截渗坝带景观设计(截渗沟的作用)
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一、邱北六郎洞暗河地下水库工程
4.2.1.1 工程概况及效益
六郎洞暗河地下水库位于文山邱北新店乡,是采用混凝土和钢筋混凝土封堵地下溶洞,并同时在堵体下作地下帷幕灌浆对岩溶地层防渗处理,将洞内水位抬高后取得水头,利用地下溶洞空间,形成的暗河调节水库。其堵体长度194m,堵体下作地下帷幕灌浆,帷幕线穿过溶洞左右两侧断层破碎带与砂页岩隔水层紧密相连。堵洞后形成的地下水库,由5条暗河通道相互贯通组成,在正常蓄水位1086.0m高程以下库容约27.1×104m3,有效库容23.74×104m3,死水位1073m,正常蓄水位以上溶洞还有更大的空间。堵洞后洞内水位抬高14.5~18m,溶洞顶壁未出现异常现象。经过45年蓄水,在水库水位升降变动的情况下,溶洞仍然保持稳定,说明地下水库工程整体运营正常。为配合下游电站发电,利用原溶洞出口及下洞口修建溢洪道及冲沙闸。溢洪道布置在六郎洞下洞口石灰岩岩基上,为一重力式溢流堰,堰顶高程1083m,坝(闸)高11.6m,下游采用堰顶设弧形闸门,设计孔口尺寸(宽×高)为6m×3m;冲沙闸布置于溢洪道右侧,六郎洞出口石灰岩基上。下游电站进水口布置在上洞内跌坎上游,底板高程1068m。进水口利用隧洞直接自洞内引水,地下压力引水隧道长3368.33m,直径4m,并建有调压井和两条地面钢管引水到南盘江边建地面厂房发电。
六郎洞地下暗河水库发电站于1958年2月施工,于1960年2月投产发电,同年3月竣工,装机容量2.5×104kW,总投资2499万元,年发电量(1.16~1.82)×108kW,自1960年2月到2001年底累计发电量67.15×108kW,目前该电站主要供应文山地区用电。电站在电力系统中长期担任基荷运行,机组年利用小时数平均为6500 h,最高达7200 h,还有长时间弃水。1997年6月,在2号机组上采用优化的A553不锈钢转轮,改进导叶和尾水管,使2号机组出力由1.25×104kW提高到1.5×104kW,增加了电站出力。六郎洞暗河发电站,是我国第二个五年计划期间投资兴建的16个水电站之一,也是中国第一座暗河水库水电站,是在洞口筑坝,以堵洞截流方式形成的利用暗河成库蓄水的典型工程,享誉国内外。
4.2.1.2 水源地地质环境
六郎洞暗河流域分布于地形陡峻的南盘江深切山间河谷区,总体地势东高西低,向河谷倾斜。暗河主要由大气降水量补给,其次为地表水体(莲花塘水库,中和营河)的渗漏补给,旱季渗漏补给量约1063.83L/s。补给区地貌类型为峰丛洼(谷)地、溶丘洼(谷)地、残丘坡地等,地形起伏不大,海拔在1400~1500m之间,年均降水量900~1300mm,年均气温16~20℃。入渗系数0.4,径流模数8.732L/s·km2。
流域内含水层主要为个旧组、永宁镇组、石炭系下统(C1)、中统(C2)上统(C3)、泥盆系中统东岗岭组(D2d)、上统(D3)灰岩、生物灰岩、泥质灰岩、白云岩,以纯碳酸盐岩含水层为主,呈片状分布。构造以断层为主,主干断层NW向展布,规模相对较大,次级断层为NE方向,规模小,数量多。暗河流域北部为鸟格组、火把冲组、法郎组碎屑岩组成阻水边界,东部边界为树皮至大梁子一带的泥盆系中统坡脚组(D2p)、法郎组碎屑岩构成,西部为大片的鸟格组碎屑岩及开远大黑山至马吊陡坡压性断层组成隔水边界,南部由近东西向展布的梁山组、飞仙关组、法郎组碎屑岩构成隔水边界(图4-2),整个流域边界封闭性较完好。区内岩溶发育极不均一,地下岩溶形态以溶洞管道为主,地表落水洞、漏斗、天窗、竖井发育。
4.2.1.3 岩溶水资源特征及开发技术条件
六郎洞暗河出口位于南盘江东岸陡壁上,地理坐标东经24°00′,北纬103°39′,高程1066m,出口高于南盘江河床121m。暗河出流后沿支流汇入南盘江。暗河流域面积2064km2,平均流量23.8m3/s,最大流量92.0m3/s,最小流量10.5m3/s,流量不稳定系数8.76,动态类型为波态型,年径流量最大7.981×108m3,最小6.584×108m3,多年平均7.47×108m3,属我国南方流域面积大于1000km2和年最枯水资源量大于1×108m3的四个超大型地下河系统之一。
图4-2 六郎洞暗河流域水文地质图
1—纯碳酸盐岩;2—不纯碳酸盐岩;3—碎屑岩;4—松散土层;5—下降泉,流量(L/s);6—暗河及出口,分子为最小-最大流量(L/s),分母为平均流量(L/s);7—竖井、落水洞;8—岩组类型界线;9—断层
目前查明的暗河管道总长约110km,由1条主干管道和4条支管道组成,平面上沿径流方向呈树枝状由北东—南东方向向出口处集中,平均坡降约14‰,其中主干管道长约40km,沿NW向断层发育,按高程分为上洞和下洞,有很多支洞沟通,在高程为1080m附近的近出口段发育成地下湖,规模巨大。支管道有4条,分别长10~20km,总长约70km,沿NE至近EW向断层发育,延伸至主干管道。岩溶水以集中溶洞管道流为主,水位埋深沿管道集中径流方向加大,上游普遍小于100m,一般7~30m,下游一般100~700m,系统储存调节能力较弱,水位和流量随季节变化较剧烈。
