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景泰川高扬程电力提灌工程勘察工作回顾(编写:安铭、刘建军,审查:梁宗仁)
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来源: 作者: 编辑: 阅读: 发布时间:2011-4-26
  1 工程概况

  景泰川电力提灌工程,是甘肃省目前最大的高扬程提水灌溉工程,兴建当时也是亚洲最大的高扬程大流量跨流域的电力提水灌溉工程。

  位于甘肃省河西走廊东部的景泰县,除最东边黄河沿岸的台地能引黄河水灌溉外,其他地区地表径流和地下水资源极为贫乏,地下水因地表径流条件差,补给来源不充沛,所以水量极少,埋藏深度在100米以下,近山麓地带多在30米以下。水质差,总矿化度为每升2.5~5克。灌区唯一的灌溉水源为黄河。在五佛乡,黄河多年平均流量是993秒立方米,年径流量为313亿立方米。由于地高水低,旱区土地高于黄河水面365米至460米,所以景泰县虽有黄河流过县境,却不能得黄河之利,长期受到干旱的严重威胁,成为甘肃中部最干旱的县份之一。与景泰县西临的古浪县,北靠腾格里沙漠与内蒙古自治区接壤,南倚长岭山和秦家大山,东接景泰县的黑山、大格达山,西至古浪县大靖镇以北的陈家湾。均为干旱型大陆性气候,雨量稀少,水资源缺乏,古浪县虽西部有古浪河,中部有大靖河,但因年径流量有限,90%以上耕地因长期干旱而处于低产状态。群众基本口粮全靠政府救济,生活极其贫困。

  为彻底改变这两个县的干旱面貌,于1969年决定兴建景泰川电力提灌工程。工程最早总体规划提水40m3/s,发展灌溉面积100万亩,分两期进行。

  建成的一期工程从景泰境内黄河左岸抽水,设计抽水流量10.56m3/s,总抽水扬程为444.64m,提水高度322.6m,干支渠总长177km,灌溉景泰县30.42万亩农田。自1974年景电一期工程建成后,效益逐年提高,灌区内粮食产量提高了10倍。全灌区植树1200万株,营造防护林带1400km,灌区范围的生产条件、生态环境及人民生活水平均有明显改善。使一片荒滩变成了粮丰畜壮,百业兴旺的绿洲。给景泰非灌区和古浪县的群众带来了脱贫的希望,因此古浪景泰两县群众纷纷要求尽快兴建景电二期工程。

  二期工程仍从距一期一泵站下游260m处的黄河左岸取水,设计抽水流量为18m3/s,总扬程721.88m,最大抽水高度为602m,兴建泵站30座,干支渠总长442.62km,发展景泰与古浪两县的农田灌溉50万亩。于1984年正式开工,1994年全面建成。

   

  2 勘察工作回顾

  2.1 景电一期

  景电提灌一期工程的勘察工作始于1969年3月,完成于1973年。

  初设阶段(1969年3月至10月)从冶金部西北勘探公司六队、地质部水文三大队、农建十一师勘测设计处、原水利厅设计院及河西建委等单位抽调人员组成勘测力量,与设计人员一起,选择总干线路。由于人员来自不同的单位,又急于工程设计,仅收集到原西北煤田局在条山、甘塘地区的1/20万地质填图资料,在此基础上,进行了总干渠的踏勘工作,大致了解了地区性的构造、地层概况。该阶段的地质工作,重点是地面地质调查为主,有限的勘探力量重点放在泵站,特别是一泵站,填制了总干渠1~4泵站1/2000带状地质图、1~4泵站1/500地质图和各建筑物相应的剖面和建材调查。于1969年10月完成了《景泰川电力提灌第一期工程初步设计地质勘察报告》。

  1969年10月后,设计转入技施阶段,技施阶段的地质勘察工作,由组建不久的景电指挥部地勘队(现设计院二分院地质队前身)承担,地勘队仅有地质人员11人,分别来自上述农建十一师勘测设计处、原水利厅设计院及河西建委以及将被解散的原水电部西北院和甘肃省水利学校。此时工程已动工兴建,面对工程紧、人员少,战线长、任务大的情况,确定了 “因地制宜、区别对待、集中力量、保证重点、以解决主要工程地质问题为主”的工作方针,在具体的工作方法上,首先集中力量调查好总干各泵站的地基地质情况,补充调查了砼粗细骨料、块石料等有关的建筑材料,,从而保证了各单项工程的按期施工。在完成各单项工程的主要地质工作后,配合施工,重点了解泵站、渠道、隧洞、渡槽的基础开挖,一面进行施工编录,一面及时发现施工中的地质问题,随时报告工区和部技术组,随时现场解决,使勘察工作基本满足了工程设计的需要。

   

