2018南水北调最新消息【南水北调中线天津干线工程对沿线地下水环境影响】

　　doi:10.3724/SP.J.1201.2012.01006 　　 　　摘要：在南水北调中线天津干线的工程实践中，为了保证工程施工的安全与便捷，采取了地下水降水工程措施，该工程建设对于原来的地下水环境产生了很大的影响。通过对干线箱涵所经过区域的地质构造、地层结构、水文条件的分析，指出地下水高于箱涵底板高程的区域，探讨了箱涵建设与地下水之间的相互关系,分析和评价箱涵施工降水以及今后运行时对相应区域地下水环境的影响，提出优化施工降排水的结构和型式以及强化运行管理的策略和建议，来缓解对区域水环境产生的影响。对未来同类工程的建设和运行提供新的思路，对可能发生的同类工程的施工提供借鉴。�
　　关键词：南水北调中线工程；天津干线；箱涵；水文环境；施工降水；混凝土；推土机；水文观测�
　　中图分类号：TV68;X523 文献标识码：A 文章编号：
　　1672-1683（2012）01-0006-05�
　　Effects of Tianjin Trunk Route of the Middle Route �of South-to-North Water Diversion Project on Regional Groundwater Environment�
　　XIAO Zhi-he�1,LI Tao�2�
　　(1.South-to-North Water Ministry With Construction and Management of TianJin,Tianjin 300134，China;�2.Tianjin Water Survey and Design Institution,Tianjin 300204，China)�
　　Abstract:In order to ensure the safety and convenience of the engineering construction,the groundwater dewatering method is used in the practice of the Tianjin trunk route project,which has great influence on the original groundwater environment.In this study,the geological structure,stratigraphic structure,and hydrological conditions of the area where the box culverts pass are investigated.This paper points out the area where groundwater level is higher than the bottom elevation of the box culvert,and discusses the relationship between the box culverts and groundwater.In addition,the potential effects of the construction dewatering of the box culverts on the regional groundwater environment are analyzed and evaluated,and the suggestions and strategies are proposed to optimize the structure and type of the construction dewatering and to strengthen management,which can be used to deal with the potential impacts on regional groundwater environment.This study offers new ideas for the development and operation of similar projects in the future,and provides the suggestions and references for the construction of these projects as well.�
　　Key words:Middle route of South-to-North Water Diversion Project;Tianjin trunk route;box culverts; hydrological environment;construction dewatering;concrete;bulldozer;hydrological forecast
