广西中部武宣盆地红黏土浸没问题分析与评价

孙 政，庄景春，杨晓晗，于景宗

中水东北勘察设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021

1 工程背景及研究意义

1.1 背景

大藤峡水利枢纽是红水河梯级规划的最末一个梯级，位于广西的黔江河段上，是一座大（1）型水利枢纽工程。水库设计正常蓄水位61m，相应库容为28.13×108m3。武宣盆地位于水库上库段的黔江，包括三里、武宣、二塘等城镇，长约30km，宽2～10km，是武宣县居民和耕地比较集中的地段。水库蓄水后将造成地下水位抬升，对承压水头高于黏土底板的地段产生浸没影响。

1.2 研究意义

评价水库区浸没与否的一个关键指标是临界地下水位埋深，进行浸没初判时一般临界地下水位埋深按毛细水上长升高度加上安全超高值；浸没复判时农作物区及建筑物区都需要考虑土层毛细水上升高度。由此可见，水库浸没评价的一个重要指标是土的毛细水上升高度值[1-2]。武宣盆地地表覆盖层基本为残积红黏土或次生红黏土，取得可靠的红黏土毛细水上升高度值，对水库区的浸没评价具有重要意义。

2 地质概况

武宣盆地以黔江为界武宣盆地分为两个地貌类型，左岸为溶蚀平原，地势平缓，地面高程一般为65～70m，覆盖层一般由残积红黏土、次生红黏土（Q3el）两层组成，厚度一般为4～18m，最厚处为26m，最薄处为1.4m，属于渗透性极微弱的高液限黏土；灰白色含碎石的风化砂，厚度一般1.7～2.5m，最厚达5.9m，属中等～强透水层，七星河、三里河、东乡河等三条黔江一级支流在武宣盆地左岸汇入黔江。右岸为峰丛谷地，地形平坦，孤峰、残丘和洼地等岩溶地貌分布广泛，地面高程一般54～70m。覆盖层为冲洪积和残积黏土层，厚度一般为4.5～6.6m。两条黔江一级支流濠江和武来河流经峰丛谷地汇入黔江。

该区地下水类型主要为岩溶裂隙水，盆地的前部和中部地下水位在基岩内，至盆地后缘地下水位高于基岩面，局部呈承压状态，在三里、马王附近基岩面较低，黏土层较厚，承压水头较高，如在ZK107孔和T267孔都发现有承压水，T267孔承压水头达11.29m。岩溶裂隙水坡降平缓，一般3‰～6‰，向黔江排泄。据长期观测资料，地下水年变幅为5～10m。

3 浸没初判

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487—2008）（以下简称《勘察规范》）的规定进行初判。武宣盆地黔江右岸为溶蚀峰丛谷地，地层结构为残积红黏土（Q3el）、次生红黏土直接覆盖于基岩面上，且黏土层均较厚，渗透系数小，为相对不透水层，一般都大于5m，其顶板高程高于水库正常蓄水位，预测在水库蓄水后地下水仍为裂隙岩溶潜水，即使局部承压，也不会产生浸没现象。濠江与武来河发育于谷地内，两岸地层结构为均为残积红黏土（Q3el）、次生红黏土直接覆盖于基岩面上，且黏土层均较厚，一般都大于5m，不透水层（黏土）顶板高程高于水库正常蓄水位，预测在水库蓄水后地下水仍为裂隙岩溶潜水，即使局部承压，也不会产生浸没现象。

武宣盆地黔江左岸地层结构均为双层结构，表部为黏土，黏土下为强透水砂砾石层、含泥砂砾石层、风化砂层。从地层结构分析，水库蓄水后这片区域易发生浸没。针对这一地区，应进行详细的勘察和进一步的评价工作。

4 浸没评价复判方法及标准

根据《勘察规范》的规定，浸没评价采用地下水埋深临界值。评价范围内地下水埋深小于临界值，判定为浸没区；地下水埋深大于临界值，判定为不浸没。

4.1 地下水埋深临界值的确定方法

根据《勘察规范》的规定，在确定地下水埋深临界值时，应对当地农业管理部门、农业科研部门和农民进行调查，收集相关资料，根据需要开挖试坑验证。

（1）经走访广西水电设计院可知，广西已建成水库按1m确定浸没评价地下水埋深临界值，预测的浸没范围，当地农民没有提出异议。水田按0.5m无实际问题，但存在一定风险。通过走访，当地农民提出，水田只要水不到地面就无影响，旱田水不淹没种子就无影响。

（2）根据调查情况，2014年在武宣县三里镇马王防护区内的甘蔗地上开挖探坑进行验证，地下水位埋深为0.5m时不会对农作物产生影响，验证数据如表1所示。

表1 野外验证探坑数据表 单位：m

当地农作物主要为水稻和甘蔗，根据验证结果结合走访情况，初步确定地下水埋深临界值：水稻为0.8m，甘蔗为1.5m。

（3）根据现场勘察取样试验成果，采用土层毛细水高度+农作物根系层厚度（0.5m），对调查走访初步确定的地下水埋深临界值进行调整。基本原则如下：旱田深度＜1.5m的区片，采用1.5m；旱田深度＞1.5m的区片，采用土层毛细水高度+农作物根系层厚度。水田采用调查值0.8m。

