大兴川水电站工程库区淹没处理范围的界定

李亚斌 王婷婷

（1.吉林省水利水电勘测设计研究院 吉林长春 130021；2.吉林省基础地理信息中心 吉林长春 130051）

1 引言

大兴川电站坝址以上有两大河流，分别为二道松花江和古洞河。二道松花江发源于长白山天池，海拔高程为 2696m，自发源地北流至松江镇附近逐渐折向西流，并先后有四道、三道、二道白河和头道白河等支流于左岸注入，在两江口与古洞河汇合后，经汉阳屯转向西北，进入白山水库。根据其上述地形地貌条件，结合各淹没对象设计洪水标准，确定库区回水末端正确位置，同时结合库区范围内水库淹没、浸没、风浪、冰塞壅水、滑坡、坍岸等影响情况综合确定库区淹没范围。最终确定库区淹没范围内土地征收线、农村居民迁移线、专业项目迁移线具体范围。

2 水库淹没影响范围确定

根据大兴川水电站工程实际地形地貌特征，库区淹没范围不涉及到冰塞壅水现象，根据淹没对象设计洪水标准及不同设计洪水频率确定回水末端位置，根据库区范围内地质勘察实际情况，确定库区范围内浸没、滑坡、坍岸等其他影响范围。结合上述条件最终确定水库淹没影响范围。

2.1 各淹没对象设计洪水标准选择

根据《水利水电工程建设征地移民安置规划设计规范》（SL290-2009），并参照《防洪标准》（GB50201-94）的规定，结合大兴川水电站水库淹没影响区的实际情况，拟定水库淹没标准为：耕地按5年一遇（P=20%）洪水作为征收标准；居民点按20年一遇（P=5%）洪水作为迁移标准；林地、草地及其它未利用地按正常蓄水位征收；各专项设施按 P=5%洪水确定改建标准。库区不同淹没对象处理设计洪水标准见表1。

表1 大兴川水电站不同淹没对象处理设计洪水标准

2.2 不同设计洪水频率回水计算及回水末端处理

大兴川水库不承担防洪任务，为了在汛期减少水库回水对库区上游的淹没损失，经过比选主汛期运行水位为 465.00 m(汛限水位)。前汛期和后汛期采用正常蓄水位466.5m（主汛期相应的电站运行水位同时进行下降，电站最低运行水位为463.86m）。本工程回水曲线推算采用吉林省水利水电勘测设计研究院测绘院2007年8月测量纵横断面成果。本工程回水末端终点位置按回水曲线不高于同频率洪水天然水面线 0.3m范围内水平延伸与多年平均流量的相应水面线相交。回水计算过程中，已验证所推算天然河道水位与二道松花江汉阳水文站同频率实测水位相符。

水库设计回水计算包括二道松花江干流及主要支流露水河、头道白河，回水计算考虑了30年泥沙淤积影响。

大兴川水电站蓄水后，由于水库上游森林植被较好，相对水土流失较少，下泄泥沙量少而且颗粒细，泥沙呈三角洲淤积形态，三角洲淤积顶点距坝位置约6km左右。经计算泥沙淤积对回水影响不大。详见表2、表3。

表2 二道江各断面土地征用线和居民迁移线水位表

表3 露水河各断面土地征用线和居民迁移线水位表

2.3 水库淹没影响其他因素

根据吉林省水利水电勘测设计研究院编制的《大兴川水电站可行性研究工程地质勘察报告》（以下简称《地质勘察报告》），水库区正常蓄水位(466.5m)范围内出露的地层为太古界和古生界的变质岩系，震旦系的沉积岩，侏罗系的碎屑沉积岩，绝大部分透水性微弱。仅在汉阳屯附近震旦系中统万隆组灰岩岩溶较发育，透水性较强，但被弱透水岩层所包围。库区通过的区域性断层，大部分为逆断层和平推断层，组成破碎带的物质结构紧密，透水性微弱。库区山体高大，分水岭宽厚，无单薄低矮的分水岭，经对水库两岸居民井进行调查，两岸分水岭地下水位远高于水库正常蓄水位，分水岭地表泉水出露汇集而成的一些沟谷的地表径流均流向库内。综上所述，水库蓄水后不会产生永久性渗漏问题。

2.3.2 坍岸

根据吉林省水利水电勘测设计研究院编制的《地质勘察报告》，水库库岸大部分由中硬岩及坚硬岩组成，地形坡度较陡，绝大部分库段未见影响边坡稳定的结构面及其它不利组合，边坡稳定性较好。

只是在小煤窑库区右岸存在小规模崩塌危岩体及崩塌堆积体，由于该处无村庄、公路，且离枢纽区较远，故对库坝影响不大。

由第四系松散堆积物组成的库岸，一般坡度较缓，相对比高较小，植被较发育，且大部分地段被库水淹没，不存在坍岸问题。

2.3.3 浸没

根据吉林省水利水电勘测设计研究院编制的《地质勘察报告》，库区两岸阶地地形坡度3°～5°，两岸漫滩及阶地主要由火山灰、含砂细粒土、砂砾卵石层组成，厚度 3.0m～13.0m，水库蓄水后，大部分将被淹没。库区无工矿企业、公路，绝大部分无居民点及大片农田，因此，绝大部分库区两岸阶地不存在水库浸没问题。

