多期次工程叠加扰动下海东黑家邑地区地下水渗流场演变

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随着全球人口与经济的快速增长以及气候的变化,各地区水资源分布不均匀以及水资源短缺的现象已经成为经济和社会发展中急需解决的问题之一,兴建跨流域或跨地区的引水工程已经成为解决这一问题的有效途径。在我国西南岩溶区,引水隧洞作为地下线性建筑物赋存于地质体中,在其开挖过程中,会揭露各种地层、破坏含水或潜在含水围岩,改变地下水流场,使得地表井、泉出现干枯的现象。隧洞开挖后,地下水不断排入隧洞,受扰动范围内地下水的渗流方向、岩土体的渗透性、地表水及地下水的径流都将发生一定程度的改变,因此,评价和预测隧洞建设对地下水环境造成的影响程度已经成为了重大工程建设前必不可少的重要程序。论文以海东黑家邑地区多期工程叠加所引发渗流场演变为题,在深入调查研究区地质环境条件、岩溶水文地质条件的基础上,对“引洱入宾”工程(1987年)、“北干渠”工程(2006年)、滇中引水工程海东隧洞黑家邑段(2018年)主要发生的工程扰动进行了定性分析;利用丰富的现场调查、勘测资料,系统研究了黑家邑地区含水层空间结构及边界条件,依据289段钻孔压水试验厘定了参数取值,建立了三维渗流场数值模型,运用Modflow软件反演、预测了各个阶段引水工程隧洞修建对地下水环境造成的影响,获得主要结论如下:(1)反演原始状态下地下水流场情况1987年以前,研究区为未进行任何工程施工的原始状态,主要以马头山—老太箐岩溶水系统为主,其青山组地层富水性强且岩溶发育较高,在受到大气降雨的补给后,经岩溶洼地、漏斗、落水洞、暗河等进入岩溶管道系统,顺断裂带进行运移,主要向西侧洱海和东侧瓦溪河方向进行排泄,其中黑家邑自流井(水位2000 m)、老太箐水库(水位2080)均为研究区主要的排泄点。受区内地形地貌、含水岩组分布及构造发育等条件控制,研究区地下水水位总体呈北高—南低的趋势,其水位介于22801980 m之间。原始状态下“引洱入宾”工程区地下水水位介于20002100 m之间;“北干渠”工程区地下水水位介于20002050 m之间。(2)反演“引洱入宾”工程实施对地下水渗流场的影响。1987年以后,“引洱入宾”工程隧洞以大约1945 m的高程穿过富水性强且岩溶发育较高青山组地层,造成地下水被隧洞袭夺,成为了研究区南侧最低排泄基准面。研究区地下水总体水位介于于22801940 m之间,位于可溶岩与非可溶岩断层带处老太箐水库水位由原来2080 m下降到1980 m,导致其干涸,最大影响范围为3000 m,地下水最低水位降至1950 m左右,由于存在莲花曲组相对隔水层的阻隔作用,北侧黑家邑承压自流井无论井口还是补给区域均位于隧洞影响范围之外,未受“引洱入宾”工程隧洞施工影响。(3)反演“北干渠”工程实施对地下水渗流场的影响。2006年以后为“北干渠”工程实施地下水渗流场,该工程起于“引洱入宾”出水口,以大约1930 m的高程穿越富水性较弱且透水性弱玄武岩组,与“引洱入宾”工程隧洞成为研究区南侧最低排泄基准面。研究区总体水位介于22801940 m之间,而该工程隧洞最大影响范围为1000 m,地下水水位降为1950 m左右,靠近隧洞的西村水塘由原来的1890 m下降到了1870 m,导致其干涸。(4)预测滇中引水工程海东隧洞黑家邑段施工排水对渗流场的影响。2018年以后,滇中引水工程海东隧洞黑家邑段以西北—东南向切割马头山—老太箐岩溶水系统,施工中的隧洞会成为新的排泄基准面,而南侧区域内的地下水继续由原排泄基准面“引洱入宾”隧洞、“北干渠”隧洞排泄。该工程两侧影响半径约为500-1100 m,地下水最低水位降至2000 m左右。其中3#支洞施工施工最大影响范围为300 m,地下水最低水位降至2000 m左右;4#支洞施工支洞的施工最大影响范围为300 m,地下水最低水位降至2000 m左右;5#支洞由于马头山青山组(D1q)地层岩溶较发育,而该支洞出口的地下水位已接近隧洞底板,故其周围地下水位变化不明显。由于存在莲花曲组相对隔水层的阻隔作用,其东北侧距3.8 km的黑家邑自流井没有出现衰减、流量下降的趋势,工程实施对其无影响。(5)预测滇中引水工程海东隧洞黑家邑段完全封堵条件下渗流场恢复情况2026年以后为滇中引水工程海东隧洞黑家邑段完全封堵条件下渗流场恢复情况,工程封堵1年后隧洞进口处水位已恢复约50150 m;封堵3年隧洞进口段渗流场迅速恢复,区域基本恢复到现状状态的80%,封堵5年后渗流场基本恢复到“北干渠”工程实施后的现状状态。
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