清平水库扩建工程居民点浸没影响及塌岸评价

樊艳云, 王双龙, 贺皎皎

(1.云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650021; 2.昆明理工大学,云南 昆明 650093)

清平水库扩建工程居民点浸没影响及塌岸评价

樊艳云1, 王双龙1, 贺皎皎2

(1.云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650021; 2.昆明理工大学,云南 昆明 650093)

清平水库在改扩建之后,正常蓄水位抬高,岸坡上部的部分居民点将遭受浸没及塌岸的威胁。为确定搬迁移民范围,以典型的上纳龙村为例,采用综合调查分析的方法,预测该居民点浸没影响情况,进行浸没影响程度分区,并计算可能塌岸地段的最终塌岸宽度,为移民安置规划提供依据,同时为水库区其它居民点的浸没及塌岸的分析评价提供参考。

清平水库;浸没;地下水壅高;移民安置;塌岸宽度

1 工程概况

清平水库位于文山州丘北县锦屏镇清平村的清平河上,位于珠江流域西江水系清水江上游,距县城约13 km,水库现状总库容109.50万m3,设计灌溉面积1.87 km2,乡镇供水6.5万m3,工程等级为Ⅳ等,为一座小(1)型水库。本次扩建规模为:坝高43.0 m,坝顶高程1 468.00 m,正常高水位1 465.70 m,设计洪水位(P=2%)1 466.73 m,死水位1 448.00 m,总库容1 345.3万m3(死库容104.9万m3)。

2 工程区地质概况

水库区总体属于构造侵蚀低中山地貌,相对高差200～300 m。河床两岸堆积物(阶地)一般高出河床2 m左右,二级阶地零星分布,比一级基地高出5 m左右,为基座式阶地,较平坦。水库径流区内下伏地层岩性为三叠系中统兰木组(T2l)泥岩、钙质泥岩,粉砂岩、细砂岩、石英砂岩。库区位于华南褶皱系滇东南褶皱带之南岭东西复杂构造带的西段与滇越巨型旋钮构造体系的复合部位,总体属于单斜构造,岩层走向NE-SW,倾向SE,倾角20°～61°。根据1∶400万《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001)[1],工程区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35 s,对应的抗震设防烈度为Ⅵ度,区域上属于地壳相对稳定区。

水库区地下水类型主要有松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水。前者主要赋存于第四系(Q)松散岩地层的孔隙内,含水层由砂、砂卵砾石构成,中等—强透水;后者主要赋存于三叠系中统兰木组(T2l)的裂隙内,含水层由表浅层全强风化岩体、弱风化岩体构成,中等—强透水。根据工程场区钻孔资料,水库区含水层均一,相对隔水层分布于河流及两岸地表以下50～80 m处,由T2l弱风化—新鲜岩体构成连续、整体的隔水基底。

3 上纳龙村地质条件

水库区可能发生浸没及塌岸的各居民点地质条件类似,上纳龙村位于库尾左岸,分布高程在1 465～1 487.65 m之间,总体地形坡度5°～10°,表层为砂质粘土、壤土、砂壤土夹碎石等,厚度一般<2.5 m,下伏基岩为T2l泥岩、钙质泥岩、粉砂岩、细砂岩、石英砂岩,岩层倾向108°∠80°,上部全风化层厚约1～2 m。村庄范围内无大型构造通过,发育3组节理:J1产状265°∠67°,J2产状242°∠39°,J3产状348°∠27°,结构面微张—闭合,延伸长度一般<2 m。据现场竖井揭露,地下水埋深在2.6 m左右,目前不良物理地质现象不发育,水库扩建后局部将遭受浸没和塌岸影响。

4 浸没评价

4.1 浸没地下水埋深临界值的确定

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)[2],浸没地下水埋深临界值:

Hcr=Hk+ΔH

式中:Hcr——浸没地下水埋深临界值(m);Hk——土的毛细水上升高度(m),村庄范围表层为砂质粘土、壤土、砂壤土夹碎石,房屋基础部分置于全风化基岩上,根据经验值(表1),结合现场观测情况,本次评价确定Hk=0.2 m;ΔH——安全超高值(m),对于村庄居民区,结合水库区村庄民宅房屋的基础形式和砌置深度,确定该值为1.0 m。