　　
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　　 南水北调中线天津干线工程于2009年7月开工建设，该工程采用地下箱涵型式铺设，为长距离线性工程。在施工过程中需进行长距离的土方开挖，开挖深度较大，局部开挖深度达10 m左右，属于深基坑开挖。在干线的中下游部位，箱涵的设计底高程低于地下水位，为了工程施工顺利与便捷，需要对高于箱涵底高程的地下水区段进行降水，使降水后的地下水位低于箱涵底板高程0�5 m，局部地段的降水高差达8 m。施工期内基本要持续降水直至上部土方回填完成，降水周期较长，降水量较大，是一项重要而艰巨的任务；人工降水无疑会给当地的地下水环境和区域地下水产生次生影响，直接关系到当地老百姓的农田生产、生活用水、等重大的民生问题。本文以天津干线工程为例，探讨施工降排水和工程运行对区域水环境的影响，做出相应的评价并提出解决问题的方法和建议。 �
　　1 工程概况�
　　南水北调中线一期工程天津干线西起河北省徐水县西黑山村西北［1］，东至天津市外环河曹庄泵站，途经河北省、天津市的11个区县到达天津，全长155�352 km。天津干线工程共分为6个设计单元，分别为西黑山到有压箱涵段，保定市1段，保定市2段，廊坊市段，天津市1段，天津市2段详见图1。干线基本呈自西向东展布，工程起点高程约65�00 m，终点高程约0�00 m，总体高差65�00 m。全线采用现浇钢筋混凝土无压箱涵接有压箱涵全自流结构设计，基本上能实现从西黑山进口闸到天津外环河出口闸的自流引水方案。�
　　天津干线工程区属于温带大陆性季风气候区，春季干旱多风沙，夏季炎热降水集中，秋季日照长，冬季严寒少雨雪［2］。多年平均气温12�2 ℃，全年1月份平均气温最低，极端气温-28�2 ℃，7月份气温最高，月平均气温26 ℃，极端高气温41�3 ℃。多年平均降水量为510 mm，多年平均蒸发量1 000~12 000 mm。
　　
　　 根据大地构造分区，天津干线位于中朝准地台［3］（Ⅰ级构造单元）之中，干线首部约25 km段位于山西断隆（Ⅱ级构造单元）内，中、东部约125 km段穿行于华北断拗（Ⅱ级构造单元）［4］。主要位于地震动峰值加速度为0�10 g、0�15 g的区域，相应地震烈度7级，部分位于地震动峰值加速度为0�20 g的区域，相应地震烈度8级。�
　　2 工程区地质条件�
　　天津干线工程的地质勘探工作揭露了工程区内主要的地层结构和构成［1］。除了其西部丘陵区局部有蓟县系、青白口系地层出露或浅埋外，其余地段分布的地层均为第四系松散堆积物。主要的地层结构为第四系的上中下三段的冲积层、河湖冲积层和海相沉积层的成因。其主要的地层结构如下。�
　　2.1 全新统上段（Q�4�3）�
　　人工堆积（rQ）：岩性以壤土、砂壤土为主，夹少量黏土。主要分布于人工渠道两侧堤岸及路基等。�
　　冲积（alQ�4�3）堆积：岩性以黄褐色、灰黄色壤土、砂壤土为主，黏土和淤泥质黏土次之，底部有时出现粉砂层。在第一设计单元中可见局部地区分部有失陷性黄土分部。在桩号XW90+400～XW131+360普遍分布砂壤土，仅局部分布淤泥质黏土和壤土透镜体。透水性基本为弱透水性。�
　　2.2 全新统中段（Q�4�2）�
　　湖沼（l+hQ�4�2）堆积：由灰黑色、灰绿色、灰黄色等黏土、淤泥质黏土组成，局部含锈斑及有机质，可见小的平卷螺和尖脐螺。在廊坊市段及下游分部较广。本层中部有厚度约0�5 m左右的淤泥质黏土层分部，上下两层为黏性板层，透水性差，为极微到微透水性。�
　　浅海（mQ�4�2）堆积：由灰色、浅灰色壤土组成，含有机质及贝壳碎屑，具有微细层理，个别夹砂壤土薄层，厚2 cm左右。局部有黏土和砂壤土透镜体。该层主要分部在廊坊市段下游和天津市1段、2段。透水性为微透水性到若透水性。局部地域分部有粉细砂层，透水性较强，为中等透水性。 �
　　冲积（alQ�4�2）堆积：上部以灰黄色-黄灰色壤土、砂壤土为主，黏土次之，含锈斑，局部含钙质结核，下部间断出现较连续砂层，该层主要分部于廊坊市段之前的几个设计单元。为弱透水性。�
　　2.3 全新统下段（Q�4�1）�
　　冲积 (alQ�4�1)堆积：勘探深度范围内以浅黄、桔黄色壤土、黏土为主，局部夹砂壤土、砂土透镜体。在廊坊市段之前的几个设计单元中较为常见。为微到弱透水性。�
　　天津干线的箱涵位置主要位于全新统中段的l+hQ�4�2和mQ�4�2层，部分地段的箱涵底板位于全新统下段alQ�4�1层。箱涵主体两侧的地质层条件多为第四系的黏性土和少黏性土，孔隙率较小，地下水通道关联度低；局部地段为第四系的无黏性土，孔隙率较大，地下水关联度大。�
　　3 工程区水文地质�
　　3.1 工程区水文条件�
　　根据国家地震局地质研究所1997年4月编制的《南水北调中线工程黄河以北区段环境水文地质评价及预测研究》报告，将天津干线划分为两个水文地质段。�
　　① 西黑山-辛许庄松散冲积砂性土中等富水段。本段地貌单元属冲洪积扇的前缘地带，地势平坦宽阔，地下水位埋深浅且变化不大，埋深4�0~6�0 m。含水层主要是第四系全新统（Q�4）冲积砂壤土、粉细砂，透水性较差，富水性中等，渗透系数2�88~5�28 m/d。�
　　② 辛许庄-大卞庄（天津外环河）冲湖积黏性土弱富水段。分布于冲积、湖积、海积形成的海陆交互相低洼平原松散土层中，地下水位埋深变化大，寺上村以西，埋深5�0~14�0 m，寺上村以东埋深 0�5~1�5 m。含水层多为冲积壤土夹粉细砂透镜体和湖积黏性土，透水性差，渗透系数�0�046~�2�65 m/d。�
　　天津干线工程区地下水按赋存条件分为基岩裂隙水和第四系孔隙潜水两种类型，前者分布于渠首不足1�5 km范围内的丘陵区，该类型地下水埋深均大于20 m，主要赋存于白云岩、砂页岩等裂隙中，对工程影响不大。后者普遍埋藏于广阔平原区。天津干线内第四系孔隙潜水分布范围较广，约占干线长度的98 %以上，主要赋存于第四系全新统地层中，以砂类土为主要含水层，黏性土次之。�
　　天津干线地下水埋深受地形地貌、人工开采及地表水体控制，地下水流向趋势为由北西向南东，几乎与天津干线轴线正交。�
　　3.2 工程区地下水位与箱涵底板之关系�
　　从地下水位与箱涵底板高程［5］变化示意图（见图2）以及对未来若干年地下水位计算和预测的结果来看：1995年的地下水位是多年来的历史高水位，因此从对工程安全角度考虑，南水北调中线一期工程天津干线地下水位，采用近10年高水位期1995年4月的地下水位。从廊坊市段桩号XW82+600到天津干线终点这一段的地下水位均高于箱涵底板。近10年低水位期2004年4月观测的地下水位及未来地下水位在桩号XW100+000～XW131+360段亦高于箱涵底板。�
　　当地下水位高于箱涵底板时，箱涵建成后将切割由北西向南东流向的地下水，从而造成箱涵左侧地下水位抬高，产生壅水现象。
　　
　　4 工程实施对区域水环境产生的影响�
　　4.1 工程施工时对区域水环境的影响�
　　据本区多年的水文资料及勘测资料，本区自桩号XW100+000~XW131+360段的地下水位高于箱涵顶板，在施工时需进行工程区降水，在降水过程中人为产生降水漏斗使临时水位埋深低于箱涵建基面以下0�5 m，以保证干场施工。�
　　根据工区不同部位采用双侧或单侧打降水井［6］用潜水泵人工抽取形式进行。由于降水漏斗要包括整个箱涵，故降水漏斗宽度需大于15 m，降水高差在5~10 m，如此大的降水漏斗在空间要沿箱涵展布方向连续分布，才能满足施工降水的需求。�
　　工程施工时，大量的地下水被抽取出来，在地下产生一条人为的空水带，对地下水的连通和水环境的动态平衡产生了重要影响，使得原先的饱和无黏性土和饱和少黏性土中的空隙水排出、孔隙水消除，由此产生边坡土体和近箱涵底部土体的孔隙水压力逐渐消散，土体产生固结。对于局部地区分布的饱和黏性土也由于长时间的降水，使得孔隙水排除。这样就在近地表12 m范围内打破了原来水系之间的相互补给及动态平衡，使得表层土壤性质发生改变，对于附近农田及居民自然取水产生直接影响（见表1）。例如：河北省永清县渠头村村民在天津干线施工之前使用传统的手压泵进行取水，进行生产生活的，在天津干线施工时，村民们早先使用的手压泵已经不能取到水了，要使用深井取水才能进行生产生活。�
　　另外，工程降水过程中抽取的大量地下水要排离施工区一定的距离，这些水的排放及渗透，使得局部区域地下水位明显升高，原本干涸的沟渠突然出现了水量。原本大气降水和地表蒸发的动态平衡被打破，过多的地下水浸泡了较低的地表土壤。对一定范围内的土壤性质和地下水环境产生明显的影响。�
　　
　　 例如：河北省永清县区内的龙江渠和王泊排干早先已经干涸，现如今随着天津干线施工降水的排放原先干涸的渠内又充满了河水，然而等施工结束之后，这些河水还会再次退去，造成上部土壤的盐渍化。而恰恰相反，位于天津干线以南的其他地方，以前河道里是有很丰富的地下水的，现如今却已经干涸。这样的影响会持续整个施工过程，并延续至施工结束后的较长一段时间。�
　　降水井结束降水之后，地下水补给会慢慢恢复，但要使已经固结的黏性土和少黏性土重新达到饱和状态需要比原本形成的降水漏斗更多的时间，如果遇到降水不足的年份时，恢复的时间要更长一些，由此而产生地下水动态不连续问题将直接影响区域地下水环境。同时下游原本已经充裕的地下水位要逐渐降低，部分富水地区由于地下水位下降、土壤蒸发量相对加大，可能产生一定土壤盐渍化现象。�
　　4.2 工程运行时对区域水环境的影响