六郎洞暗河受断层控制明显,主流沿腻革龙NW70°断裂带发育,支流则沿SW20°和近东西向构造线发育。两组断层互相交错,断层交叉线内部为石灰岩,外侧为砂页岩,砂页岩透水性弱,为相对隔水层,对地下水库周边起着封闭作用,可以充分利用。出口处为碎屑岩,成库条件好,适宜在洞口处筑坝形成地下水库。地下水分水岭高出六郎洞地下水库正常蓄水位,水源可靠,堵洞蓄水后,不会向库外产生侧向渗漏。但出口附近尚有一段长134m的个旧组灰岩分布低于正常蓄水位1086.0m,成为渗漏的缺口,除对可见的溶洞通道直接封堵外,洞口至洞口以下灰岩中的岩溶管道、裂隙、断层破碎带,是产生渗漏的途径,对缺口地段1055m高程以上渗漏段岩体,在建坝时,须进行防渗处理,以防坝基渗漏。
4.2.1.4 岩溶水勘查及开发技术
勘查及开发工程建设程序为:①水文地质测绘:暗河系统内开展1:5万水文地质测绘,并同时进行洞穴调查测量、暗河流量观测;②可行性论证;③工程地质勘查:进行钻探、取样分析测试、压水试验;④工程、施工设计;⑤勘探平硐;⑥高压帷幕灌浆;⑦作灌浆检查;⑧建混凝土截流坝,蓄水成库。
通过水文地质测绘、洞穴调查、工程地质勘查,查明岩溶发育规律、特征,岩溶水资源特征,地下水的补给、径流、排泄条件,地下溶洞管道的形态、规模和分布状况,坝址的工程地质条件、渗漏情况等。采用帷幕灌浆防渗处理、封堵地下溶洞、岩塞爆破等多种工程技术手段建设水库,关键是防渗处理和排沙。
4.2.1.4.1 帷幕灌浆防渗
暗河出口处于碳酸盐岩中,岩溶发育不均匀,蓄水后高程1086m,高于洞口下碳酸盐岩,防渗是建库成功与否的关键。根据岩层的渗漏性,在坝址处采用灌浆进行防渗处理,将水泥浆灌入细小的孔隙、裂隙中,对空隙形成充填、固结,从而提高岩体抗渗透能力,形成防渗帷幕。为防止蓄水后产生绕坝渗漏,在坝址延长线上亦进行帷幕灌浆,使帷幕线穿过溶洞左右两侧断层破碎带与砂页岩紧密相连,充分利用了砂页岩作隔水层。
4.2.1.4.2 封堵地下溶洞
目的是通过封堵地下溶洞,将洞内水位抬高取得水头,形成库容。堵体位于出口下层溶洞,封堵截流材料采用干砌块石、混凝土和钢筋混凝土。堵水处理长度194m,坝高11.6m。
4.2.1.4.3 排沙
为防止泥沙堵塞进水口,形成水库淤积,采用冲沙闸排砂,冲沙闸布置于溢洪道右侧,为一钢筋混凝土闸,闸体高度10.5m,采用底孔泄流,底孔巧妙地设计成弧形工作闸门,孔口尺寸(宽×高)为1.8m×1.8m,有利于泄流。
4.2.1.4.4 岩塞爆破
采用岩塞爆破的方法扩大引水进水口横断面,提高单位时间进水量,进一步增大库水下泄的势能。
二、研究的目的、意义
石家庄平原区是我国小麦主产高产区、华北平原浅层地下水超采最为严重的地区,以及气候变化和人类活动影响最为强烈的地区。自1972年发生区域性特大干旱以来,该区地下水开采量不断增大,累计超采量已超过180亿m3,地下水埋深已由20世纪60~70年代的10~15m,下降至目前的25~50m,地下水流场已由自然状态演变为“自然-社会”二元影响状态,纵向水流运动不断减缓,垂向水分通量交换不断增强,地下水流向已由自然状态下自西向东运动,转变为现状的由超采区四周向超采漏斗中心流动,严重影响了当地供水安全和经济社会的可持续发展。
石家庄平原区近5年平均(供)用水量达27.03亿m3,其中地下水(开采)供水量24.29亿m3,占总供水量的89.86%;农业用水量22.98亿m3,占总用水量的85.02%。在地下水开采量中,农业开采量20.28亿m3,占总开采量的83.49%。相对多年平均地下水开采资源量(13.62亿m3),该区平均每年地下水超采量10.67亿m3。从石家庄市所辖的县区来看,除了石家庄市区和元氏县之外,其他县区地下水在当地总供水量中所占比率都在95%以上;新乐和行唐县的农业用水量占当地总用水量的97%以上,高邑、无极、藁城、晋州、辛集和赵县农业用水量占当地总用水量的80%以上。石家庄平原区农业用水比率最低的栾城县,为74.77%。这些县区农业灌溉用水,主要开采地下水,每年灌溉用水规模与气候变化密切相关。
有关石家庄平原区地下水演变的研究成果较多,包括气候变化、土地利用、工业开采、农业灌溉和人工回灌调蓄等,尤其是有关地下水模型和数值模拟研究。但是,有关该地区地下水流场演变的阶段性特征、机制和尺度效应问题研究较少,而且在石家庄地区未来地下水位变化趋势研究中,多采用水文概率理念,依据历史资料,建立未来气象背景条件,尚没有从GCM模式研究中比选构建未来气候变化的情景。
时间尺度效应是区域地下水演化研究中不应忽略的问题,与对所研究对象细节了解的水平和把握合理度密切相关。研究采用的时间尺度是否适宜,不仅影响对地下水演变特征及机制的认识深度,而且,影响对地下水演变过程的时间维及空间维的标识特征能否客观认识。因为尺度过小,不仅会增添不必要的繁重实物工作量,而且,还影响对长时间系列地下水流场演变规律和趋势的正确把握;尺度过大,某些阈值性特征可能会被掩盖或均化。区域性超采地区地下水流场演变过程和机制,是非线性耗散结构,存在混沌现象,需要寻找到适宜的时间尺度进行系统研究。只有适宜的时空尺度,才可能取得对地下水演化特征及其与主要影响因素之间的对应性、协调性和规律性的深入认识。
因此,通过区域地下水流场演变特征的不同时间尺度效应研究,明确了适宜表达地下水流场演变特征与机制的时间尺度,揭示石家庄地区浅层地下水流场演变与气候变化和人类活动之间的量化关系、阶段特征及形成机制,构建可信的未来50年石家庄地区地下水流场演变的不同气候情景,并开展不同气候情景下区域地下水流场演变趋势研究,具有重要的研究意义,它对于石家庄地区缓解地下水超采和提高地下水资源可持续利用性具有重要作用。