  2.2 景电二期

  景电二期工程的勘察工作开始于1976年5月,当时按大方案(提水30 m3/s,灌地70万亩)进行,同时开始施工,完成了一泵站水下砼浇筑,二泵站基坑开挖,1~4泵间部分渠段开挖,于1977年缓建。限于当时“边勘测、边设计、边施工”的历史背景,勘察期间对灌区水文地质、渠道建筑物等的工作量较少,尤以岩土试验资料较缺乏。现方案又称中方案,于1982年~1983年完成初设勘察,83年下半年完成总干渠施工定线,于1984年7月正式开工兴建。支渠地质勘察在84~87年间陆续完成。

  在开始初步设计的勘察时,甘肃省地质局已陆续出版了工程区所在地区的1/20万景泰幅、大景幅、武威幅、永登幅区域地质图,这些资料从根本上解决了对工程区大的构造格局的把握,权威地统一了对工程区地层岩性的划分,对工程区工程地质分区和水文地质单元的划分有着重要的指导意义和实用性。其间适逢拨乱反正后的1978年,国家和行业的各种技术规程规范纷纷颁发,解决了以前来自各行业系统的人员执行技术标准不统一的问题,使技术工作有章可循,有据可查。在1982年4月重新启动二期勘察时,三总队地质队已发展到近30人,且大多是近年来补充的大中专学生,在工作中,以老带新,那时的人比较单纯,老同志悉心教导,新同志虚心学习,在工作和学习中,结下了淳朴的师徒情谊。基于当时良好的政治环境,稳定的技术队伍,齐备的勘测专业设置,当时较为先进的装备,加之人员的技术水平和敬业精神、工作态度和热情,在工作中严格执行规程规范,一丝不苟。所以,二期初设阶段的勘察工作非常扎实,特别是针对上次大方案勘察时遗留的问题,全面开展了灌区水文地质普查,加强了渠道及渠系建筑物的勘察,对N2粘土质粉砂岩及Q3PL黄土状土也较系统的开展了测试工作,取得了大量的勘察成果。主要成果有《甘肃省景泰川电力提灌二期工程的初步设计(中方案)地质勘察报告》,在成果审查时获得了专家的好评。

  施工地质工作自84年起,历时7年多。那时三总队设计人员已集中到兰州,勘测队伍整体迁徙到陇西,留下来做施工地质工作的同志在远离基地的情况下,克服困难,奔波在数百公里的线路和施工点上,主要进行了总干渠、南北干渠及渠系建筑物地质编录,泵站地质编录,其间结合设代工作,参与了开挖工程的地基验收,确定地基处理方案,进行地质咨询等。对施工中出现的或初设勘察中遗留的地质问题进行了补充勘察研究。先后提交有《3#隧洞风积沙冒顶段补充勘察报告》、《一~八泵站竣工地质报告(中间性资料)》、《泵站地下水侵蚀性评价及处理意见报告》、《黄土状土湿陷性评价报告》等,最终完成《甘肃省景泰川电力提灌第二期工程竣工地质报告》。

  1995年,省政府决定,利用景电二期工程的提水能力和工程资源,在二期工程灌溉供水的间隙,从总干末端的南北分水闸开始,延伸向民勤调水,每年向民勤红崖山水库计划调水6100万方,三总队的勘察队伍又开始了新的征程(民勤调水工程的勘察研究见另文)。

   

  3 工程地质条件概要

  工程区位于河西走廊东端黄河水系与内陆河水系交接地带。区域地质上处在祁连走廊过渡带向东转折部位,陇西系旋卷构造体系北侧两个褶带――古浪同心及乌鞘岭六盘山褶带之间。此带由一系列北北西向的褶皱及断裂组成,中新生代数条南北向断裂插入截接复合,形成数个断陷盆地,从东至西依次为芦阳兴泉、寺儿滩、草窝滩、白墩子滩、漫水滩、直滩、海子滩、羊胡子滩等盆地。这些断陷盆地因土地连片,地势平坦,土层深厚,土质肥沃、疏松,土壤属荒漠灰钙土,是良好的农业耕作地,其中芦阳、寺儿滩、草窝滩、白墩子滩(部分)为一期工程灌区,其他为二期工程灌区。

  景电工程区以乌稍岭余脉秦家大山、长岭山、大锥子山为界,以南为黄河流域,以北为内陆河流域。具体在灌区,即以草窝滩和白墩子滩之间的白墩子南山为界,此界线既是地表水分水岭,也是地下水分水岭。分水岭以南的山前平原和山间盆地(草窝滩、寺儿滩、兴泉、芦阳盆地)地下水又转变为沟谷径流和潜流,通过石门沟、刀楞山沟、芦阳沟排入黄河;分水岭以北,白墩子盆地是一个封闭的盆地,地下水从西南、西北、东南方向聚集到盆地中心溢出地表,蒸发排泄形成盐沼。白墩子以西的山前洪积倾斜平原和冲洪积平原(漫水滩、海子滩等)地下水由南向北流入腾格里沙漠。

  景电工程地跨景泰、古浪两县,地域辽阔,所经线路工程地质条件差异较大,工程区依其所处地质构造部位、地貌单元、所经地层岩性及其岩土工程性状,水文地质条件等因素,可综合划分为三个工程地质分区:

