胶莱人工海河防渗结构型式的初步设想

田志刚   李福林   安学军   韩仲凯

（山东省水利科学研究院，济南，250013）

摘 要：胶莱人工海河的开通，不仅可以增加莱州湾和胶州湾的水体交换、改善渤海湾的水质，同时还可实现万吨级货轮通航，带动河流两岸旅游和房地产业的发展，具有巨大的环境、经济和社会效益。但毋容质疑，也必将带来很大的负面效应，尤其重要的就是有关海水入侵将造成沿岸地表水系和地下水的危害。本文通过对胶莱海河结构形式的探讨，提出解决海水入侵问题的“淡水帷幕和工程帷幕相结合”的防渗方案，供大家讨论。

关键词：海水入侵  淡水帷幕  防渗结构

1.问题的提出

2006年8月1日至5日，我们参加了由中国老教授学会青岛海洋分会组织的胶莱海河实地考察，实地走访了胶莱河所流经的县市。每到一处进行讨论时，当地人们都认为是件好事，但当地群众最担心的就是海水入侵问题。

的确，胶莱海河修通以后，河流两岸将变成海岸线，海水将沿海河入侵到内地，破坏地下水，造成土地盐碱化，对农业生产和人畜饮水构成威胁。特别是在大潮到来时，河水位抬高，海水将沿内河支流上溯，侵入农田，污染地下水，破坏沿线水源地，造成更大的危害。因此，海水入侵问题能否有效解决，将是整个项目成败的关键。

但我们可以利用现有的科学技术手段和工程技术手段解决这个问题。所采用的工程技术手段要保证能够可靠地、有效地解决问题，而不能有不确定的因素。因为工程一旦实施，海水入侵的防治效果如果不理想，造成的损失将不可挽回。

2 防渗的初步方案设想

为了有效解决海水入侵问题，保证人工海河在建成后不改变两岸地下水原状，不破坏原有水系（包括地表和地下），不能只依靠防渗工程，必须同时采取相应的水工结构形式，以解决海水入侵问题。

2.1现有防渗技术的分析

现有防渗工程技术一般采用以下几种方式：地下混凝土连续墙、高喷成墙、连桩成墙、帷幕灌浆、垂直铺塑、深层搅拌桩成墙、插板成墙、振动沉模等几种方法，可以根据不同的地层条件和防渗要求，采取不同的防渗方式。但以上几种方法均存在搭接和入岩问题。

一般的做法是沿海河两岸设防渗墙，墙体进入到不透水层，切断海水渗入通道。这个设计方案要求满足以下两个要求：一是要求防渗体本身渗透系数足够小，比如小于1×10^-7cm/s，材料强度足够大且耐老化，防渗体的连接部分要求连接良好，不能有“天窗”、“口子”；二是要求防渗体要能够完全插入到不透水层中，不能形成悬挂。但是，在两岸260Km长度的防渗体上，要完全满足以上两点是有很大难度的。而且防渗体是地下工程，施工质量难以控制，施工完毕后难以进行质量检测。一旦监测到出现海水入侵，必将造成灾难性后果，而且难以查明渗漏点，修复困难。

同时，海河有多条支流，海水将沿支流上溯，而沿支流河道的两岸进行防渗，工程量大，问题很多，难以实施。因此，单纯采用防渗体解决海水入侵是不能满足要求的。

2.2设计思路

 要彻底解决海水入侵问题，必须突破以往“堵”的思路，进行结构形式的创新改变。

我们的基本设想是：在胶莱河原有河道基础上加深，形成主河道，连接莱州湾和胶州湾，河道内主要蓄存海水，供两湾海水交换和通航；同时，在主河道两侧修建副河道，蓄存淡水，在支流入胶莱河河口处修建河口水库、在两岸低洼地修建平原水库，副河道与河口水库和平原水库串接起来，形成与主河道平行的淡水水系，保持淡水水位高于胶莱海河的水位。由于地下岩层存在一定的渗透性，在辅以必要的防渗工程和控导工程条件下，只要保持住一定的淡水与海水的水位差，在水压力的作用下，可以形成“淡水压力帷幕”，可以保证海水不会入侵到内陆。我们称之为“淡水帷幕和工程帷幕防渗相结合防治海水入侵”的设计方案，如图1所示：