本书从历史气候变化对地下水流场演变的影响、人类活动对地下水流场演变的影响、未来气候情景对地下水流场演变的预测分析和水循环演化尺度效应研究等四个方面,分别阐述与本研究有关的国内外研究现状。
气温升高、降水量及降水类型等气候因素的改变均对地下水循环系统、地下水资源量及水质产生重大影响(Mahdiz et al.,2011;Bate et al.,2008;Timothy et al.,2011),降水量增大将使地下水资源量有所增大,而气温升高,降水量减少将使地下水资源量有所减少(Numan,2009;Elias et al.,2010),这种影响可能与土地利用变化有一定的相关关系(Christopher,2009)。
徐宜亮等(2006)针对石家庄平原区地下水量变化与降水量的关系进行了研究,认为两者之间具有明显的相关性。Jacek et al.(2007)认为,气候变化条件下地表水与地下水存在相互影响,且气候变化对地表水资源的影响程度大于地下水资源源量(Riasat et al.,2012)。刘艳丽等(2012)对降水、气温等气候因素对水资源的影响强度进行了研究。
气候变化与农业灌溉需水量之间关系密切,近50年来气候变化对我国农业用水量产生重大影响(吴普特,2010)。张光辉等(2006b,2013b)研究了华北平原农田区地下水开采量对降水变化的响应,认为区域农业开采量与年降水量之间存在互逆效应,即降水量增大农业开采量减少,降水量减少,农业开采量增大,滹沱平原区域降水量每减少100mm,农业开采量增加36mm。
Zhou et al.(2010)认为气候变化不仅影响水资源量,而且影响农业灌溉水量,气温升高,降水量减少将使农业灌溉需水量增大。Yang et al.(2008)研究了我国华北地区气候类型转变与农业需水量之间的关系,认为近40年来华北地区气候类型从干热型向湿热型转变,农业水分亏缺量明显减少,但是并没有缓解该区的农业缺水程度。Yoo et al.(2012)以韩国8处灌区为例研究了气温升高对农业需水量的影响,认为2025年前该研究区作物需水量增加7.0%,2055年前增加9.2%,2085年前增加12.9%。
气候变化是引起地下水开采量增大、地下水位下降的重要因素。张光辉等(2006b,2013b)的研究结果表明,河北平原年降水量增减的同时,同期地下水补给量与开采量呈互逆变化规律:年降水量变化通过地下水补给量减少与开采量增加或补给量增加与开采量减少的互逆耦合,对地下水系统水量均衡状态和水位变化影响强度加以累加,且在相同降水变量条件下旱化过程的影响强度大于雨量增加过程的影响,在连续枯水年份这种影响具有较大的潜在灾害性,滹滏平原地下水位下降不仅与地下水开采量有关,而且与该区降水量减少有关。Gh Jeelani(2008)也认为春季降水量的增减与地下水开采量之间呈逆相关关系。刘中培等(2012)认为,开采量增大和降水量减少是引起石家庄地区地下水位下降的主导因素,开采主要影响地下水位的年际变化,而降水主要影响地下水位的年内变化。
一、人类活动对地下水流场演变的影响研究
近50年来,随着人类活动强度的逐步增大,研究区地下水流场发生了异变。王金哲等(2009b,2010)提出滹沱河流域平原研究区浅层地下水埋深整体大幅度下降的区域特征和从西部山前、北部河道带和东部向西南方向逐渐增加的分布特征,并进一步量化了人类活动和滹沱河流域平原区浅层地下水之间的关系,认为人类活动对浅层地下水的影响经历了从不占主导作用到逐渐占主导作用再到几乎完全占主导作用三个阶段。胡君春等(2011)也研究了近50年来石家庄地区地下水位演化特征。
人类开采是地下水流场演变的主导因素。朱延华等(1995)用灰色关联度法分析了石家庄地区地下水位下降的主导因素,认为石家庄地区水动力环境演化受到开采量和降水量的双重影响,且开采量的影响大于降水量。许月卿(2003)认为近50年来引起太行山前平原地下水位持续下降的主要原因为开采,其次是河川径流和降水量,如果从供水水源角度分析,农业灌溉影响是该区地下水位下降的主导因素,其次是工业用水和生活用水。
张光辉等(2008,2013b)认为人类开采是滹沱河流域平原区地下水流场发生异变的主导因素,地下水开采强度的持续增大引起该区地下水系统发生异变。1971年之前地下水系统处于平衡状态,之后由于地下水开采量持续增大,至1980年之后地下水系统严重失衡,降水量变化是地下水流场发生异变的另一个重要因素。
李新波等(2008)认为地下水开采和种植业布局的转变是河北南部平原地下水位下降的主要原因,大量开采地下水用于农业灌溉是导致地下水疏干的主要原因(Ahmed et al.,2009)。刘中培等(2012)认为降水量增减通过减少(增大)农业开采量来影响地下水位变化,即丰水年份农业开采量减少,地下水位下降趋势得以有效缓解,枯水年份农业开采量增大,地下水位下降趋势加剧。
王金哲等(2009a)认为间歇性过水条件下,河道过水对地下水的影响明显,且距河道越近,年际回升量越大,距河道越远,年际回升量越小。任印国等(2009)建立了石家庄东部平原区地下水系统的数学模型,并用Fellow软件进行了求解,预测了不同开采条件下地下水位的变化情况。孙晓林(2012)建立了滹沱河冲洪积扇地下水数值模型,得出了石家庄市区适宜地下水位在39~54m之间,藁城适宜地下水位在22~43m之间。