  坚硬岩石区:是景电工程(一、二期)从黄河取水后到灌区必须要穿越的褶皱断裂中山区~石门山、刀楞山山区,山区斜坡陡峻,沟谷深切。所遇岩性为前三叠系砂岩、砾岩、灰岩、粉砂岩等坚硬岩石。因其位于陇西系古浪~同心褶带隆起区,新构造运动强烈、地震活动频繁。一期总干一、三、四、五、六泵站和2#、3#、4#隧洞,二期总干渠一、四、七泵站和2#、3#、4#隧洞均处于该区。

  软弱岩石区:分布于石门山南北两侧的剥蚀倾斜丘陵区,基底为上新统砂砾岩、泥质粉砂岩和下更新统密实胶结半胶结的砂碎石等软弱岩石。一期总干二泵站和1#隧洞,二期总干二、三、五、六等泵站都坐落在该类岩石上,1#、5#、6#、7#、8#隧洞在其间穿过。

  松散土石区:分布于山前洪积倾斜平原、黄土丘陵、河谷平原及沙漠等地貌区。 土石岩性为砂碎石、黄土状土、砂壤土、砂土、风积沙等。多种成因的松散堆积物。一期工程渠系进入灌区后和二期干支渠泵站和除隧洞外的渠系建筑物大多坐落在这个区内。

   

  4 注重勘察研究的几个方面

  对景电二期工程的工程地质勘察研究,在按勘察规范全面进行的基础上,着重就区域稳定性问题、特殊岩土力学问题、风积地质作用,地下水的侵蚀性、以及水文地质预测等方面进行了重点的研究。

  1)区域稳定性的地质论证:结合夷平面与阶地发育的特点,重点研究了山区上升和平原下降的规律与特征;老断层的复活及第四纪断层的活动;配合兰州地震大队,论证了工程区的地震设防烈度。

  2)粘土质粉砂岩的工程地质特征研究:对位于石门山南侧作为总干二泵站中新统粘土质粉砂岩,因其有遇水膨胀崩解、失水干缩的水理性质,影响泵站及其他建筑物的安全。因此在工作中对其作了较为系统的研究工作,从研究其矿物成分和化学成分入手,对其物理力学性质及崩解泥化特征、变形特征进行了大量的试验研究,取得了很好的效果。

  3)黄土状土的工程地质特征研究:二期总干末端和南干渠等山前洪积波状平原广覆黄土,黄土因其湿陷性著称。在对其平面分布调查和地层剖面分析的基础上,对其成因、物质成分、物理力学性质、特别是结合施工设代对其湿陷性质特征进行了系统的研究,提出的工程处理方案,省工、省时、节约经费,经上水十多年的检验,证明是完全正确的。

  4)风积沙的工程地质研究:工程区北邻腾格里沙漠,风沙地质作用强烈,自总干一泵站起,就有零星风积沙分布,二期十三泵之后,固定、半固定沙丘发育,鸣沙嘴一带为流动沙丘。风积沙的有关问题有:风积沙对古地形的掩埋问题、风沙入渠问题、风积沙地基处理问题、风积沙边坡问题。工程中通过对风沙移动的动力因素分析、植被对沙丘移动速度影响的观测、风积沙天然休止角的调查,总结出了一套在风积沙渠段修建引水工程的工作方法,为后来的民调工程积累了经验。

  5)地下水对建筑物的侵蚀及处理:工程区干旱少雨,蒸发量大,地下水循环交替程度较差,排泄不畅,所以地下水矿化度高,据水质分析资料,其对普通水泥有硫酸盐性侵蚀,个别有溶出性侵蚀。针对这种情况,在施工阶段,在全面摸清地下水水质水量和预测工程修建后水质水量变化的基础上,提出了“截、排、护、抗”的四字方针,有效地防治和减少了地下水对建筑物的侵蚀性危害。

  6)灌区盐渍化问题:工程兴建运行后,大量提引黄河水进入灌区,地下水补给量骤增,打破了原有的地下水均衡,加之排泄通道不畅,必然会引起地下水位的上升和水质的变化。这种变化对大都是半封闭、封闭盆地的灌区(如草窝滩、白墩子滩)来说,地下水位上升的直接后果就是先从地下水溢出带形成盐池,再向四周扩展,盐渍化问题就会越来越严重。对地下水动态和灌区盐渍化预测是一个复杂困难的工作,要有常年的灌区运行记录和地下水观测资料和必要的渗流场试验资料。在工程运行初期,在白墩子滩、羊胡子滩进行了探索性预测研究,取得了初步的成果。

  从1969年开始至今,景电工程的勘察历经我院三代勘测人的努力,积累了大量的资料,这些资料现在还在为保证工程的正常运行和工程的延伸拓展发挥着作用,为大型的高扬程提水灌溉工程的勘察积累了一定的经验。
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