咸阳湖湖区水文地质特征及渗漏问题分析

【摘要】：本文作者通过对咸阳湖湖区基本水文地质条件及影响湖区蓄水的几个主要水文地质问题的阐述和分析，表明了作者对于城市景观湖工程中主要水文地质问题的观点及解决平原型河流蓄水工程渗漏问题的一些基本思路，提出了针对城市景观湖工程的一些勘察设计及水文计算方面的行之有效的基本方法，希望能在同类工程的勘察设计工作中有所借鉴。

【关键词】：咸阳湖 ；渗漏；渗漏天窗；渗漏量

中图分类号： TV697.3 文献标识码： A

1工程概况

渭河咸阳城区段综合治理工程，内容为对包括“咸阳湖”在内的城区段上下游河段进行综合治理，工程范围左岸上起西橡南营村下至上林大桥以下1.0m，右岸上起西安咸阳交界下至上林大桥下游1.0km的渭河河道，治理河段长约17.6km，南北两岸以堤线为界。工程区渭河3#桥以上现为农业区， 3#桥以下至下游末端为咸阳市城区段。工程初步规划有滨河生态公园及河道蓄水景观区，主要建筑物有左右岸堤防、2座橡胶坝及2座泵站工程。

咸阳湖共布置三座橡胶坝，1#橡胶坝坝址位于1号桥上游约800m的渭河河道，坝线全长约508m，坝高3.8m，坝顶高程384.00m，正常蓄水位384.00m，蓄水回水长3.8km； 2#橡胶坝坝址位于2号桥下游，坝线全长约486m，坝高3.8m，坝顶高程382.5m，正常蓄水位382.5m，蓄水回水长4.7km。3#橡胶坝坝址位于西宝高速桥下游0.3Km的渭河河道，坝线全长约562m，坝高3.0m，坝顶高程387.0m，正常蓄水位387.0m，蓄水回水长3.8km。

2 湖区工程地质条件

2.1 地形地貌

工程区地势北高南低，地面高程378.0～397.5m，地貌属河谷堆积地貌。渭河二级阶地、一级阶地及河漫滩均呈东西条带状展布。河漫滩高出河床0.5～3.5m，宽度约450～760m，滩面高程371～388.5m。一级阶地阶面高出河床4～6m，阶面宽度200～1500m，高程383.0～390.7m，具二元结构，上部为壤土、粉质粘土及黑垆土等，下部粉细砂、含砾中粗砂。二级阶地阶面高出河床8～12m，阶面高程393.5～397.5m，上部由黄土及一层古土壤组成，下部为砂、含砾中砂等。河道地貌及地层结构如图1。

2.2地层岩性

工程区地层主要为第四系全新统（Q4）及上更新统（Q3）松散堆积物，在勘探深度25m内的地层岩性主要为第四系全新统（河漫滩及一级阶地）冲积粉土、细砂、砾石、粉质粘土、含砾中砂及第四系全新统（二级阶地）堆积的黄土状土、古土壤及中砂层。

2.3 水文地质条件

1）地下水埋藏特征

工程区出露的地层主要为第四系松散堆积层，地下水类型有第四系孔隙潜水及由相对隔水层延伸形成的层间弱承压水。治理河段孔隙潜水可分为如下几个水文地质分区：

（1）渭河河漫滩区：地下水埋深一般4.6～5.6m，含水层为全新统冲积的中粗砂、砾砂等粗粒土，岩性松散，颗粒粗，透水性好。含水层厚度稳定，达50～60m。渗透系数k=40～74m/d，属强富水区，潜水埋深一般小于10m。

（2）渭河一级阶地区：地下水埋深南岸7.2～13.0m，北岸8.6～11.6m，含水层为全新统下部冲积的中、粗砂和含砾中粗砂层以及粉质粘土。含水砂层较松散，颗粒较粗，透水性能较好。含水层厚度为35～45m，且比较稳定。渗透系数k=17～60m/d，为强富水区。潜水埋深一般在10～20m之间。

（3）渭河二级阶地地区：地下水埋深一般大于14.0m，含水层为上更新统冲积的中粗砂、含砾中粗砂及粉质粘土层。含水砂层较松散，颗粒较粗。透水性能较好，渗透系数k=13～47m/d，含水层厚度40m，一般为较强富水区。从阶地前缘向后缘，赋水性逐渐变弱。潜水埋深一般为10～20m，强开采地段潜水埋深为20～30m。