表1 毛细水上升高度参考值[3]

由此,本次评价上纳龙村浸没地下水埋深临界值为:Hcr=0.2+1.0=1.2 m。

4.2 地下水壅高值的确定

水库区含水层均一,相对隔水层分布于河流及两岸地表以下50～80 m处,村庄地形平缓,隔水层顶板近水平,选取两个断面(断面1、断面n)进行地下水壅高值计算(如图1)。“断面1”为扩建后正常蓄水位与岸坡交点处;“断面n”为村庄内某实测地下水位处,该处在蓄水后地下水含水层厚度yn近似[4]为:

式中:yn为断面n处地下水壅高值(m);hn为扩建前断面n处的地下水含水层厚度(m);y1为扩建后断面1处地下水含水层厚度(m);h1为扩建前断面1处的地下水含水层厚度。

经计算,yn=47.68 m,断面n处地下水壅高值=yn-hn为4.01 m,以此可推测水库扩建后的地下水壅高水位线(图1)。

图1 地下水壅高值计算图Fig.1 Calculation chart of the banked-up water levels of groundwater1.冲洪积层:砂卵砾石、碎块石夹粉细砂;2.三叠系中统兰木组石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩;3.砂卵砾石、碎块石夹粉细砂;4.砂质粘土;5.砂质泥岩;6.岩层产状;7.实测地层不整合界线;8.现状下断面河水位;9.正常蓄水位;10.实测地下水位;11.原地下水位线;12.地下水壅高水位。

4.3 浸没影响分区

地下水埋深等于地下水临界深度处的高程为1 469.04 m,以此,按扩建后浸没影响程度的大小将上纳龙村分为三个区:

(1) 浸没影响区 该区在水库扩建后地下水埋深小于地下水埋深临界值Hcr(1.2),浸没影响严重,分布高程位于1 469.04 m以下的居民需进行移民安置。

(2) 浸没过渡区 该区在水库扩建后地下水埋深位于地下水埋深临界值附近,总体上库区居民点覆盖层厚度小,取设计洪水位(P=2%)1 466.73 m与正常高水位(1 465.70 m)之差为警示深度即1.03 m,浸没过渡区高程在1 469.04～1 470.07 m,该区理论上不遭受浸没影响,但扩建后在波浪及水位的变化影响下,可能产生浸没影响,应考虑移民安置或做好排水措施,防止其发展为浸没影响区。

(3) 非浸没区 该区在水库扩建后地下水埋深>Hcr+警示深度,分布高程>1 470.07 m,一般不会产生浸没影响,可不必进行移民安置,但应做好相应监测工作。

5 塌岸预测

5.1 基岩岸坡稳定性分析

通过现场综合调查,上纳龙村西侧斜坡稳定性差,水库扩建后蓄水位上升有塌岸的可能,斜坡总体倾向244°,坡度约25°,各结构面及结构面组合与斜坡的关系见图2。

图2 岸坡结构面赤平投影图Fig.2 Stereographic projection for bank slope structural plane

分析可看出,与岸坡同向的组合结构面(J1,J2)、(J2,J3)倾角小于坡角,对岸坡稳定性影响较大,水库蓄水后,在库水冲刷和掏蚀作用下,可能发生塌岸,对村庄产生影响;此外,其余结构面倾角大于坡角,对岸坡稳定性影响较小。

5.2 塌岸宽度计算

根据《水利水电工程地质勘查资料内业整理规程》

(试行)(SDJ19—78)[4],利用卡丘金法计算其预测最终塌岸宽度(S)(图3)。

计算公式为:

S=N[(A+hB+hp)cotα+(hs-hB)cotβ-(B+hp)cotγ]

