代发水文资源论文：论永庆反调节水库建设用地

论永庆反调节水库建设用地环境地质灾害问题及对策

目录
1　前言
2.地质环境条件
3　现状下存在环境地质灾害问题
4　工程建设可能诱发、加剧环境地质灾害问题
5　环境地质灾害防治措施
6　结论及建议

1　前言
永庆反调节水库坝址位于丰满大坝下游10•31km处的第二松花江干流上,水库是一座以解放丰满水电站60MW基荷,通过反调节水库的均匀泄放,增加调峰容量,并以满足吉林市和引松入长对水位和流量要求的日调节水库。工程规模为中型水库,枢纽工程为三等工程,主要建筑物溢流坝、泄水闸、消力池、混凝土重力坝及两岸土石坝,均为3级建筑物;次要建筑物包括海漫及导墙,为4级建筑物。研究区范围,因水库为河槽蓄水,蓄水后水位仍低于一级阶地前缘5~8m,两岸无相邻低谷,研究范围由坝址至库尾长10•31km (回水长度内),两岸分别至一级阶地,高程大约在200m左右,面积大约7km2。

　2.地质环境条件

　气象水文第二松花江位于吉林省中部地区,主要受太平洋季风及西伯利亚高气压影响,属于中温带湿润气候。夏季炎热,湿润多雨,冬季漫长,严寒干燥,积雪较深,冻土多年平均深度1•64m,最大冻土深度1•80m。河流封冻期长达5个月之久。多年平均降水量674mm, 6~9月占全年降水量的74•3%, 11~3月占全年的6•8%。永庆坝址丰满区间径流量由于集水面积仅占丰满电站以上集水面积的0•37%,其多年平均径流直接采用丰满电站调节后的出库流量数值439 m3/s。丰满以上流域的暴雨多发生在7~8月下旬,区内洪水主要由暴雨形成,洪水一般发生在6~9月,较大洪水多集中7~8月。永庆反调节水库多年平均年悬移质输沙量为47•1×104t,推移质输沙量0•22×104t,总入库输沙量为47•3×104t。

　地形地貌根据《吉林省国土资源图集》中吉林省地貌类型图,本区地貌类型可划分为侵蚀剥蚀低山、侵蚀剥蚀丘陵、倾斜的河流高阶地。永庆反调节水库工程区河谷开阔。两岸一级阶地广泛发育,阶面地形平坦,前缘高程197~200m。左岸发育高、低两级漫滩,滩面宽度150~180m左右,高程分别为190和192m,右岸漫滩不发育,宽度一般为5~6m。江面宽度340~350m,江水深2~3m。二级阶地分布在左岸,高程215m左右。两岸阶地后缘为低山地形及丘陵地形;库尾阶地零星分布,多为低山地形。阶地上冲沟发育,较大的冲沟有阿什沟、四井沟、永庆沟。

　地层岩性本区出露的地层主要为古生界二迭系下统一拉溪组(P1y);上统暖木条子组(P2n)和中生界侏罗系上统苏密沟组(J3s)五道沟含煤段(J3s)2。上覆为第四系小丰满玄武岩(Qp)2和松散堆积物(Q)。

　地质构造与地震本区在大地构造单元上处于吉黑褶皱系(Ⅲ) (华力西晚期)吉林优地槽褶皱带(Ⅲ2)的吉林复向斜带(Ⅲ22)的北部。本区系松辽盆地地震东带,地震活动较弱,目前本区处于缓慢上升、相对稳定的阶段。依据1984年8月国家地震局评定委员会意见,本工程地震动参数峰值加速度为0•10g。