经野外库区地质测绘及坑探资料分析，当水库正常蓄水位 466.5m时，仅库尾二道松花江与富尔河河间地块、两岸及汉阳屯附近可能存在浸没问题。

其中：Rsj(j=1,2,3)是第j个电机定子电阻；iqj是第j个电机交轴的定子电流，因为采用id=0的矢量控制方法，则定子电流I=τM/Kt=iq，Kt为电机转矩常数；ψqj是电机交轴定子磁链，且ψqj=Lqjiqj；Lqj是电机q轴电感；pj是电机的极对数量；ωj是电机转子角速度；ψfj是电机永磁磁链。

本次地下水位采用水库正常蓄水位 466.5m时设计给定库尾两岸翘高计算后库尾水位（西江处库尾水位 467.2m，汉阳屯处尾水位 467.0m）经雍高计算后的地下水位。

经可行性研究工程地质勘察初判排除了非浸没区，本阶段对该两处可能浸没区进行了大比例尺(1∶2000)工程地质测绘，并进行山地勘探。经勘察该两处可能浸没区揭露的地层岩性主要有(序号与坝区统一并顺延)：

经现场工程地质、水文地质测绘及坑探勘察，汉阳沟右岸为宽 30.0～100.0m 的地势较平缓的河漫滩，正常高水位以上地貌单元为一级阶地，后缘为低山斜坡地貌，地表为耕地，作物为玉米，正常蓄水位以上地层岩性表部以厚 1.8～2.6m(局部厚度＞3.3m)的第四系全新统坡洪积及冲洪积堆积砂砾碎石混合土(3-2)层为主，局部为厚 6.0～8.0m 的火山灰(1-0)层。(3-2)层下部大部分含厚0.6～0.8m的第四系全新统坡洪积及冲洪积堆积的砂砾卵石(3-1)层。其下为太古界鞍山群砂砾状全风化及强风化混合岩，保持原岩结构。据现场试坑毛细管水上升高度试验及当地经验，砂砾碎石混合土(3-2)层毛细管水上升带高度 Hk=1.4m，植物根系层最大厚度为 0.5m，即安全超高值ΔH=0.5m，故浸没的临界地下水深Hcr=Hk+ΔH=1.9m；火山灰毛细管水上升带高度Hk=1.0m，故浸没的临界地下水深Hcr=Hk+ΔH=1.5m；经实测剖面并计算正常高水位运行时地下水位雍高后地下水位距地表距离与浸没的临界地下水深进行比较，圈定浸没范围，面积 S=0.021884km2。

左岸以村庄为主，含少量耕地，据工程地质测绘及坑探资料，该区河漫滩及阶地表部一般有厚 1.0～2.1m的砂砾碎石混合土(3-2)层，局部表部为厚 1.0～2.1m的碎块石混合土(3-3)层，鹿场附近为厚度大于 3.0m的第四系全新统砂砾卵石层(1-4)，局部为厚0.7～2.5的火山灰(1-0)层。下部岩性主要为砂砾卵石(1-4)层及震旦系下统钓鱼台组石英砂岩(8)。现状条件下，该区地下水位埋深一般为3.5～4.0m，地下水位高程为455.0～465.0m,全部位于砂砾卵石(1-4)层及石英砂岩(8)中。根据本次实测剖面及探坑揭露资料，正常高水位(466.5m)以上浸没涉及的地层有砂砾碎石混合土(3-2)及砂砾卵石(1-4)层。经调查该区居民房屋基础一般为地面以下 0.5m，即安全超高值ΔH=0.5m，据现场试坑毛细管水上升高度试验及当地经验，由于砂砾卵石层为强透水层，故该层可不考虑毛细管水上升高度，砂砾碎石混合土(3-2)层毛细管水上升带高度Hk=1.4m，河漫滩及一级阶地处房屋基础基本坐于砂砾卵石(1-4)层上。故地表岩性为砂砾碎石混合土(3-2)层分布区地下水临界深度 Hcr=Hk+ΔH=1.9m；地表岩性为砂砾卵石(1-4)层分布区地下水临界深度Hcr=Hk+ΔH=房屋基础埋深＋砂砾卵石层毛细管水上升高度=0.5m。经实测剖面并计算正常蓄水位运行时地下水位雍高后地下水位距地表距离与浸没的临界地下水深进行比较，圈定浸没范围，面积S=0.0099168km2。

