潮州供水枢纽库区浸没处理方案效果分析

崔恒富

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510635)

1 工程概况

1.1 枢纽布置及浸没区概况

潮州供水枢纽工程距潮州市中心约4km，位于潮州市南边的江东洲北端的东溪和西溪进口处。该枢纽是实施韩江下游三角洲地区水资源统一调配、解决粤东地区人民生活用水和工农业用水的重点工程项目。工程开发任务以满足城乡生活用水及灌溉为主，兼顾发电、通航及改善生态环境等综合利用。

由于本工程坐落在潮州市城区附近，根据地形图显示，枢纽库区两岸部分区域地面高程(11.5m-6.5m，)低于枢纽正常蓄水位(10.50m)，可能会导致浸没影响，主要范围是：①意东堤约5km堤后范围；②东厢堤约3km堤后范围；③南、北堤及城区范围；④仙洲岛(浸没区分布详见图1)[1]。

1.2 工程地质及水文地质情况

1.2.1 工程地质情况

根据勘探及前期资料，场区地层主要为第四系冲积层，其厚度变化较大，最大厚度超过100m，从北向南逐渐变厚，沉积物主要为砂、黏性土、淤泥等，属多元沉积结构，第四系地层在揭露深度范围内按形成时代的先后、沉积韵律及组成成分的差异，从上往下可划分为：sQ为人工填筑层；①、②层为alQ43河流相冲积层；③层m+alQ42海陆交互相沉积层，主要为灰黑色淤泥或淤泥质土夹淤质粉细砂，呈相互交错沉积，或透镜状。④层alQ41河流相冲积层，可细分为三个亚层：④-1层为黏性土层；④-2层为中细砂层，含粉砂及泥质，稍密-中密状；④-3层为砂卵砾石层及含砾粗砂层。⑤层alQ33河流相冲积层；下覆基岩为侏罗系及白垩系地层。

图1 浸没区分布图

根据潮州市历史记载，在潮州城区及东厢堤的窑美村均有过溃堤，在溃口段水流将alQ43地层冲蚀而出现缺失，一直下切到m+alQ42地层，之后沉积了8-12m现代河流相中粗砂-粉细砂层，该砂层与韩江河床砂层相连通，水力联系密切。

在涸溪到周厝、埔上村一带为早期冲蚀形成的古河床，从上至下堆积一层较厚黏性土，直接覆盖砂卵砾石层上。根据前期地质勘探结果，该地层厚度平均约55m，底部高程约-66--86m，地下水连通性较好。

1.2.2 水文地质条件

1) 地表水系及流向

韩江左岸意溪镇片区及东厢堤片区地表水主要汇入意溪河，最终进入北溪从饶平注入南海；右岸地表水主要是通过三利溪流入枫江再汇入榕江从汕头注入南海。

2)地下水及流向

根据地质勘探结果显示，两岸冲积平原在黏性土盖层较厚的地方均存在两个地下水位：①上部为潜水，赋存于上部砂层及黏性土层中；②下部为微承压水，主要赋存于下部砂卵砾石层中。在城堤后的决口区内及两岸一些古河道则只存在潜水。

根据两岸平原第四系地层结构特征，上部与河床砂层相连通的砂层的渗漏是堤内产生浸没的主要透水通道，下部不是堤内产生浸没的主要透水通道。

1.3 水库下闸蓄水情况

潮州供水枢纽于2005年9月30日正式下闸蓄水，初期蓄水高程为8.0m(珠基)，以满足船闸通航水位要求，稳定6个月后，每半年提升0.5m，在蓄水稳定期主要是观测库区两岸浸没情况及枢纽各项监测指标是否正常，如发现异常情况，可暂缓提升水位或降低水位运行，确定没有异常情况后再继续蓄水，直至库水位到枢纽正常蓄水位10.5m。

2 库区浸没计算分析及浸没控制标准

2.1 地下水壅高计算

地下水壅高是指库水位为8-10.5m条件下，堤后的地下水壅高，包括有无防渗措施的情况。该工程与华南理工大学合作，采用两种渗流计算方法进行相互验证。

方法1：使用三维渗流分析系统3D-Flow进行计算；

方法2：使用华南理工大学曹洪博士开发的多层透水地基渗流计算程序进行计算。

经两种计算方法算出地下水壅高值，结合潮州枢纽下闸蓄水后工程影响区域范围内地下水位变化情况，在长期处于高水位且无任何工程处理措施的情况下，潮州市城区部分区域处于浸没状态。根据库区地层分布情况，预测堤内表层有较厚砂层与河床砂层相连通的部位发生浸没的可能性。