水利工程的修建是影响地下水流场演变的重要因素。费宇红(1999)通过建立数学模型预测了黄壁庄水库副坝截渗对下游地下水系统的影响,认为截渗后坝下地下水位整体呈下降趋势,但不同地区降幅不同,其中鹿泉市下降幅度较大,石家庄市区及鹿泉南部下降幅度较小,地下水降落漏斗将不断扩大(王宏等,2006),副坝防渗的截水量在6200万~6500万m3之间(贺鹏,2009),且越向下游、越靠近边界地带,截水量越小。
Yang et al.(2002)认为,流域上游水利工程的修建是造成太行山前平原地下水位下降的重要原因,农业区每年必须减少180mm的灌溉用水,才能维持目前的地下水位,黄壁庄和岗南水库等大型水利工程建成后使滹沱河下游地下水的补给减少,从而导致该区地下水流场发生异变(王秀艳等,2006)。Juana et al.(2010)认为,流域上游水利工程的修建使白洋淀地表水径流量大幅减少,地下水开采尤其是农业开采是该区地下水位下降的主要原因。
杜尚海等(2010)利用数值模型法模拟了南水北调工程调水区和受水区不同丰枯条件下地下水库的人工补水效果,认为石家庄平原区每年补水量在4.64亿~8.72亿m3之间。Shu et al.(2012)建立了太行山前平原地下水流场数值模型,认为南水北调工程可以缓解石家庄地区的用水压力,但不能从根本上解决整个区域地下水位的下降趋势,有效利用南水北调中线工程、污水灌溉和改变灌溉制度体系是解决地下水位下降的可行办法。
地下水调蓄工程对地下水流场具有一定影响。孙桂平等(2000)、费宇红等(2002)、崔秋萍等(2011)和王宏等(2003)对石家庄地区地下调蓄库的位置、调蓄潜力、库容、可行性及效益进行了分析。张光辉等(2007b)在阐明地下水库调蓄库容的有关理念、评价原则和方法的基础上,揭示了南水北调中线石家庄受水区可利用地下水调蓄库容为19.11亿m3,并预测了在利用南水北调客水、减少开采量和利用当地雨洪进行地下调蓄的条件下,未来10年和30年地下水位和地下水降落漏斗面积的发展趋势。王志华等(2010)对滹沱河地下水库入渗试验成果进行了初步分析,得出动水条件下单位河长每天入渗量为38万m3,趋于稳定的单位河长每天入渗量为32万m3,单位面积每天入渗量为1.47m3;对滹沱河地下水库的建设条件进行了系统分析。于开宁(2001)以石家庄市为例研究了城市化对地下水补给的影响,认为城市化会降低大气降水对地下水的渗透补给,但城市化的最终结果是导致地下水补给量的增加。
农业活动是地下水流场演变的重要原因之一。王贵玲等(2005)认为农业节水措施可有效缓解太行山前平原区的地下水位下降趋势。在不同水文年,降低灌溉满足率和提高灌溉水有效利用系数均能有效涵养地下水源,且改变灌溉满足率效果更为明显(彭致功等,2012),如果灌区节水灌溉率能达到50%以上,灌区平均地下水开采量减少量可达43mm(Xu et al.,2011)。谭秀翠等(2012)认为石津灌区净入渗水量峰值出现在5月,灌溉水是地下水的主要补给来源,渠灌区、井渠双灌区和纯井灌区的灌溉入渗补给系数分别为0.21、0.16和0.09。Yang et al.(2006)利用DSSAT软件模拟计算了华北山前平原小麦和玉米需水量对地下水位的影响,认为灌溉需水量每增加100mm,该区地下水位下降0.64m。
Hu et al.(2010)认为农业开采量减少25%可以阻止石家庄平原区地下水位的持续下降,减少35%可以使地下水位恢复到1956年的水平。严明疆等(2012)以晋州地区井灌区为例研究了小麦、玉米生长季节降水量与地下水开采量的关系,认为在枯水年份降水量与地下水开采量关系明显,而在丰水年份开采量仅与小麦生长季节降水量有关。张光辉等(2013b)认为,滹滏平原地下水位下降与农业灌溉具有密切的相关关系。
二、未来气候情景对地下水流场演变的影响研究
Yang et al.(2003)利用WAVES软件研究了气候变暖和降水量变化对太行山前平原区土壤含水量的影响,认为气温升高和降水量减少使土壤含水量急剧降低,在气温升高2℃的情景下,降水量需增加20%才能扭转土壤含水量的下降趋势。Neman(2009)以地中海西岸为例研究了气候变化对该区地下水补给量的影响,认为该区在气温升高6℃,降水量减少16%的情景下,地下水补给量可能减少50%。
Elias et al.(2010)认为在气温升高3.3℃的情景下,伊利诺伊州水资源量可能减少13%。Li et al.(2010)利用SWAT模型研究了海河流域CCSR/NIES、CGCM2、CSIRO-Mk2和HadCM3四种大气环流模式在A2、B2排放情景下的水资源变化情况,认为该区水资源量变化阈值在-19.8%~37.0%之间,土壤水分含量变化阈值在-5.5%~17.2%之间,农作物蒸发量变化阈值在0.1%~5.9%之间。Christopher et al.(2011)的研究表明,在A2排放情景下到2080年英格兰中南部地区的地下水补给量将减少4.9%。
陈皓锐等(2012)利用GMS-MODFLOW研究了河北省吴桥地区A1B、A2 和B1 三种气候情景下未来40年的地下水运动规律,认为未来40年虽然该地区降水量将分别增加4.1%、5.37%和3.86%,但是地下水位仍然以16.9 cm/a、18.5 cm/a和19.3 cm/a的速率下降。Mahdi et al.(2011)等研究了气候变化对阿塞拜疆东部水资源量的影响,认为在A1B、A2和B1三种气候情景下该区水资源量均急剧下降。Lucila et al.(2012)研究了气候变化对西班牙松斯纳拉地区水资源量的影响,认为在A2和B1排放情景下该区地下水补给量最大可减少18%。