2）潜水的补给、径流和排泄

（1）潜水补给水源主要为大气降水，临近河流地段有地表水的补给，承压水的顶托补给，北部和南部的区域径流的补给以及灌溉回归水的补给等。

（2）潜水流向，渭河以北总体上由北向南流向渭河，其坡度也由北向南逐渐变小；一、二级阶地局部地段，由于地下水开采引起的潜水位下降，局部形成了水位降深漏斗，使地下水流向转变，水力坡度剧增，形成了人为作用下的径流态势。渭河南岸潜水总体有西南向东北，近渭河和沣河处，受河水高低水位的影响以及附近水源地开采形成的迫降漏斗作用，引起潜水径流方向的局部变化。

（3）潜水排泄方式，主要有开采和区外的径流排泄，其次为蒸发和向承压水的越流排泄。

3）潜水动态特征

（1）区内潜水动态受大气降水、河流侧渗、人工开采及灌溉因素的影响。大致可分为降水开采型、降水渠灌溉型及分布与河流沿岸的水文型。渭河南岸潜水年变化为2～3m，渭河北岸年变幅一般为1～2m，局部小于1m。北部三级阶地年变幅一般为2～3m，咸阳城区段西郊局部为强开采区，年变幅大于3m，渭河一、二级阶地年变幅一般为1～2m。

（2）潜水位变化趋势

根据省水文一队1991年的《咸阳城区水文地质工程地质综合勘察报告》，咸阳城区段潜水位埋深远大于1999年8月的埋深值。如城区东部高漫滩，潜水位由小于5m变为小于10m埋深；西部二级阶地由10～20m，大都改变为20～30m埋深。反映了咸阳城区段潜水从1980年1999年间，九年内潜水位下降了数米到十余米。

根据咸阳市水资源管理办公室1996～1999年3年的观测资料，潜水位的变化趋势可分为上升区、下降区和平稳区。下降区分布于北部三级阶地和台塬区以及西部强开采区、渭河南部地区。上升区分布于旧城区和东部的高漫滩区，由于潜水开采量减少所致。平稳区分布于西部和西南部以及处于上升区和下降区之间的过渡地带。

3蓄水区主要水文地质问题评价

3.1蓄水区地层渗透性及相对隔水层确定

蓄水区各地层渗透性统计如表1。由表可见，蓄水区主要以微透水的粉质粘土，中等透水性粉土、粉细砂和强透水性的含砾粗砂及砾石层构成，高漫滩表层的粉土层及一级阶地表层壤土分布高程较高，分布不连续，不能作为湖底隔水层。根据蓄水区钻孔揭示，漫滩及一级阶地下部的粉质粘土层呈微透水性、分布连续、层位稳定，可作为湖底相对隔水层。

3.2 不防渗条件下渗漏量计算

本工程蓄水区分布在河漫滩，湖盆底部有呈微透水性的连续的粉质粘土层分布，湖底向下不会产生渗漏，湖区渗漏的主要通道为侧向渗漏。河漫滩产生侧向渗漏的通道主要为分布于粉质粘土层以上呈中等~强透水性

的细砂和砾石层。湖盆向两侧渗漏主要取决于各地貌单元接触带相对隔水层搭接连续性：当两侧一级阶地的粉质粘土层⑨与河漫滩粉质粘土层⑤搭接连续时，湖区两侧渗漏只局限于河漫滩范围之内，而不会向湖区以外的阶地透水地层产生渗漏；当河漫滩粉质粘土层⑤与外侧一级阶地的粉质粘土层⑨或二级阶地黄土状土层⑫不能连续搭接，形成如图2或图3所示的“天窗”时，湖区两侧渗漏便会沿“天窗”形成的带状渗漏通道向两侧产生渗漏。

表1 蓄水区地层渗透特性表

图2 一级阶地与河漫滩接触带“天窗”

图3 二级阶地与河漫滩接触带“天窗”