根据潮州供水枢纽库区影响范围，按浸没影响程度的轻重将浸没区划分为轻微(Ⅰ类)、中等(Ⅱ类)、严重(Ⅲ类)三个等级，具体分布情况如下：

①严重浸没影响区(Ⅲ类)：主要分布在城堤、东厢堤溃决冲积区内地势较低的地方，以及左岸湘子桥至韩江大桥临江附近。

②中等浸没影响区(Ⅱ类)：主要分布在各防护堤堤内约100-200m附近及潮州市城堤溃决冲积范围外的老城区等地方。

③轻微浸没影响区(Ⅰ类)：主要分布在意东堤、北堤堤后及其他各防护堤堤内较远的地方。

2.2 浸没控制标准

浸没控制标准按不同类型场地分别拟定。《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-98)给出了水稻田设计排渍深度的建议值为0.4-0.6m，该工程浸没标准按0.5m控制。其他浸没控制标准建议值见表1。

表1 不同类型场地的浸没标准

3 工程处理措施

根据浸没计算分析及浸没影响的程度，对不同区域采取不同的处理措施，主要方案如下：

1)意东堤

意东堤为轻微浸没影响区，影响范围主要在堤后200m范围内，工程建设期未采取工程措施，近期根据广东省政府要求，为确保韩江干流范围内堤防安全，进一步消除工程隐患，决定对意东堤采取防渗加固措施。

2)东厢堤

东厢堤为严重浸没影响区，影响范围主要在堤后100-200m范围内，主要设计方案为“前堵后排”，具体工程措施是在堤顶设多头深搅薄壁防渗墙，上游从北溪右岸的凤凰塔作为起点，下游至枢纽土坝连接段作为终点，与潮州枢纽的防渗墙连接成一个整体，防渗墙底部高程控制在第一层相对不透水层2m，在没有相对隔水层的堤后合理范围内设无砂混凝土排水管+排水减压井，形成排水漏斗，降低区域内的地下水，最终将地下水排往北溪。对局部低洼地区，采用垫高压渗等措施进行处理。

3)北堤、城堤和南堤

北堤堤后为轻微浸没影响区，在枢纽工程建设期未采取工程措施，后期潮州市通过一江两岸综合整治措施，对堤后低洼地采取局部回填和设置排水导尿管措施进行了处理。

城堤-南堤-上埔堤-坝址为严重浸没影响区，主要设计方案为“前堵后排”，具体工程措施为：全段堤顶采取高压摆喷防渗墙进行截渗处理，防渗墙底部高程控制在第一层相对不透水层2m，在无相对隔水层的城堤溃口段防渗墙最深为28m，为悬挂式防渗墙，同时在堤后合适的位置设减压井及排水沟，减压井平均间距约25m，井深深入第一层强透水层，井口高程8.0m，减压井之间通过直径为1.6m-2.0m的管道进行连接，渗水通过管道最终汇集到古树庙泵站，再通过泵站抽排到韩江。

4)仙洲岛地面高程一般在10.9m以上，枢纽建成后水库的正常蓄水位与岛内的地面高程接近，可能会造成岛内局部浸没，为避免因地下水位的抬高发生浸没现象以至影响岛内的生活环境和生态环境，须采取经济合理且可靠的工程措施对整个岛进行保护。通过渗流计算，每天渗水量约为500m3。保护措施为在环岛的堤脚后20m处，地下1.5m埋设Φ500无砂混凝土排水管排走渗水以此控制岛内地下水位的抬高，并在岛上地面高程较低的东南角设置一座装机容量为20kW的电排站抽排汇集的渗水[2]。

4 浸没观测及评价

4.1 浸没观测布置范围及布置原则

为了全面了解浸没区在工程下闸蓄水前后地下水位变化情况，在库区两岸各浸没区总共布置了55个监测点，布置范围包括左岸意东堤后区，东厢堤后区；右岸北堤南端、城堤、南堤堤后的潮州市城区的大部分，北至中山路，南至蔡陇路，西至潮州火车站，总面积约30km2。重点监控区一般按网格状布孔，非重点监控区一般按地下水流方向线状布孔。

按计划北堤区在南端按地下水流方向布置一个观测剖面共2孔，潮州市城区基本按网格状布置，共有观测孔40个(其中下层地下水(承压水)观测孔3个，土层渗压计3个)；意东堤区分别在北区、南区按地下水流方向各布置一个观测剖面共4孔，东厢堤区按网格状共布置9孔。观测孔布置见图2。

图2 观测孔布置图

4.2 观测成果初步分析及浸没评价

潮州枢纽浸没区地下水位长期观测网于2005年8月28日全部安装完成，观测时间从2005年8月30日至2020年6月30日止，现已历时近15年。前期观测频率一般是5天一次，并根据库水位的调度情况作适当的加密观测，两年后维持每月观测一次。