（4）根系层厚度，现场探坑表明，甘蔗的根系层主要在0.3m深度内，深度0.3～0.5m很少有甘蔗根，深度0.5m以下见不到甘蔗根。

4.2 毛细高度的确定

评价水库区浸没与否一个关键指标就是临界地下水位埋深，进行浸没初判时一般临界地下水位埋深按毛细水上长升高度+安全超高值；浸没复判时农作物区及建筑物区均需要考虑土层毛细水上升高度[3]。由此可见，水库浸没评价的一个重要指标是土的毛细水上升高度值。

（1）现场观测。实践中笔者注意到，在坑内积水面以上的坑壁存在一定高度的土体浸湿现象，原因是毛细水上升，水面以上浸湿土的厚度代表了大部分毛细水的上升高度。利用人工开挖的天然基坑（基坑己挖至地下水位）和开挖的竖井现场观测毛细水上升高度。天然基坑观测为0.50～0.90m，平均值为0.69～0.72m；竖井观测值较基坑观测值稍高，为0.70～0.90m，平均值为0.78m。基坑毛细水上升高度观测现场如图1所示。

图1 基坑毛细水上升高度观测现场图

（2）室内试验。室内试验测试依据《土工试验规程》（YS/T 5225—2016），采用卡明斯基毛细仪法，探坑试样一般采用现场毛细上升高度环环刀采取土层原状样品，钻孔采用取土器采取原状土样。经统计，红黄相间红黏土②室内毛细水上升高度值为0.19～1.21m，平均值为0.76m；黄褐色红黏土③室内毛细水上升高度值为1.0～2.0m，平均值大于1.70m。测试结果如表2所示。

表2 室内毛细水上升高度试验成果统计表

（3）红黏土毛细上升高度确定。通过野外观察，室内原状样试验及含水量—塑限图法等方法确定，分析认为现场观察毛细水上升高度值的方法缺少理论支持，只作为参考值使用。室内毛细水上升高度值较为精确，但取得的数值是毛细力，没有毛细水量的因素，是最大毛细上升高度，高于农田浸没意义上的毛细上升高度。结合当地农业种植特点和安全性，红黏土浸没评价毛细水上升高度取0.72m。

4.3 地下水壅高值的确定

（1）地下水位壅高值的初始计算。第一，干流岸边溶蚀平原，以地表黏土层为弱透水层，基岩表面不连续的风化砂为强透水层，完整基岩面为不透水层。考虑到含水层底板（风化砂）高于现状黔江水位，而岸边基岩内的地下水坡降不能代表上部含水层坡降，因此采用双层结构水平岩层公式，即

第二，支流一级阶地，将地表冲积黏土层、砂砾石（含泥砂砾石）作为统一含水层，以完整基岩面为不透水层。含水层底板低于现状支流河水位。故采用均一含水层，水平岩层公式，即

（2）壅高水位的折减。①上部黏土层厚度＞5m的地方，采用黏土层的初始比降对壅高水位进行了折减，T=H0/（I0+1）。②折减水位低于正常蓄水位时，采用正常蓄水位；折减水位高于正常蓄水位时，采用折减水位。③现场通过观察钻孔初见水位和终孔水位，计算得出黏土层的初始比降I0，并根据钻孔计算值与室内试验值成果比较后，确定建议值如表3所示。

表3 I0地质取值表

5 浸没评价

5.1 分区评价

（1）黔江干流左岸：覆盖层主要为残积红黏土（Q3el）、次生红黏土，属于渗透性极微弱的高液限黏土，黏土层下在洼地、沟谷处，白云岩表部分布有不连续的风化砂，属强透水层。毛细水高度综合取值72cm。地下水埋深临界值旱田采用150cm，水田采用80cm。

（2）支流一级阶地：地形平坦开阔，具有二元结构。上部为冲洪积黄褐色、棕黄色黏土（Q4pal），属弱透水性；下部为含泥砂卵砾石（Q4pal），属中等～强透水性。根据现场调查，一级阶土质松软，水源丰富，适宜种植水稻。农作物主要为水稻，故浸没评价地下水埋深临界值采用80cm。

5.2 浸没评价结果

武宣盆地黔江左岸在无防护和有防护情况下，总浸没评价结果如表4所示。

表4 武宣盆地浸没面积汇总表 单位：m2

6 结论

（1）大藤峡水库区武宣盆地浸没预测，对浸没地下水临界埋深取值相关的地下水毛细上升高度的取值，参考现场观测到的毛细上升高度，对室内试验成果结合当地农业种植特点进行折减后综合取值，在国内应用不多，缺乏实践经验，文章对数值折减量较为慎重，仅做浸没研究的一次尝试。旱田作物的根系深度为0.5m，是取现场实际观察甘蔗成熟期的最大深度，安全性较高。

（2）在预测地下水雍高值时，考虑红黏土具有一定的隔水性，采用黏土层的初始比降I0折减后的壅高水位，弥补了传统壅高计算方法用壅高水头代替壅高水位的缺陷。

（3）武宣盆地地处多雨区，浸没区不会产生土地的盐碱化，但若地表排水不畅，则可能产生沼泽化而形成湿地。建议对浸没区建议采用风化土料垫高及设置排水沟进行排涝处理。