　水文地质条件按含水介质类型和地下水埋藏条件,本区地下水类型可分为第四系松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水两类。孔隙潜水埋藏于第四系松散层中,含水层由砂卵石及砂组成,渗透系数为374m/d,属强透水层。基岩裂隙水主要赋存于侏罗系细砂岩、粗砂岩中,在钻孔内进行压(注)水试验,透水率为17•4~42•71u,属中等透水岩层。本区孔隙潜水主要接受降水入渗补给,其次接受区外地下水侧向径流补给和洪水期江水补给。地下水径流畅通,两岸地下水坡度为1•3‰~2•0‰,主要通过径流向第二松花江排泄,在漫滩地段还存在潜水蒸发排泄,在居民区存在人工开采地下水。基岩裂隙水主要接受上部孔隙潜水渗漏补给和上游地下水侧向径流补给,主要通过径流方式向下游排泄。依据孔隙潜水观测井资料,孔隙潜水低水位多出现于5~6月,高水位多出现于8~10月,由于受开采影响年水位变幅较大,达4•54~5•65m。如果没有开采影响,研究区潜水位年变幅也在1•50m左右。孔隙潜水水化学类型主要为HC03SO4-CaMg、HCO3SO4Cl - CaMg、HCO3Cl - MgCa型, pH值为6•8~7•4。江水及地下水对混凝土无侵蚀性。2•6　岩土工程地质特征2•6•1　库区水库区谷底被第四系覆盖,基岩为华力西晚期花岗岩及侏罗系上统苏密沟组五道沟含煤段;库岸主要为壤土及下伏砂卵石层组成的土质库岸,左岸二级阶地见第四系玄武岩及其上伏的砂卵石层,上部为壤土、淤泥质壤土,局部含砂土、砂壤土透镜体。水库蓄水后较一级阶地前缘低5~8m,无向库外渗漏的通道。

坝区坝址两岸覆盖层较厚,其中壤土呈可塑状态,淤泥质壤土呈流塑状态,以上两种土均属高压缩性土,承载力低。砂卵石密实,但透水性强,渗透稳定性差。基岩为细砂岩、含砾粗砂岩,局部为熔结凝灰岩和含炭质泥岩;层面较平缓。全风化岩石具散体状结构,呈泥夹碎屑状;强风化岩具破碎结构,结构面发育,多充填岩屑或泥质,强度较低。据21个钻孔岩芯统计, RQD值均为0,岩芯获得率仅为18%,覆盖层厚度及岩石全风化带厚度见表1。

　人为活动影响永庆反调节水库影响范围有3个乡6个行政村,人口密度约232人/km2。农作物以蔬菜、薯类为主,兼种玉米、杂粮、水稻等。此外,还有养殖专业户及乡办企业。库区两岸交通发达,沿岸分布有抽水泵站、村镇及农田,河道内有许多采沙场。人类活动较为频繁,这些人为活动对本区的地质环境条件有一定的影响,属于人为活动强度中等地区。

3　现状下存在环境地质灾害问题

环境地质灾害类型分析工程区地处低山、丘陵区,属山地型地质灾害。从地质条件和人类活动来看,不具备产生平原型地质灾害的条件。

现状下环境地质灾害

　坍岸野外现场调查发现,水库左岸丰满乡阿什村一社以北江岸,为凹岸,岸高2~4m,岩性为壤土,其中有20~30m长的江岸存在坍岸现象。阿什村一社南的阿什沟右岸也由壤土组成,高度2~3m,坍岸段长度约20~30m。近坝址上游段为壤土及砂卵石岸坡,岸坡高度约8~10m,坍岸段长度约20~30m。坍岸将影响耕地,加剧水土流失,破坏生态环境。3•2•2　浸没左岸松江村二社附近的高漫滩在1986年及1995年大洪水期间均被洪水淹没,水深可达1•0~1•5m;一般年份洪水或雨季期间,高漫滩出现浸没现象,甚至积水,影响其上作物生长,造成经济损失。3•2•3　水土流失永庆反调节水库地处水土保持重点监督区,隶属于松花湖水土保持规划区。区内平均土壤侵蚀模数为1060t/a•km2,区内坡耕地平均每年流失表土厚度3~6mm。工程区内阶地上阿什沟、石井沟、永庆沟,沟谷植被良好,冲沟发育多处于中老年期,基本处于稳定状态,仅局部地段见有小的冲沟,呈V形,切割深度2~3m,短而直,存在少量水土流失问题,本项目影响区内,无工程水保措施。3•2•4　冻害冻害的主要表现形式为冻胀,是我省较典型的一种地质灾害。永庆坝左岸土石坝段虽建在砂壤土层上,但因砂壤土和其下部砂卵石层透水较强,属于弱冻胀土,产生冻害的影响很小。右岸迎水面岸坡,在库水位变化范围内局部可能发生冻害,需采取工程措施予以保护。