根据勘察成果及咸阳市堤防勘察资料综合分析后可见：

1）2#湖区（咸阳湖南槽）南侧一级阶地下部粉质粘土层⑨与河漫滩下部粉质粘土层⑤搭接良好，不会形成渗漏“天窗”，湖区侧向渗漏只局限于河漫滩表层。

2）1#湖区北侧南安村以上段二级阶地黄土状土层⑫及一级阶地下部粉质粘土层⑨与河漫滩下部粉质粘土层⑤不能连续搭接，形成渗漏“天窗”，预计湖区会形成侧向渗漏；南安村以下段一级阶地下部粉质粘土层⑨与河漫滩下部粉质粘土层⑤搭接良好，不会形成渗漏“天窗”，湖区侧向渗漏只局限于河漫滩表层。1#湖区南侧3号桥以上段一级阶地下部粉质粘土层⑨与河漫滩下部粉质粘土层⑤搭接不连续，形成渗漏“天窗”，预计湖区会形成侧向越流渗漏；3号桥以下段一级阶地下部粉质粘土层⑨与河漫滩下部粉质粘土层⑤搭接良好，不会形成渗漏“天窗”，湖区侧向渗漏只局限于河漫滩表层。

3）3#湖区北侧二级阶地黄土状土层⑫与河漫滩下部粉质粘土层⑤不能连续搭接，形成渗漏“天窗”，预计湖区会形成侧向渗漏；3#湖区南侧一级阶地后缘距离和床约1.5km，预计会沿河漫滩③层细砂及⑥层含砾中砂形成全断面侧向渗漏。

根据以上分析，采用采用《水力学计算手册》推荐公式：

计算各湖区渗漏量如表2。

式中：Q―渗漏量（m³/d）

K―渗透系数（m/d）

H―水位差（m）

M―含水层厚度（m）

2b―渗漏长度（m）（取堤基宽度）

表2 各湖区渗漏量计算表

根据计算结果可见，2#湖区南岸基本不存在渗漏问题；1#湖区和3#湖区南北岸均存在侧向渗漏问题：其中1#湖区北岸南安村以上段及南侧3号桥以上段存在渗漏天窗，3#湖区北岸存在渗漏天窗，南岸全部为河漫滩中等~强透水地层，渗漏量较大。总体而言，在不防渗条件下各湖区日渗漏量总和为56525.5m3/d，年渗漏量约为2063.8万m³。

3.3蓄水区蓄水后地下水位变化对两岸环境的影响

依据《水利水电工程地质勘察规范》附录D规定的浸没地下水临界埋深计算公式Hcr=Hk+ΔH进行计算后确定，式中：

Hcr：浸没地下水临界埋深（m）；

Hk：土壤毛细上升高度(m)，粉土取1.0m，粉质粘土取1.5m；

H―安全超高值（m），对农业区，该值即根系层的厚度；城镇和居民区，该值取决于建筑物荷载、基础形式和砌置深度。

渭河北岸3号桥以上堤内为农业区，3号桥以下为城市建筑区。渭河南岸陈阳寨以上为农业区，陈阳寨以下为城市建筑区。城市建筑区建筑物多为中高层建筑，特别是现代高层建筑，其基础埋置深度一般大于3.0m，基础多为桩基，均进行防渗处理，其浸没地下水临界埋深确定为4.5m。农业区内主要为农田、苗圃和农村居民住宅，考虑到毛细上升高度和耕作层厚度，农业区临界地下水位临界埋深确定为2.5m。

1）2#湖区（蓄水位382.5m）

南岸堤内一级阶地阶面高程384.8～386.7m，下水埋深一般9.50～11.5m，地下水位374.9~375.7m。咸阳湖南侧河南街、郭围墙村、牛家村、段村一带，原为农业区，近年来城市发展已经形成新的开发区，故该段临界水位按城市建筑区考虑。湖盆蓄水后河水位较蓄水前抬升3.5~4.7m，南岸地下水位相应有所抬升。堤内水位抬升范围内地层为⑨层粉质粘土，渗透系数K=2.50×10-7cm/s，呈微透水性，故湖水向堤内渗透水位可能性不大，堤内地下水位上升幅度有限。根据堤内地面高程、地层透水性及现状地下水位等因素综合分析认为：2#湖区蓄水后，不会对堤内建筑物产生浸没影响。

2）1#湖区（蓄水位384.0m）

左岸堤内南安村以东为渭河一级阶地，高程387.6～389.5m，地下水埋深一般8.7～9.0m，地下水位378.9~380.5m。湖盆蓄水后河水位抬升约3.0m，两岸地下水位相应有所抬升。堤内水位抬升范围内地层为⑨层粉质粘土，渗透系数K=2.50×10-7cm/s，呈微透水性，湖水向堤内渗透水位可能性不大，堤内地下水位上升幅度有限，故不会出现浸没影响。南安村上游堤内为渭河二级阶地，地面高程392.3~397.3m，远高于湖区正常蓄水位384.0m，不会出现浸没影响。