观测区域分为左岸的意溪北区、意溪南区、窑美区；右岸的北关区、中心城区和池湖区等6个区段，各区现有观测成果分述如下：

1)意溪北区以及南区的地下水位高程一般较高，在库水位高程小于10m以下时，大部分地下水位高于库水位，地下水补给库水。当库水位高于10m时，在意溪南区靠近堤围附近地段，下层承压水位明显上升，但由于上部有黏土层阻隔，地表未见地下水渗出，表明上部黏土隔渗效果良好，需注意保护。

2)东厢堤窑美区地势较低，而且上部表层分布有一层厚3m-12m的中粗砂层与河床砂层连通，在堤基截渗前，该处渔塘水位与外江水位联系密切，但堤基进行截渗处理后，据JK53、JK51、JK54、JK55等孔的观测资料，地下水位相对稳定，地表也未发现有地下水渗出，表明该段堤基防渗效果良好，同时该部位地下水向下游消散作用明显。但在东厢堤靠上游段桩号0+400-0+650附近，在蓄水初期，由于配套工程的攀月头取水口未建，该段堤基未作防渗处理，库水位超过7m时在堤内坡脚见有轻微的地下水渗出现象，靠近堤围50m的农田也见有微弱的地下水渗出，地表较湿，见有局部积水现象。其后该段补做堤基截渗并结合排水减压井盲沟工作，堤内坡脚未见渗漏，原来渗水的农田也有了改善。表明堤基截渗处理和排水减压有一定效果，但仍需加强观测工作。

3)北关区的承压水与库水位高程较为接近，表明下部层与外江库水连通性较好，但上层潜水未见明显上升，地表未见地下水涌出现象，周边环境也未见产生潮湿现象，表明承压水与潜水连通性较差，上部黏土盖层具有良好的隔渗作用，要注意保护。

4)在中心城区环城西路一带是古溃决区边缘，而且地势较低，在库水位高程>9m，古树庙抽水泵没有工作时，部分观测孔管口有承压水溢出现象，但附近水井的潜水水位仍处于地面以下0.5m-0.7m，周边未见有地下水渗出现象，表明下部深厚砂层与外江连通性好，承压水向西南方向消散缓慢，上部薄层黏土及人工杂填土层隔水效果良好，需注意保护。

另外在靠近南堤的JK28孔，该孔地下水位与外江库水位联系密切，由于该处地势较低，在库水位>9m时，该孔管口也有轻微溢水现象，但周边未见地下水渗出，表明上部黏土及人工杂填土层具有良好隔水作用。

城区其它部位观测孔水位相对稳定，水位高程也较地面低，未见有孔口溢水现象。

目前库区防护排水减压井项目已完成，但由于一些其它原因暂未投入使用，据观察当库水位>9m时，南春路62号、63号减压井有较大的地下水涌出，当抽水泵站运行时，周边地下水位下降趋势明显。

5)池湖区地势处于较低洼地带，但由于其向西南方向倾斜，使得地下水向西南方向的枫溪河有良好消散作用，加上该区地层上部普遍分布有较厚的黏土层阻隔，因此该区大多数观测孔地下水位较低，未见有地下水溢出孔口现象。

6)2020年7月8日，广东省韩江流域管理局致函广东省水利电力勘测设计研究院《关于委托开展省潮州供水枢纽工程库区浸没影响区地下水位阶段性分析的函》，该院根据2005年9月至2020年6月的监测资料进行了全面分析，认为各测点监测数据已处于稳定状态，同时结合潮州市在北堤、意东堤和东厢堤堤后路的改造，以及韩东新城的建设，库区浸没的条件已大为改善，认为潮州供水枢纽库区浸没的有关监测工作可以结束。

5 结 论

潮州供水枢纽工程建成投入使用后，随着库水位的上升，两岸浸没区通过监测数据反映的地下水情况总体趋于稳定，绝大部分浸没区已没什么影响，说明工程所采用的措施是合理的，达到了预期的效果。虽然由于东厢堤后窑美村因灌溉渠及鱼塘持续保持高水位，局部农田地下水位较高，前期也有村民反映个别房屋有返潮现象，但2017年随着宝塔路(东厢堤堤后防汛路)的扩建，将路基填高加宽后，堤后浸没情况也有所好转，少部分农田改种需水型作物(莲藕)或养殖牛蛙，已基本消除浸没影响，窑美村也随着潮州市韩东新城的建设，鱼塘已填筑起来，现在正在建设万达广场，低洼区的填土能起到压渗作用，说明浸没区正在向好的趋势发展。

潮州供水枢纽工程是较早时期在沿海地区三角洲平原建成的大型闸坝工程，库区地质条件及周边环境复杂，浸没影响的范围广，工程处理难度大，本工程对库区浸没的分析及处理措施、以及浸没区长期监测的成果与分析对其他类似工程都有一定的借鉴作用。