岩溶水库周边的内涝问题水文地质勘察成果

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：水库周边岩溶浸没及内涝现象是岩溶地区水利水电建设的环境问题之一。

在中国华南诸省的岩溶峰丛洼地或峰林谷地地区,发育着许多地下河系。每年汛期来临时,这些地下河因暴雨灌入而流量大增,与此同时由于岩溶管道断面所限,地下水的排泄受阻,于是,地下河水只能通过岩溶谷地的天窗或消水洞涌出,淹没谷地中的农田,这就是“内涝”。如果在河流上建造水库抬高河水位,淹没了地下河出口,顶托了地下河的排泄,就会使得地下河倒灌,使内涝更加严重。当地下水位达到洼地或谷地地面时就发生浸没、农田受涝现象,称此为“岩溶浸没—内涝”,以区别于土壤类松散介质因毛细作用使地下水位升高而发生的浸没现象[25]。

水库周边岩溶浸没及内涝现象是岩溶地区水利水电建设的环境问题之一。自20世纪80年代以来,已在若干个水库发生了此类现象,造成了一定的经济损失。这种现象在广西红水河几个梯级水库中表现最为明显。广西红水河大化、岩滩水电站分别于1984年和1992年建成并蓄水发电,自那以后在两水库周边的一些岩溶谷地或洼地就经常发生岩溶浸没—内涝现象,致使原有的内涝时间延长,部分农田无法耕种。据1994年统计,两水库共发生内涝点12处,淹没耕地813hm2,直接经济损失达1560万元[25,26]。

10.2.5.1 内涝原因分析

降雨强度大是内涝的直接外因,而岩溶地下管道结构的制约是产生内涝的内因。中国南方岩溶地区的地下水补给、径流是通过双层介质(即溶隙、管道流)进行的。岩溶峰丛洼地和峰林谷地地区,地下水主要依靠管道状地下河、伏流输水汇入地表河流。岩溶管道的结构(包括管道形状、断面大小、纵向比降、糙率等)极大地制约着地下水的排泄能力。岩溶地下河管道断面极其复杂,有跌水、深潭、潜流、倒虹吸、厅堂等迂回曲折,流量时大时小,但控制流量的是“瓶颈”断面。此外,谷地中的消水洞口也经常被洪水冲来的泥沙、岩块、树木、稻根淤塞,导致消水不畅。地下河平面分布形态的差异,也制约着地下河出口的排水能力,通常是,中上游支流分叉多,汇水面积大,而下游至出口为单一管道,因此,岩溶管道的排水能力总是不适应补给强度,这就造成地下河沿线的岩溶谷地经常发生内涝。

水库的蓄水又使内涝程度加重,原因如下:

(1)水库蓄水后,地下河排泄基准面被抬高,减小了水力坡降,相应减缓了地下水的流速,从而削弱了地下河的排泄能力。水库蓄水前,地下水有多个出口,排泄通畅;而在水库蓄水后所有出口均被淹没于水库中,变成排泄不畅。

(2)水库回水倒灌占据部分地下库容,降低了洞穴的蓄洪能力,加重了谷地的内涝。

(3)岩溶管道的局部淤塞,减小过流断面。水库初期蓄水,库水向地下河倒灌,可能引起出口段淤积物灌入地下管道,引起管道淤塞。发生淤塞的位置主要是倒灌回水点附近、倒虹吸管道根部、地下河出口以及不稳定岩体地段[25,26]。

10.2.5.2 勘察方法[25,26]

(1)加强对岩溶地质的调查及对洞穴、地下河的探测,以了解岩溶洞穴的分布规律、地下河的发育与演变历史,并结合深部物探方法查明地下河的轨迹和集水范围。

(2)建立地下水动态观测网。除地下河天窗、消水洞可作为观测点外,还可在地下河轨迹线上打钻孔进行地下水位观测,以获得地下水位多年的历时过程线。

(3)进行地下水化学与同位素分析,以了解地下水与地面水化学成分的差异以及地下河水的补给来源。

(4)设立内涝区及水库水位观测站,观测内涝期间地面水位动态,了解内涝的延时及过程。

(5)设立雨量站,并搜集流域内其他雨量站观测资料,研究降雨分配、雨型特征以便计算频率雨量与起涝雨量(即“最枯水位”上升至“内涝水位”期间发生的累积降雨量)。

(6)进行室内物理模拟试验,以相似理论为基础,将原型的物理量换算成模型的物理量,即通过一定的装置和监控系统进行放水排水试验,然后又转换到原型中去,以得到所需的物理量。

10.2.5.3 岩溶管道水排泄量的估算