表2 临界地下水位埋深表

2.2 “起始水力坡度法”对耕地浸没问题的预测

二元结构的壤土层的渗透系数与细砂、粗砂层的渗透系数相差很大，故上部壤土层可视为相对不透水层，根据水动力学壤土层所含的水是弱结合水，只有在外力克服弱结合水抗剪强度时，水才能够自由流动，克服弱结合水阻力的能量就是水力梯度I0，根据达西定律，当库水垂直向上渗透，需克服自重作用，即可计算出在粘性土产生渗透的起始水力坡降为：

起始水力坡降：T=H0/（1+I0）

式中：T—为粘性土层含水层厚度，H0—为承压水头，即正常蓄水位与含水层顶板高程之差，I0—起始水力坡度，σ—粘性土层厚度，△H—安全超高值。浸没判别：σ< T+△H，浸没。

壤土层水力坡降可以通过野外实验获得，具体方法就是：在上覆壤土中打一钻孔，打到下部含水带时测定其水位，然后打穿承压含水层，并测定其稳定水位。

起始水力梯度I0=ΔH/Δm

式中：ΔH—为初见水位与最终水位差，Δm—为第一次测定水位时其孔深至含水层顶板深度，由野外实验测得壤土层起始水力坡降取0.64，夏家园子浸没工程地质剖面图见图2，评价结果如表3所示。

表3 浸没问题评价结果表

2.3 浸没程度分级

依据可能产生浸没地区的地形地质特征，根据水库蓄水后的危害程度，将浸没区划分为轻微、中等和严重三个等级。分级原则见表4，由表4可见本区属于中等浸没区。

h—地下水位雍高值，Hk—毛细水上升高度，Hcr—地下水埋藏临界值。

表4 浸没程度分级表

2.4 浸没范围的确定

根据起始水力坡度法对研究区浸没范围的预测并结合本次对所有受水库影响的房屋的实地调查，在地面高程143.50m以下的房屋均受到不同程度影响，综合分析预测在地面高程143.50m以下的房屋存在浸没问题，预测在地面高程143.00m以下的耕地存在浸没问题，如图3所示。

图3 浸没工程地质平面图

2.5 蓄水后夏家园子村的浸没情况

2011年水库蓄水后，2013年我院对夏家园子屯进行了实地复核。夏家园子屯部分房屋存在浸没问题，和本文预测范围的基本相符，即在地面高程143.50m以下的夏家园子屯的房屋存在浸没问题。通过近期的调查和建库前对比，地下水位建库前山边基岩水位141.51m，靠水库村边的砂层的地下水位埋深2.4m（高程138.50m），现在的砂层的地下水位埋深0.8m，地下水位升高1.6m，地下水位雍高，水质变坏，导致吃表层砂砾石孔隙水的住户不能饮用，建议饮用自来水。该村山坡植被最近几年破坏严重，随之带来的汛期雨水冲刷淤积问题十分严重（现村委会决定明年山坡不许种地，要植树造林防止水土流失），村里的主要道路今年7月2日下雨，淤积的砂土厚度0.30-0.9m，前年有近山坡脚的房子被山洪冲倒，淤积厚度达0.5-1.6m，如村民宋华军家房屋四周被最近几年淤积的砂土掩埋接近后窗台附近，掩埋的土层厚度0.80m，房后的屋檐仅一人高，见图4。说明实际的原地层在掩埋的淤积层以下，地基处理不好的房子受到影响。现有的靠山坡附近房屋的地形高低不平，个别的房子如张德江家附近有个小水泡子，水面高程140.70m，有时干枯，房子室内有裂缝，地面高程143.50m，室内和房基都垫起来了，经综合分析按淤积后的地形高度和房屋实际情况确定，调查结果在现有的地形143.50m以下的房屋受到不同程度的浸没影响，同时房屋也受山洪和其滞留洪水的浸泡影响。

图4 夏家园子房屋浸没图

3 水库浸没的防治

（1）通过深排和浅排（明沟、暗管、竖井抽排、排水减压井）等措施，控制和降低地下水位，常用于封闭的盆地型地形。

（2）通过防渗帷幕灌浆、防渗墙、铺盖等措施，减少地基渗流量和水力坡降，常用于岩基中。

（3）通过挖高填平、挖沟垫平达到平整土地降低地下水位，它既可防涝又可防碱防浸。

（4）改变作物种类和耕种方法、对城镇和居民区加固建筑物基础及优化建筑结构。

4 结论

夏家园子屯位于哈达山水库左岸，属于典型的二元结构地区，本文通过室内实验确定壤土层的毛细水上升高度、预测了临界地下水位高程；通过野外实验确定壤土层的起始水利坡降，通过“起始水利坡度法”，预测了浸没范围及程度，建议浸没防治措施。