4　工程建设可能诱发、加剧环境地质灾害问题

坍岸库区左岸漫滩发育,多数地段阶地远离江边,漫滩地势平坦,不存在坍岸问题。但阿什村下游250~850m范围内,因阶地靠近江边存在坍岸,阿什村沟口局部地段以及阿什村上游650~1 200 m的江边也存在坍岸问题。库区右岸自吉诺尔电冰箱厂向下游至坝址方向2•25km范围内,多数漫滩不发育,一级阶地临近河床,阶地前缘高程197~200m之间,高出江水面5~8m。阶面下部斜坡坡度一般为32°~35°。阶地上部为壤土层,下部为砂卵石层。库岸砂卵石层分布高程一般为192•2~194•6m,吉林水利永庆反调节水库建设用地环境地质灾害问题及对策马振洲　2003年4月靠近坝址处分布高程低于192•2m。在永庆村三社和四社及阿什村七社存在坍岸灾害。　选择七处典型坍岸断面用图解法预测坍岸宽度(图解法见图示),预测结果表明,坍岸宽度一般不大。右岸四井沟至下游650m范围内坍岸宽度12m左右,其余地段坍岸宽度14•0 ~20•5m,位于阶地前缘的居民住房需防护。左岸阿什屯下游250~850m范围内的坍岸宽度为23•0m左右,部分地段的坍岸边线离吉丰公路较近,但不致影响公路边坡稳定。阿什屯沟口及其上游的局部地段,坍岸宽度8~15m,对居民住房无影响。

浸没库区左岸漫滩发育,在坝线上游2•7km范围内,漫滩宽度250~330m,滩面高程为192•6~194•1m。漫滩上部由淤泥质壤土组成,下部为砂卵石层。地下水位在砂卵石层内,壅高后在淤泥质壤土内。根据坝址钻探资料,基岩面基本呈水平状,用隔水层底板为水平、河谷平缓开阔条件的公式选择两处典型剖面进行地下水壅高计算,计算结果见表2。根据计算结果,地面高程194•4~195•3 m之间的高漫滩基本被浸没。预计浸没区顺河方向长度约2•7 km,垂直河流方向宽度150~300m,面积约45×104m2。

水土流失永庆反调节水库工程在建设过程中,将不同程度的改变、损坏和压埋原有地貌植被,降低和丧失水土保持功能,其可能造成的水土流失区主要有项目建设区施工开挖产生的陡坡地段,砂砾石料场的开采区、工程固体废弃物形成的弃渣场、临建设施影响的周边环境等。可能产生水土流失总量预测:采用通用水土流失方程式进行预测。A = R•K•Ls•C•P　　式中:A———单位面积多年平均土壤流失量(t/a•hm2);R———降雨侵蚀力因子(J/m2),R=0•0025H2•114;R=82;H———频率为50%时6小时降雨量(mm),H=46mm;—12—K———土壤可蚀性因子(t/hm2),K取0•7;L统称地形因子;C———植被与经营管理因子,C=0•45:P———水土保持措施因子,因无水土保持措施,P值取1。Ls=0•07197L0•18Q1•3式中:L———坡长(m);S———坡度(%);　　　Q———坡度(°)。代入不同侵蚀区与之相关的参数,其统计结果见表3。

管涌勘探资料表明,混凝土坝段和土石坝段的坝基存在渗漏问题,坝肩存在绕坝渗漏问题,总渗漏量为8 843m3/d,占有效库容的1•06%。渗漏量虽然不大,但渗漏对岸坡土体及坝基松散堆积层稳定将会产生影响,渗漏将产生管涌等灾害,对大坝正常运营带来潜在危害,因此尚需在左岸土石坝段和右岸回填段以外一定长度范围内,采取相应的防渗措施。