库尾二道松花江与富尔河河间地块及两岸部分按A区、B区、C区进行分别叙述：

A区：位于二道松花江与富尔河河间地块一级阶地上，西江村西侧，地面高程466.5～471.0m，地表作物为玉米。

B区：位于二道松花江左岸一级阶地上，地面高程466.5～468.5m。地表作物为玉米。

C区：位于富尔河右岸一级阶地上，地面高程468.6～470.0m。地表作物为玉米。

据探坑揭露资料，A区地层岩性一般表部为厚0.4～2.2m含砂细粒土层，其下为厚3.0～6.0m的砂砾卵石层，地下水位埋深 2.2～6.4m，靠近河床处较浅，绝大部分位于砂砾卵石层中，少量位于含砂细粒土层中。地下水位高程 465.4m～465.1m，与河水位(465.4m)基本一致；B区地层岩性表部为厚 0.6～1.6m含砂细粒土层，其下为厚度大于 5.0m厚的砂砾卵石层，地下水位高程464.5左右，与河水位基本一致，后缘略高于河水位；C区地层岩性表部为厚 0.5～2.6m含砂细粒土层，其下为厚度大于 4.0m的砂砾卵石层，地下水位高程 464.8～464.9m，基本位于砂砾卵石层，局部位于含砂细粒土层中，河水位为464.4～465.3m，阶地后缘水位略高于河水位。当水库正常高水位 466.5m时，《据水利水电工程地质手册》及《中小型水利水电工程地质》及《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)中相关规定，农作物根系一般按 0.5m考虑，据现场试坑毛细管水上升高度试验，砂砾卵石层可不考虑毛细管水上升高度，含砂细粒土毛细管水上升高度 1.2m，则对于含砂细粒土临界地下水埋深Hcr=Hk+ΔH=1.7m。经实测剖面并计算正常蓄水位运行时地下水位雍高后(雍高量很小)地下水位距地表距离与浸没的临界地下水深进行比较，圈定浸没范围，面积 SA= 0.104735km2；SB=0.051738km2；SC= 0.148146km2。

2.4 风浪爬高的影响确定

根据延边州地区气象部门提供的近 20年风向玫瑰图，选择垂直于库岸方向，方向为 NNE，多年平均风速为 14m/s，建库后坝前段两岸最大直线距离为 1.5km。经计算，大兴川水电站坝前段风浪爬高为0.45m，其计算公式如下：

式中：hp—风浪爬高，m；h—岸坡前波浪高度，m；α—岸坡坡度，取20°；V—岸坡垂向库面风速，m/s，取7级风速14m/s；D—岸坡迎风面波浪吹程，km，1.5km；K—与岸坡粗糙情况有关的系数，取0.6。

根据《水利水电工程建设征地移民安置规划设计规范》（SL290-2009）规定，在回水影响不显著的坝前段，不计算风浪爬高时，居民迁移和土地征用线可高于正常蓄水位 0.5m～1m。经计算的风浪爬高低于0.5m，对水库坝前段无影响，本次设计采用回水位高出正常蓄水位不足0.5m，加足到0.5m作为土地征用线，高程为467.0m；坝前段回水位高出正常蓄水位不足 1m，加足到1m做为居民迁移线，高程为467.5m，在回水高程超过正常蓄水位0.5及1m以上的库段按不同淹没对象相应的设计洪水频率回水位高程作为淹没处理范围。

3 水库淹没处理范围界定

根据上述水库淹没影响范围结合库区淹没影响的其他因素，最终确定水库淹没土地征收线、农村居民点迁移线、专业项目迁移线处理范围。

（1）土地征收线

耕地征收线考虑泥沙淤积 30年后，采用 5年一遇设计洪水回水线确定，在回水不显著的坝前段，考虑风浪爬高的影响，在正常蓄水位基础上加高 0.5m，以策安全。耕地征收线坝前段为467.00m，水库回水末端的设计终点位置，在库尾回水曲线不高于同频率天然洪水水面线 0.3m的范围内，采取水平延伸至与多年平均流量相应的水面线相交。尾段二道松花江为467.2m、支流露水河为 467.13m。林地、草地及其它地类征地线按正常蓄水位466.5m确定。

（2）农村居民点迁移线

农村居民点迁移线考虑泥沙淤积30年后，采用20年一遇设计洪水回水线确定，在回水不显著的坝前段，考虑风浪爬高的影响，在正常蓄水位基础上加高 1m，以策安全。居民迁移线坝前段为467.5m，水库回水末端的设计终点位置，在库尾回水曲线不高于同频率天然洪水水面线 0.3m的范围内，采取水平延伸至与多年平均流量相应的水面线相交。库尾段二道松花江为 468.58m、支流露水河为468.28m。

（3）专业项目迁移线

水库淹没的专业项目主要是库周交通道路、输电线路等，设计洪水标准参照其相关专业规范确定为：考虑泥沙淤积30年后，采用20年一遇设计洪水回水曲线确定，坝前467.5m，库尾段二道松花江为468.58m、支流露水河为468.28m。

4 结束语

水库淹没处理范围的界定应结合当地的地形地貌特征，以坝址以上天然洪水与建库后汛期和非汛期同一频率的洪水回水位所组成的外包线为依据，水库洪水回水位应考虑10～20年的泥沙淤积影响。若汛期降低水库水位运行，库前段回水位低于正常蓄水位时，应采用正常蓄水位高程。水库回水未端设计终点位置，在回水曲线不高于同频率天然洪水水面线0.3m范围内，可采用与同频率天然水面线水平封闭或垂直封闭，同时应综合分析水库淹没、浸没、风浪、冰塞壅水、滑坡、坍岸等影响。