式中:S——塌岸宽度,m;N——与土的颗粒有关的系数,本次计算取N=1;A——水库水位变化幅度,即保证率为10%～20%的最高水位与非结冰期间的最低水位之差,m;B——设计淹没水位与最低水位之差,m;hB——浪击高度或波浪爬升高度,m,根据经验值取hB=0.5 m;hp——波浪冲刷深度,m,本次计算取hp=1 m;hs——最高水位以上的岸高;β——水上岸坡的稳定坡角,本次计算取参考值β=25°;α——边坡浪蚀浅滩的稳定坡角,本次计算取参考值α=8°;γ——原岸坡角,本次计算过程中取岸坡坡角最大值,10°。

本次计算最高水位取设计洪水位1 466.73 m,由于村庄处河道高于死水位,本次计算最低水位取岸坡下部现状河水位1 463.00 m。经计算预测,上纳龙村西侧斜坡在水库扩建蓄水后的最终塌岸宽度(S)为27.12 m。

图3 塌岸宽度计算图Fig.3 Calculation chart of reservoir bank ruin width1.冲洪积层:砂卵砾石、碎块石夹粉细砂;2.第四系残坡积层:砂质粘土、壤土、砂壤土夹碎石;3.三叠系中统兰木组石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩;4.砂卵砾石、碎块石夹粉细砂;5.砂质粘土;6.砂质泥岩;7.岩层产状;8.实测地层不整合界线;9.探坑;10.实测地下水位;11.原地下水位线;12.地下水壅高水位。

6 结论

(1) 上纳龙村分布高程位于1 469.04 m以下地区为浸没影响区,水库扩建后浸没影响严重,该地段居民需进行移民安置。

(2) 高程在1 469.04～1 470.07 m之间地段为浸没过渡区,扩建后可能产生浸没影响,应考虑移民安置或做好排水措施,并调整该地段土地利用结构,防止其发展为浸没影响区。

(3) 上纳龙村高程在1 470.07 m以上居民可不必进行移民安置,但应做好相应监测工作。

(4) 上纳龙村西侧岸坡段在节理裂隙切割下,岩体完整性差,岸坡稳定性差,预测塌岸宽度27.12 m,结合浸没影响综合分析,可考虑将岸坡塌岸宽度附近的居民进行移民安置,并对该段岸坡进行浆砌石护坡支护,防止塌岸宽度进一步增大。

(5) 清平水库库区内其余居民点移民安置范围可参考借鉴本文计算分析方法。

[1] 全国地震区划图编制委员会．中国地震动参数区划图(GB/0306—2001)[S].北京:中国标准出版社,2001．

[2] 中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范(GB50487—2008)[S].北京:中国计划出版社,2009.

[3] 孙思淼,戴长雷,刘春丽,等.水库浸没灾害调查与评价方法研究:以大顶子山水库上游浸没区为例[J].人民长江,2012(9):69-73.

[4] 中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘查资料内业整理规程》(试行)(SDJ19—78)[S].武汉:长江委信息研究中心,1978.

(责任编辑：陈姣霞)

Immersion Effect and Bank Collapse Evaluation of ResidentialAreas in Qingping Reservoir Project

FAN Yanyun1, WANG Shuanglong1, HE Jiaojiao2

(1.YunnanInvestigation,Design&ResearchInstituteofWaterResources&Hydropower,Kunming,Yunnan650021; 2.KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093 )

After reconstrution of Qingping reservoir project,some residential areas will be threatened by immersion and bank collapse problem because of normal pool level rising.In order to define the scope of reservoir resettlement,taking representative Shangnalong Village for example,the paper adopts the method of comprehensive investigation,predicts the effect of immersion,finishs influence degree of immersion regionalization,and also the final reservoir bank collapse width has been calculated.It provides useful methods for analysis of evaluation of immersion and bank collapse on other residential areas.

Qingping reservoir; immersion; the banked-up water levels of groundwater; resettlement; bank collapse width

2014-12-29;改回日期:2015-01-20

樊艳云(1986-),男,助理工程师,硕士,地质工程专业,从事水利水电工程地质勘察工作。E-mail:422314853@qq.com

TV697.2+5

A

1671-1211(2015)03-0319-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201503017

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150422.1105.019.html 数字出版日期:2015-04-22 11:05