劉 駿，劉子金，楊文峰

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

1 概述

地?zé)崴Y源的開發(fā)需求隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展愈發(fā)增強(qiáng)，而該類項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)有可能會對其周邊水文地質(zhì)環(huán)境及建(構(gòu))筑物產(chǎn)生一定的影響[1- 4]。水庫工程為人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉及工業(yè)發(fā)展提供了重要保障，保護(hù)水庫工程的正常運(yùn)行是極其重要的。為了確保地?zé)崴Y源的開發(fā)利用與水庫修建蓄水之間不會產(chǎn)生相互不利影響，有必要對兩者之間可能產(chǎn)生的相互影響進(jìn)行合理的分析評價(jià)。

2 水庫及地?zé)崴辈樵O(shè)計(jì)概況

2.1 水庫工程概況

戈家寨水庫位于貴州省清鎮(zhèn)市北西側(cè)的跳墩河(又名暗流河)上，壩址位于跳墩河老保寨河段上，跳墩河為長江流域?yàn)踅地執(zhí)右患壷Я?，整個(gè)流域呈羽毛狀分布，伏流、泉水分布較廣，地下水較豐富，干流兩岸的支流分布均勻。

戈家寨水庫設(shè)計(jì)正常蓄水位1175.5m，相應(yīng)庫容1819萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積1720畝，工業(yè)園區(qū)及城鄉(xiāng)供水2323萬m3。壩址河床高程1150～1151m，大壩為面板堆石壩，壩頂高程1178.2m，長160.29m，壩頂寬8m，底寬97.85m，最大壩高35.2m。該水庫是一座具有農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲水及工業(yè)供水等功能的中型水利工程。該水庫工程目前正在進(jìn)行施工。

2.2 地?zé)崴辈樵O(shè)計(jì)概況

根據(jù)有關(guān)地礦部門的勘查論證，在清鎮(zhèn)市衛(wèi)城鎮(zhèn)相應(yīng)論證區(qū)內(nèi)推薦了一最佳地?zé)崴碧娇譠K1(探采結(jié)合)，該孔離右岸設(shè)計(jì)防滲灌漿帷幕最近僅約345m，離水庫大壩約800m，如圖1所示。

圖1 地?zé)崴碧娇着c戈家寨水庫位置關(guān)系圖

根據(jù)地?zé)崴碧娇自O(shè)計(jì)方案，孔口高程1201m，孔深2200m，鉆孔0～1200m用水泥和石油套管全孔封閉，1200～2200m采用實(shí)管和技術(shù)管固井，取水段在1200m以下，取水量600m3/d。

3 地?zé)崴_采與戈家寨水庫修建蓄水相互影響分析評價(jià)

3.1 抽水井與水庫管理及保護(hù)范圍相對位置關(guān)系

為了滿足有關(guān)法律法規(guī)及規(guī)范要求，必須查清抽水井是否處于水庫管理及保護(hù)范圍之內(nèi)。根據(jù)SL 106—2017《水庫工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]第3.0.3條規(guī)定，中型水庫大壩從壩腳線向上游100～150m、從壩腳線向下游150～200m以及從壩端外延100～250m范圍內(nèi)為水庫工程區(qū)管理范圍；根據(jù)SL 106—2017第3.0.6條規(guī)定，中型水庫上下游200～300m、兩側(cè)100～200m范圍內(nèi)為水庫工程保護(hù)范圍，水庫保護(hù)范圍為壩址以上、庫區(qū)兩岸(包括干、支流)土地征用線以上至第一道分水嶺脊線之間的陸地。

根據(jù)圖2可知，ZK1抽水井處于水庫管理及保護(hù)范圍之外，符合相關(guān)法律法規(guī)及規(guī)范要求。

圖2 ZK1抽水井與水庫管理及保護(hù)范圍相對位置關(guān)系示意圖

3.2 地?zé)崴_采引起地下水位下降分析

當(dāng)持續(xù)大量地進(jìn)行地下水抽取，而補(bǔ)給量遠(yuǎn)小于抽水量時(shí)，將在抽水井附近形成一定范圍的地下水位降落漏斗。若地?zé)崴槿∫鸬慕德渎┒贩秶由熘粮昙艺畮靸?nèi)，則庫水將作為補(bǔ)給源補(bǔ)給地下水，造成水庫水量損失。

目前數(shù)值模擬正作為一種有效手段廣泛應(yīng)用在工程實(shí)踐與研究中，其模擬結(jié)果常?？梢杂脕磔o助分析評價(jià)工程事件的發(fā)展趨勢與結(jié)果，并為工程實(shí)踐提供一定的參考[6- 7]。

3.2.1地質(zhì)模型的概化

研究區(qū)為巖溶發(fā)育地區(qū)，巖溶水是賦存并運(yùn)移于巖溶地層中的水，其物理模型為賦存于孔隙、裂隙與巖溶管道之中的水，地下水運(yùn)動一般為非達(dá)西流的紊流狀態(tài)，巖溶地層可概化為主要起儲水、釋水作用的孔隙介質(zhì)和主要起導(dǎo)水作用的裂隙介質(zhì)和巖溶管道。

結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件，對研究區(qū)模型進(jìn)行相應(yīng)的概化。研究區(qū)北部和南部河流水系發(fā)育，可概化為定水頭邊界，南部水頭總體較北部高。研究范圍內(nèi)，東部和西部水源補(bǔ)給相對貧乏，可概化為隔水邊界。水庫水體和下游河流可概化為呈線性變換的變水頭河流，水庫與河流水體的寬度以及起點(diǎn)、端點(diǎn)水頭按實(shí)際值設(shè)定。模型具體概化要素如圖3所示。