三、水循环演变尺度效应研究
根据肖笃宁(1999)的尺度效应理论,水文过程的持续性与其采用的研究尺度关系密切,如果采用细尺度进行研究,水文过程会表现出较多细节信号,甚至可能出现剧烈波动,如果采用粗尺度研究水文过程则表现出较好的持续性。
水文学和水文地学中的尺度问题,仍然是目前的前沿课题之一。高超等(2012)通过引入SWIM水文模型,将15种不同分辨率的DEM数据输入水文模型,发现DEM分辨率降低导致水文模型对降水等反应敏感。陈芬等(2012)运用分布式水文模型HEC-HMS,通过福建晋江西溪流域次降雨径流模型的尺度检验研究,认为随着时间尺度增加,降雨强度明显变化,导致峰现时间延迟。张东海(2013)基于SWAT模型水文过程的尺度效应分析,提出采样30~300m网格水平下,汉江上游地区土地利用格局变化对水文过程的影响不敏感,网格大于300m时土地利用格局变化影响相对明显,且对水文过程影响也进一步复杂化。李新杰等(2013)通过混沌理论和相间重构理论研究了不同时间尺度的径流序列混沌特性。张艳艳等(2012)对黄河下游平滩径流量进行了多时间尺度研究,认为存在5~6年和19~20年的周期变化过程。
地下水流场演变特征在不同的时间尺度上有所不同,即存在一定的尺度效应。孙海清(2007)用小波分析得出:广饶县井灌区地下水埋深存在2年和6年尺度的变化周期,且与该区降水变化周期较为吻合。吴东杰等(2004)用小波分析,得出了北京市西郊区地下水动态变化的周期尺度特征。
由以上研究成果可以看出,尽管目前已对石家庄地区地下水流场演变规律及演变动因进行了大量研究,但是这些研究多是从逐年(小尺度)降水、开采等某一因素或者降水和开采简单互动关系入手进行研究,缺乏从较大时间尺度,降水丰、枯交替周期变化尺度入手研究气候变化、人类活动和地下水流场演变之间的定量关系,从而揭示研究区地下水流场演变的机制机理。本书从地下水流场演变的尺度效应入手,通过合理划分标识该区地下水流场演变的阶段性特征,识别影响流场演变的主导因素,揭示该区地下水流场演变的机制机理。本书采用小波变换、地下水系统水量平衡原理和相关分析等研究方法,深入研究不同时间尺度下石家庄平原区地下水流场演变特征,进一步定量分析气候变化和人类活动对该区地下水流场演变的影响机理,构建未来50年该区地下水流场演变的不同气候变化情景,并对未来50年研究区不同气候情景下的地下水位变化趋势进行预测分析。
三、倭肯河的治理开发
四新水库,位于七台河市铁山乡四新村南侧,并因此而得名。坝址建立倭肯河左侧一级支流,茄子河干流的上游。四新水库兴建于1975年。经过3年施工,于1978基本完成了土坝与输水洞工程。坝长579米,最大坝高9.9米,上游坡度1:3,下游坡度1:2.5。输水洞为1.2×1.2米浆砌石方拱,洞长48米。输水洞启闭闸门部分为竖井式,输水洞最大输水能力3立方米/秒,启闭设备为5吨手摇启闭机。四新水库集雨面积48平方公里,总库容为303万立方米,兴利库容189万立方米,设计水田灌溉面积2000亩,可养鱼5万尾,是一座以防洪灌溉为主结合养鱼综合利用的小型I水库。
万宝水库:位于七台河市桃西乡小六队东侧,坝址建在倭肯河左侧一级支流万宝河干流上。万宝水库集雨面积24平方公里,是一座以防洪、灌溉为主结合养鱼综合利用小型I水库。设计菜田灌溉面积3680亩,可养鱼10万尾。保护村屯、矿井各一个。1958年动工兴建,1983年基本建成。设计标准为50年一遇,校核标准为500年一遇。万宝水库为均质土坝,设计最大坝高9.5米,坝长327米,坝前坡比1:3,坝后坡比1:2.5。输水洞为坝下圆函管,直径0.8米,长45米,输水洞为取小型为塔式,设计最大泄量3.12立方米/秒。设计总库容为130万立方米,兴利库容92.1万立方米。1981年对万宝水库土坝东端与山接壤部进行防渗处理,因土质不实,在8月2日晚间特大洪水袭击下,造成垮坝。1982年对垮坝段进行了维修。万宝水库地处市中心区,风景秀丽于1985年交给城建部门着手兴建青少年乐园。将发挥水库防洪、灌溉、养鱼,旅游等多功能的综合利用。
桃山水库:位于倭肯河中上游,七台河市市区境内桃山脚下,水库由此而得名。水库兴建于1958年8月,到1961年末共完成工程量27万立方米。1976年开始续建,于1981年再次停止缓建,于1989年10月第一期工程完工。 1991年5月交付使用。主堤长514米,顶宽8米,高25米,积雨面积2100平方公里,总库容2.6亿立方米,为市区每年提供23.60万立方米工业和生活用水,可灌溉农田12.7万亩。
吉兴河水库,位于大四站境内,距勃利县城25公里。地址建在倭肯河一级支流的吉兴河上,水库上游积水面积86平方公里,总库容为1180万立方米,是一座以防洪、灌溉为主,结合养鱼的多种经营综合利用的中型水库。1956年开始清理地基,1958年施工,1965年末,水库各项工程全部竣工,受益乡(镇)有大四站、吉兴、倭肯。水库有养鱼面积1000亩,其中鱼种池57亩,新鱼池3亩,越冬池15亩。有果园、鹿场、木耳营、石场、炸药厂、运输、种植业、造林等多种经营项目。