右岸钓鱼台村以东约2.3km范围内堤内地貌单元为渭河一级阶地，地面高程387.4~388.5m，地下水埋深一般9.0~9.3m，地下水位378.4~379.2m。湖盆蓄水后河水位抬升约3.5m，两岸地下水位相应有所抬升。堤内水位抬升范围内地层为⑨层粉质粘土，渗透系数K=2.50×10-7cm/s，呈微透水性，湖水向堤内渗透水位可能性不大，堤内地下水位上升幅度有限，故不会出现浸没影响。钓鱼台上游至西宝高速桥下游段地貌单元为渭河河漫滩，地面高程387.2~388.2m，地下水埋深一般9.0~9.5m，地下水位378.4~378.7m。堤内水位抬升范围内地层为呈微透水性的⑥层粉质粘土、及中等~强透水性的⑤层砾石和③层细砂，湖水向堤内渗透水位可能性较大，预测堤内地下水位上升幅度明显，但地面高程高出正常蓄水位3.4~4.5m，该段又为农业区，故不会出现浸没影响。

根据以上分析认为：1#湖区蓄水后，对两岸堤内不会对堤内建筑物产生浸没影响。

3）3#湖区（蓄水位387.0m）

左岸堤内南营村以东为渭河二级阶地，地面高程397.1~398.9m，远高于湖区正常蓄水位387.0m，不会出现浸没影响。南营村以西为渭河一级阶地，高程390.6～392.4m，地下水埋深一般6.8～8.0m，地下水位383.8.9~384.4m。湖盆蓄水后河水位抬升约3.2~9.0m，堤内地下水位相应有所抬升。堤内水位抬升范围内地层为⑦层壤土，渗透系数K=3.46×10-4cm/s，呈弱透水性，湖水向堤内渗透水位可能性不大，堤内地下水位上升幅度有限，故不会出现浸没影响。

右岸地貌单元全部为渭河河漫滩，地面高程387.5~389.5m，地下水埋深一般9.5~9.6m，地下水位378.0~379.9m。堤内水位抬升范围内地层为呈中等~强透水性的⑤层砾石和③层细砂，湖水向堤内渗透水位可能性大，预测堤内地下水位上升幅度明显。预测右岸堤内会在新河河口两岸曹家滩、和兴堡以北，王道村、马家寨以西形成浸没影响区，该区域自坝址起长度约2.0km，宽度约1.5km。曹家滩以西段地面高程均大于389.5m，按农业区临界水位埋深判别，不会发生浸没影响。

根据以上分析认为：3#湖区蓄水后，对左岸堤内不会对堤内建筑物产生浸没影响。右岸自坝址起长度约2.0km，宽度约1.5km范围内可能发生浸没影响。

3.4蓄水区防渗方案确定

根据以上对各蓄水区地层的渗漏特征、侧向渗漏量及蓄水区两侧堤内可能产生的浸没范围的分析可见，各蓄水区湖底⑤层粉质粘土分布连续，可以形成底部相对隔水层。根据前节分析计算结果，对各湖区防渗方案作如下建议：

2#湖区左侧为中隔墙，不考虑防渗问题，右侧为南岸大堤，堤内不存在渗漏及浸没问题，考虑到蓄水后湖水可能会沿堤外河漫滩表层细砂层向下游渗漏建议对坝基截渗延长至一级阶地前沿。

1#湖区北岸南安村以上对应对二级阶地与漫滩接触带形成的渗漏天窗进行截渗；南岸3号桥以上段应对一级阶地与漫滩接触带形成的渗漏天窗进行截渗。

3#湖区北岸应对南营村以东二级阶地与漫滩接触带形成的渗漏天窗进行截渗；南岸全段进行截渗。

参考文献：

[1]陕西省水文一队，《咸阳城区水文地质工程地质综合勘察报告》，2001年8月。

[2]常士骠、张苏民等，《工程地质手册》，2007年2月。

[3] 童建平、周书明等，《咸阳市城区段渭河综合治理工程地质勘察报告》，2012年，5月。

作者简介：

张遇恒，1975年5月出生，2010毕业于中央广播电视大学土木工程专业，大学本科，工程师