　边坡失稳由于两岸坝端开挖,特别是右坝肩开挖边坡高17 m,边坡组成岩性为壤土(6•0 m左右)、砂卵石(9•0 m左右)、细砂岩(全风化厚度2•0m左右),一旦失稳,将危及施工安全和大坝的正常运营。应注意边坡稳定问题。左岸为土石坝,地面高程192•0~198•0 m,不存在边坡失稳的问题。

5　环境地质灾害防治措施

水库坍岸灾害根据地质资料和水库运行方式,以及实际踏勘的结果,初步拟定三个方案进行比选,即浆砌石护坡方案,干砌石护坡方案及浆砌石挡墙方案。经过从工程费用、施工及运行管理与整体效果上加以比较后,认为浆砌石护坡不但经济美观,且维护管理简单,施工期短,故推荐浆砌石护坡方案。对水库坍岸地段,特别对永庆村三、四社居民房屋紧靠阶地前缘的坍岸地段(自坝轴线以上0•2~1•1km坍岸地段)对陡岸采取砌石护坡保护,对坍岸影响耕地地段也应采取砌石护坡保护,对一般陡坡地段采取削坡夯实处理。

水库浸没灾害防护方案初步选定排水防浸方案和加高防浸方案。前者指在浸没区内设计排水系统,以排除多余地表水及地下水,控制和降低地下水位,达到防浸的目的。而后者又分为(1)单纯的垫土加高,指在地表直接回填土料,加高地面高程;(2)换土加高,指在满足作物正常生长要求的深度以下,回填一定厚度的透水体,以控制土壤的毛细作用,透水料可采用砂卵石及工程弃碴料。经过技术经济比较后,推荐排水防浸方案,采用强排和防渗截水相结合方法,即在浸没区内布置排水系统,在库岸周边设置垂直防渗设施,达到防治浸没的目的。防渗方案中采用土工膜防渗方案。

　水土流失灾害统计结果表明,永庆工程施工期可能造成水土流失面积3 613 hm2。可能造成的土壤侵蚀总量为2 119 t,应采取水土保持措施。其原则为建立综合防护体系,生物、工程措施相结合,中、长期治理措施相结合,合理布设水土保持防护体系,按水土流失特点及危害,分区、划片治理,对水土流失危害严重区,重点治理,使因开发本工程建设而导致的新增加的水土流失得到有效控制,使原地面水土流失得到有效处理。水土保持的重点部位有弃渣场、砂砾石料场、场内道路及临建设施挖损区、大坝基础开挖—13—形成的边坡、库岸水位变动带及坍岸地段、水库浸没区。

边坡失稳灾害坝肩开挖边坡仅17 m高,但因覆盖层深、岩石呈全强风化、较破碎。稳定性较差,建议设置混凝土挡墙,对边坡岩体应进行喷锚混凝土处理,土体进行浆砌石护坡处理。左岸为土石坝,设计采取了下游坝坡采用干砌石护坡,坝顶采用混凝土路面,排水坡度i=0•02以排除坝顶雨水。

6　结论及建议

结论本研究区遭受的环境地质灾害有:水库坍岸、水库浸没、水土流失、边坡失稳、管涌、冻害等。其中水库坍岸、浸没是本评估区主要地质灾害,损失与危害较大;而水土流失及边坡失稳管涌、冻害等地质灾害损失与危害有限。按国土资源部《建设用地地质灾害危险性评估技术要求》中地质灾害危险性分级规定及中华人民共和国国土资源行业标准《地质灾害分类分级》中地质灾害分级规定,研究区丰满三期扩建工程永庆反调节水库建设用地地质灾害危险性分级属于中等危险性。

建议　
长期观测鉴于水库坍岸、浸没、水土流失的不利影响较大,建议对水库岸坡的稳定性进行定期观察或观测;在浸没区设立观测井,研究浸没区地下水对江水位的响应关系,分析防治方案的有效性及浸没危害的变化特点。
　施工建设注意事项施工建设应主要注意开挖边坡的稳定问题和由于工程建设而引起的水土流失问题。