互助水库,位于距勃利县县城东北12公里青山乡境内互助村。积水面积184.5平方公里。总库容1500万立方米,是灌溉、防洪兼养鱼的综合性的中型水库。1958年经合江水利局设计批准,3月破土动工。在小五站、青山、抢垦和杏树等受益乡中,抽调600名民工参加施工。共投工143.74万工日。投资447.64万元。最大受益能灌水田9000亩,水库有2处53亩养鱼越冬池和孵化池,每年可养鱼繁育200万尾鱼苗。
向阳山水库,是一座大型水库,位于桦南县八虎力河支流柳树河与小八虎力河汇河处,距县城9公里,因在完达山西麓余脉向阳山脚下故得名。地理坐标东经130°41′,北纬46°11′,流域面积865平方公里,库区面积40平方公里,小八虎力河与柳树河汇流处宽度3000米,其地势东北高,西北低。坝址面积高程160米,地形比降1/600,下游可发展水旱田25万亩。是以灌溉为主兼养鱼、发电等综合利用的大型水库。向阳山水库总库容为13100万立方米,兴利库容7300万立方米,死库容550万立米,调洪库容为7350万立方米,汛前限制水位169.2米,溢洪道最大浅量1070万立米/秒,灌溉洞最大泄量60立方米/秒。电站装机2台,容量500千瓦,设计工程量土、砂、石方72.9万立方米,国家总投资876万元。兴建期于1958年6月成立工程建设指挥部到1962年,历经4年。
共和水库,是一座中型水库。位于桦南县县城北30公里,明义乡共和村东北1.5公里处,因靠近共和村而得名。地理坐标东经130°25′,北纬46°23′。水库拦截来财河支流双龙河水,流域面积167.7平方公里,占来财河流域面积的27%,是控制来财河的重要工程。水库以灌溉为主,兼养鱼、发电等综合利用。总库容为3.590万立方米,兴利库容为3183万立方米,设计灌溉农田7.5万亩。水库于1958年6月15日破土动工,先后经历了兴建期、续建期、再续建期三个阶段,经历23年,于1980年7月25日全部竣工。
金沙水库,是金沙乡办的一座小型水库。坝址位于桦南县金沙村北1公里处,流域面积为48.5平方公里。总库容为389万立方米,兴利库容为191.5万立方米。坝长650米,坝高8.8米,设计灌溉面积1.05亩,1981年实灌300亩。养渔水面960亩,防洪效益保护村庄1个,人口600人,保护农田1300亩。该库兴建于1956年,中间停工20年,后于1979年国家投资5万元,水库终于建成。共完成土方11万立方米。
团结水库,是一座小型工程水库,坝址在双龙河上游桦南县明义乡双龙河村西南,流域面积40平方公里,设计库容230万立方米,实有库容98万立方米,堤高8.6米,溢洪道堰顶宽23米,最大浅水量135秒立米,输水洞浅水量为5.2秒立米,设计灌溉面积0.45万亩,实灌面积1500亩,养渔水面375亩,完成土方10万立方米。国家投资5万元,1973年兴建,于1978年建成。
幸福水库,水库坝址桦南县柳毛河乡幸福村东沟(因工程量大归乡管)。流域面积37平方公里,设计水容204万立方米,实有库容30万立方米,设计坝高5米,实有坝高3.5米,输水洞浅量1.2秒公方。溢洪道是临时性工程。该水库尚未完工,目前只能养鱼,不能灌田。1956年动工,1957年土坝合拢蓄水,完成工程量2.47万立方米,用工27000个,总投资7万元。
新生水库水库,坝址在桦南县三合乡新生村东1公里处,流域面积为34平方公里,库容192万立方米,坝高4.24米,设计灌溉面积0.6万亩,1974年开工,实际完成坝高4米,土方1.5万立方米,蓄水10万立方米,灌溉水田600亩。
达连泡水库水库,坝址在桦南县大八浪东的太平沟,始建于1958年,流域面积16平方公里,设计库容115万立方米,实有库容20万立方米,坝长450米,坝高6米,完成工程量土方4.6万立方米,只建了闸门,还没修建溢洪道。
八一水库,建在桦南县七虎力河上游右岸的一小支流上,“八一”大队北面,故名。流域面积20平方公里,库容73.5万立方米,坝高6米,设计灌溉面积0.6万亩。该库于1973年7月开工,1980年10月竣工。土坝、溢洪道、输水洞已建成,养鱼10万尾。
九龙水库该库坝址在桦南县阎家镇的小沟中,流域面积6平方公里。设计库容30万立方米,坝高5米,蓄水18万立方米,设计灌溉面积0.16万亩,实灌面积160亩。该库于1958年开工,尚未完成。
振兴水库,是桦南县二道沟乡办水库,在乡西1公里处振兴沟中,流域面积113平方公里,设计库容61万立方米,已蓄水5万立方米,坝高7米,断面窄小,坡度不够,标准低,质量差,输水网未完成。
兴隆山水库,位于依兰县道台桥镇北7.5公里处,属道台桥镇管辖,库址南、西、北三面环山,东为平川,水源为倭肯河流域的兴隆山沟。水库以灌溉为主。兼及养鱼。1957年10月到1968年12月修建,1975年工程续建,增加库容200万立米。1976年,安全加固。1978年修建溢洪道。水库有南北向土质坝一条,高7米,长650米,坝顶高程140.4米,开敞式溢洪道最大泄洪量37.1立米/秒。设计灌溉面积2.250亩。历年灌田多达3000亩。1986年灌溉水田2250亩,旱田1440亩,经费自给有余,多次受省、市表扬。
自卫水库,位于依兰县平原乡东1.5公里处,归平原乡管辖。原为1处大泡沼,四周漫岗,靠多条山沟集雨流入,属倭肯河流域,因靠自卫屯而得名,水库以灌溉为主兼养鱼。于1966年4月兴建,土坝合垄。1975年受益。1983年、1984年对大坝渗水和前翼墙进行补修。水库集雨面积14平方公里,现有水面644亩。有东西走向土坝一条,长900米,高5.5米,坝顶高程131.5米,最大泄洪量14立米/秒。输水道最大流量0.4立米/秒。有效灌溉面积,水田1000亩,旱田1500亩。