圖3 研究區(qū)地質(zhì)模型概化平面圖

3.2.2模型的建立與網(wǎng)格劃分

研究區(qū)模型所對應(yīng)范圍如圖3所示，模型尺寸長×寬×高為3000m×2000m×2664m。地?zé)崴碧娇譠K1深2200m。根據(jù)研究區(qū)各地層的厚度、透水性及孔隙度等因素將模型共分為五層，如圖4所示。

圖4 研究區(qū)模型分層示意圖

對于大范圍模型的數(shù)值模擬其網(wǎng)格劃分不必過密，本模型在橫向和縱向上先分別劃分為100行和100列，然后再對需重點(diǎn)觀察的抽水井附近橫向和縱向上加密一倍，確保重點(diǎn)研究位置的網(wǎng)格密度，如圖5、圖6所示。

3.2.3數(shù)值模擬計(jì)算參數(shù)取值

模型各地層分層水文地質(zhì)參數(shù)根據(jù)工程類比法取值見表1。

表1 各分層水文地質(zhì)參數(shù)

圖5 研究區(qū)模型網(wǎng)格劃分鳥瞰圖

圖6 研究區(qū)模型網(wǎng)格劃分側(cè)視圖

3.2.4模擬結(jié)果分析

經(jīng)模擬計(jì)算可得到研究區(qū)的等水位線及流向分布結(jié)果，即可判斷地?zé)崴_采是否會對庫水產(chǎn)生影響。

圖7為研究區(qū)等水位線及流向分布云圖，從圖中可以看出等水位線值南部要大于北部，水庫及河流處等水位線值要小于其周邊等水位線值，在大壩處向下游河流過渡處等水位線值發(fā)生驟降；從地下水流向來看，地下水分別流向水庫與河流，這與實(shí)際情況是一致的。而ZK1地?zé)崴_采井處與周邊水位線值及流向相比，均未發(fā)生明顯變化，因而可以判斷在該處按設(shè)計(jì)方案開采地?zé)崴粫焖斐扇魏斡绊憽?/p>

圖7 研究區(qū)等水位線及流向分布

圖8和圖9，分別為研究區(qū)等水位線經(jīng)過ZK1點(diǎn)的橫剖面圖和縱剖面圖，從圖中可以看出在ZK1抽水井周邊的等水位線值并未發(fā)生明顯的改變，這是由于抽水井抽水段為1200～2200m，抽水段長1000m，如此大的范圍內(nèi)僅每天抽取600m3地下水，而抽水段地層為富水地層，且地下水的補(bǔ)給充裕，因此地?zé)崴_采不會引起地下水位發(fā)生明顯變化。

圖8 研究區(qū)等水位線橫剖面圖

圖9 研究區(qū)等水位線縱剖面圖

3.3 地?zé)崴_采引起地面沉降可能性分析

ZK1孔每天抽水量不超過600m3，從大范圍來看其抽水量是非常小的，抽水地層為富水層，且通過F2斷層以及發(fā)育的巖溶裂隙通道均能夠?yàn)槌樗貙犹峁┏渥愕难a(bǔ)給，因此地下水幾乎未發(fā)生明顯體積損失。因此，根據(jù)設(shè)計(jì)的地?zé)崴_采位置及開采方案進(jìn)行開采地下水，引起地面沉降的可能性極小[8- 10]。

3.4 水庫帷幕灌漿施工對鉆孔鉆進(jìn)及地?zé)崴_采影響分析

目前戈家寨水庫正處于施工階段，設(shè)計(jì)地?zé)崴_采孔ZK1離右岸設(shè)計(jì)防滲灌漿帷幕最近僅約345m，而研究區(qū)為巖溶裂隙發(fā)育地層，若水庫施工進(jìn)行防滲帷幕高壓灌漿，則漿液極有可能沿巖溶裂隙竄至ZK1處，在ZK1孔內(nèi)發(fā)生聚集和凝固，影響鉆孔正常鉆進(jìn)或取水[11]。

根據(jù)ZK1設(shè)計(jì)方案，取水井上部鉆孔0～1200m用水泥和石油套管全孔封閉，而帷幕灌漿漿液通常無法到達(dá)地下1200m以下，因此只要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工，確保施工質(zhì)量，則水庫帷幕灌漿施工不會對ZK1孔鉆進(jìn)或取水產(chǎn)生影響。

3.5 水庫蓄水阻斷地下熱水補(bǔ)給來源分析

研究區(qū)斷裂構(gòu)造及巖溶裂隙發(fā)育，地下水與地表水體存在緊密的水力聯(lián)系，水庫蓄水只是攔截了部分上游河流水體，其對周邊地下水的運(yùn)動影響并不大，而地下水的補(bǔ)給來源補(bǔ)給范圍不僅大而且廣，再者地下水的抽取量極小。因此，地下熱水的補(bǔ)給來源不會受到水庫修建蓄水的影響。

4 結(jié)論

綜上所述，地?zé)岢樗甖K1處于水庫管理及保護(hù)范圍之外，符合相關(guān)法律法規(guī)及規(guī)范要求。若根據(jù)設(shè)計(jì)的開采位置及鉆孔封閉方案進(jìn)行地?zé)崴_采施工，地?zé)崴_采與水庫修建蓄水之間不會存在明顯的相互影響。由于數(shù)值模擬所取參數(shù)是通過工程類比法獲得的，且模型進(jìn)行了一定的概化，其數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際將有一定的出入，其模擬結(jié)果僅作為工程實(shí)踐的參考。理論分析將研究對象理想化，而研究對象是極其復(fù)雜的，通過理論分析僅可對工程實(shí)踐的大體走向做出一定的預(yù)測。在項(xiàng)目實(shí)施過程中應(yīng)對工程區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及有效管控，確保工程項(xiàng)目朝有利方向發(fā)展。