胜利水库,距依兰县涌泉乡东北4公里,属涌泉乡管辖,库址在勇胜,胜利之间,倭肯河支流水域。水库以灌溉为主兼植树造林、养鱼。1973年8月由涌泉乡调集民工修建,1978年完工,用工16万个,完成土方1.5万立米,石方7822立米,混凝土方890立米,用钢材7吨,水泥1164吨,木材66米。国家补助投资22.55万元。有土质坝1条,东西走向,全长930米,其中利用自然山头建附坝430米,坝顶宽4米,最大坝高8.8米。库区集雨面积40.5公里,水面424亩,总库容480万立米。输水量0.5立米/秒,溢洪道宽40米,最大泄量120立米/秒。有效灌溉面积4470亩。 勃利县灌溉事业始于伪满,居住在倭肯河沿岸的朝鲜族群众.在倭肯河上压坝种植水田。后来,各村屯的汉族群众也联合压坝种植水田,使倭肯河形成自然的小灌区。1949年,将倭肯河岸伪满遗留下来的安乐、勃信、东明、金刚、杏鲜、民主、大阳、富兴、合成、三成、中江等经营村的小灌区,收归国营茄子河、碾子河、吉兴河等仍为民营。1953年国营灌区进行整顿合并,归为杏鲜、富兴两个灌区,加上民营灌区,形成了倭肯、中鲜、吉兴河、碾子河、茄子河5个灌区。经过多年变动。到1985年,全县定为倭肯、中鲜、吉兴河、互助4个万亩国营灌区,民用灌区46个。农田灌溉面积10.25万亩,其中水田7.87万亩。
倭肯灌区,位于勃利县县城西北部,系倭肯河左岸,总长24公里,平均宽度1.8公里,灌区面积为3万亩,有效灌溉面积19.5万亩。灌区受益单位有吉兴、双河、恒太、永顺4个乡(镇),35个村。最早建于1937年(伪康德4年),倭肯灌区系全县工程较大的灌区,工程建设维修持续年限长,共完成工程量154万立方米,其中土方152.6万立方米,浆砌石7237立方米,干砌石3575立方米,钢筋混凝土2801立方米,混凝土583立方米。投资总额为247.4万元。
中鲜灌区,位于勃利县倭肯河上游左岸。灌区长度为32.5公里,平均宽度为15公里,工程控制面积为5.4万亩。工程受益有长兴、青山、抢垦、杏树、倭肯5个乡(镇)。中鲜灌区建于1931年(民国20年)4月,由个体联合修坝,自流引水,工程标准较低。1953年,建立中鲜灌区管理站,着手合并整顿拦河坝。到1955年5个坝合并为2个石堆坝。干渠长24.8公里,全区共有支渠25条,长28.9公里,灌溉面积可达2万亩,有效灌溉面积7000亩。
吉兴河灌区,位于勃利县倭肯河左支流域内。早在解放前金山屯河两岸群众用简易办法压坝种植水田,面积约5000亩。1954年着手对吉兴河灌区进行管理,将原来25个水坝合并成8个,节约用水。扩大水田面积。灌区受益有大四站、吉兴和倭肯3个乡(镇)20个村,灌溉面积可达1.5万亩,总投资133万元。
互助灌区,位于勃利县县城东北部,倭肯河支流小五站河流域内,系水库供水灌区。灌区范围有青山乡的青山、青峰、互助、太升、石子山、龙头、勃信、建设8个村和勃利县良种场,总面积3.23万亩。灌区为东、西两条于渠,东干渠是互助灌区的主要受益区,水库竣工当年受益。一直保持受益面积在7000亩左右。
通鲜灌区,位于县城南12公里的通天二林场以北,是镇郊乡通鲜村自营。利用太平岭与段家岭问小溪水,一条1500米长的引水渠,可种水田600亩。新城灌区位于县城西北部牡佳铁路西侧,是勃利镇新城村自营。工程只有两条农渠,种植面积为1530亩,灌水田650亩,水源由碾子河水库供水。朝阳灌区是杏树乡朝阳村自营,是自然水流入的小型灌区,灌区面积1050亩。除自然灌溉之外,从1958年开始扩大水田面积,抓了机电井建设,以补充水源不足。1985年底,共打农田灌溉井1196眼,经过实地普查。现在成用的583眼。农村的旱田灌溉井(包括菜田灌溉井)375眼,主要分布在丘陵漫岗和镇内菜田。水田补水井208眼,主要分布在倭肯河两岸灌区内和大、小水田灌区。这些灌溉井在春旱年头发挥了作用,保证了旱田和水田适时播种。
向阳山灌区,位于桦南县中、西部,东起向阳山水库,西至倭肯河,灌区东西长50公里,南北平均宽8.6公里。灌区横跨柳毛河、桦南镇、八虎力、三合、民主、梨树、土龙、庆发8个乡、镇及曙光农场、县原种场,共计54个村屯,农户1.1万户,6万口人,1.3万名劳力,占全县人口的21%。区内总耕地面积49万亩,引水灌溉水田面积10万亩,占总耕地面积20%。向阳山灌区是开发较早的老灌区。
共和灌区共和灌区位于桦南县县城北30公里,共和水库为灌溉水源。灌区东起共和水库,西至柴家沟,东西长16公里,南北宽4.5公里,跨桦南县明义、金沙、五道岗、土龙4个乡镇。共和灌区改名为“凤岐”灌区,1958年扩建了干渠,改为共和灌区。干、支渠长56.3公里,完成土方80万立方米,国家投资38.5万元,到1985年实际灌溉水田面积0.20万亩。
大鲜自流灌区,该灌区是引倭肯河水源。建于1941年,由日本人大八浪开拓团包揽这项工程,强迫中国人“勤劳奉仕队”300人施工,1942年完成修建干渠长6公里,土方10万立方米的工程任务。同时,修建进水闸一座,浅水洞一座,节制闸一座,涵洞三处,灌田6000亩。新中国成立后,随着农业生产的发展,逐年扩大水田面积种植,对大鲜灌区进行了扩建:干渠延长10公里,加宽到8米;扩建铁路涵洞,扩大水田面积0.7万亩。新修渠道13条,长达59.4公里。完成土方85万立方米。国家投资61万元。受益有大八浪、阎家、公心集三个乡镇13个村。到1985年实灌溉面积0.60万亩。
永久自流灌区该灌区位于桦南县七虎力河中下游右岸。历史较早,建于1912年,原名叫“李明稻地”,解放后改为永久灌区。渠首为柳石栏河坝,引水量为1.5秒立米,水田面积最高时达到6000亩,支渠6条,长13.2公里,拦河坝2座,农道桥4座,控制闸3座,完成土方8.6万立米。虽然几年来国家只投资9600元,但该灌区自流引水,投资少,效益高,既方便群众,又有利于国家,是一处造价较低、收益较大的灌区。到1985年实灌面积0.60万亩。
五一灌区该灌区位于桦南县七虎力河中上游右岸,是一开发较早的灌区。1937年兴建。当时只有20余户朝鲜族人在此种水田。因河水不足,于1959年,这些朝鲜族又迁到梨树公社河南大队。土地移交给五一大队经营,改为旱田。1974年兴修水利,恢复五一灌区。修渠道10余条,长26公里,完成土方17万立方米,灌溉面积0.21万亩,国家投资补助2.3万元,到1985年实灌面积0.21万亩。
愚公灌区此灌区位于桦南县八虎力河上游,属自流引水灌区。建于1940年(原名光明灌区),由日本人征集劳工修建,干渠一条长7公里,完成土方5立方米。水田有120垧,建进水闸一座,浅水闸一座,倒缸吸一处,由日本人经营。解放后,扩建了干渠工程,由驼腰子乡光明、金缸、金胜、良种四个村经营。因无专管机构和专人管理,原有工程全部冲毁。1965年,县水利科协助扩建灌区工程,改名“愚公”灌区。修干、支渠9条,长23.5公里,完成土方16万立方米,国家投资2万元,水田面积发展到0.03万亩。
金沙灌区位于桦南县金沙乡西北部,金沙河的中下游,地势较陡,排水条件良好,以金沙河为容泄区,灌区跨前金沙、石金沙、李家、肖正、工农五个村屯,现有耕地面积1.3万亩。1970年开始动工,到1985年完成用水干、支渠12条,长23000米,防洪堤2条,长10000米,支渠以上建筑石物15座,堤防闸4座,河道上的公路桥2座,总计21座,完成总土方14.46万立方米,完成总投资15.25万元。设计灌溉面积1.05万亩,其中水田1.1万亩,除涝面积0.23万亩,到1985年实灌面积0.3万亩。 涝区治理
西部涝区指勃利县头道河子、双河和二道河子,当时,群众集资兴建排涝工程。1964年在头道河子完成排水渠一条长6公里,二道河子涝区完成排水干,支渠5条长14.8公里,双河涝区完成排水干,支渠3条长15公里。1965年为便于规划,统一治理。经水利部门设计,国家投资,社会投工开始进行综合治理。至1985年兴建排水干渠1条。总长365公里,田间渠16条,总长322公里,堤防总长54.4公里,截留沟12公里。桥涵617座。
碾子河涝区位于勃利县地域中部,系倭肯河左支碾子河流域。涝区范围,南至浅山截留沟,北至倭肯河,东西两侧分水涝区内有勃利镇、镇郊、抢垦、青山4个乡(镇)的23个村屯,涝区面积21.6万亩,易涝面积4.46万亩。整个防涝工程分两期进行,第一期工程从1963年开始施工,修筑了碾子河左右岸防洪堤,排水总干渠,截留沟等5项工程。第二期从1966年施工,初具规模。但未达到十年一遇的设计标准,有排水干渠一条长17公里,防洪堤35公里,桥涵20座。
连珠河涝区位于勃利县县城西部,倭肯河左岸支流连珠河流域,区辖有大四站和杏树乡,22个村,涝区总面积为17.7万亩。1964年县水利科设计,同年秋天由乡(镇)组织人力施工。到1985年,涝区建成干渠1条,长21公里;修截留沟3条,全长210公里;修桥涵700座。
防洪堤
勃利县倭肯河防洪堤工程,截止1985年修堤长度50公里,保护村屯7个,耕地8.65万亩,荒原3.78万亩。
桦南县倭肯河堤防位于倭肯河右岸的大八浪、阎家、公心集、土龙、庆发3个乡镇,与左岸勃利、依兰的堤防相距1-1.5公里。该堤上自大鲜闸,下至桦依公路,堤长64.03公里,另有无堤段10.4公里。为便于堤防管理、养护,按行政区划分为5个独立段,即铁东、铁西、公心集、土龙、庆发段进行管理。铁东段由大八浪乡的大鲜闸至牡佳铁路,堤长15.86公里;铁西段由牡佳铁路至公心集山,堤长20.8公里;公心集段由公心集山至红土崖子,堤长14.07公里;土龙段由红土崖子至陈小山,堤长2.77公里;庆发段由陈小山至桦依公路,堤长10.58公里。由于有些构造物未建,一遇雨季内水项托,河水倒灌,防洪标准仅达5-10年。保护农田5.5万亩,荒源1.9万亩,可耕地1.85万亩,村庄4个,2700人。
依兰县倭肯河堤堤防沿倭肯河两岸修筑而成,左岸起自安兴水库排洪闸北500米处,经由安兴、爱国、永合至县城东造纸厂南止,长70.6公里。右岸自战胜村起,至西兴村止,长36.2公里。保护农田10.4万亩,荒原1.4万亩,村屯8个。
四、高压旋喷桩截渗墙工程属于灌浆吗
单从价格来讲当然是高压旋喷桩贵一些!但在地层适应性方面及在防渗加固特别是防渗施工中,高压喷射灌浆绝对是有优势的,防渗效果显而易见。
桩基是指由桩和连接桩顶的桩承台(简称承台)组成的深基础或由柱与桩基连接的单桩基础。桩基是一种古老的基础型式。桩基中桩的数量和排列应根据上部结构和荷载情况确定。柱下桩基可以用一根也可用一群桩并排列成多边形;墙下桩基常成排布置,当建筑物荷载大和占地面积小时,则要成片布置成满堂桩。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中,桩基础应用广泛。
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