图1a 海水入侵防治方案设计平面示意图

图1b海水入侵防治方案设计断面示意图

2.3基本设计内容

2.3.1主河道

主河道为海河河道，连接两个海湾，主要承担通航海运、两湾海水交换等作用。河道宽度L₁=500米，水深H₁=10米，正常水位为两湾的海平面水位。 主河道内主要为海水，并承接部分两岸下泄的洪水。

2.3.2副河道

在海河的两侧，修建副河道，河道内为淡水，宽度为L₂=100米，水深H₁=8米，水位高于海河水位2米。淡水的来源是胶莱河所控制流域内的由大气降水形成的雨洪水、河流等天然径流。

内陆河流与副河之间通过控制闸连接，控制闸的作用是拦截两岸的径流进入副河道。

主河道与副河道之间，设置双向控制闸门，一方面控制主河道海水上溯，另外一方面，排泄副河道中的多余洪水。

2.3.3隔墙（工程帷幕）

在主河道与副河道之间，采用混凝土墙体（或其他材料的墙体）将海水和淡水隔开，混凝土墙体深入到基岩，将海水的主要渗透通道截断。隔墙的另外一个作用就是当丰水年份洪水来临时，超过水库可调节的能力，多余水通过墙顶溢出到主河道中。湾口和交通干道处直接采取刚性防渗工程。

2.3.4 河口水库和平原水库

由于开挖海河会有大量的弃土或块石，这些弃土的存放将是一个很大的问题。可以在合适的位置，利用这些弃土修建平原水库和河口水库。水库的水源来源于大气降水，可以将海河所控制流域面积内的多余水量通过一定的措施存放在水库中，水库的闸口和外河相连接，通过闸门的控制，保持内河的水位。当洪水超过水库的调节能力时，可以通过隔墙将多余的水溢流到主河道中。

可以通过水文计算，确定平原水库的数量和库容。随着技术的进步，平原水库的有效库容与占地面积的比值也在加大。

由于山东、特别是胶东半岛缺水严重，洪水利用课题也在研究之中，在修建胶莱运河的过程中，可以结合工程要求，充分利用洪水资源，增加当地淡水资源。

2.3.5副河道两侧防渗体

在渗透系数较大的地层，为了防止内河的水渗向内陆，最大蓄存淡水水量，在内河的外侧，设置一道防渗体，只要插入相对不透水层即可。这样可以减少渗漏量，节约淡水用量。防渗体形式不一定全部采用刚性工程，根据地层情况可以采取垂直铺塑等方式，节约经费。

2.3.6 挡潮闸

在修建主体建筑物的同时，还需要修建一系列的控制性的水工建筑物。在河口修建挡潮闸，在遇到大风暴潮时，拦截风暴潮水，防止海河水位暴长超过挡墙高度，进入副河道。

2.4海河各重要参数的选择

以上各参数是假设的参数，参数的选择是在大量的调研、勘察、试验、比较、设计的基础上，经过科学论证而确定。主河道的水位一般应选择海平面的水位，以减少人工干预。副河道的水位应根据渗流弥散计算和试验确定，以能够形成向主河道单向渗流为最低水位。主、副河道的宽度应根据要求的水的交换率、通航、造价等各方面的因素综合考虑。

至于上述方案中，淡水帷幕水位差多大可满足海水入侵防治要求，工程帷幕的参数如何选取，可以通过渗流弥散计算和试验来确定。由于未进行详细论证、试验，上述有关海河建筑物的结构尺寸均为假设条件。

3.该方案的优点及存在问题

3.1优点

3.1.1可以将主河道的海水限制在原胶莱河河道之中，切断和内陆水系的联系，副河道和主河道之间的水位差可以使海水不向内陆渗透。从而保护地表和地下水系。

3.1.2 利用弃土修建河口水库和平原水库，可以同时施工，节约部分施工经费，也可以解决弃土存放问题。

3.1.3 利用洪水资源，减少地下水的开采量，所修建的水库除补充副河需要外，可以作为周围城镇稳定的水源。

3.1.4 由于副河道为淡水，原河岸生态将不受到破坏。

3.1.5 海河以及附属河道建成后，将形成非常壮观的水景观，胶莱河将变为流动的河、繁华的河、美丽的河。

3.2存在问题

3.2.1水的保证率：一旦遇到特大干旱年份或连续干旱年份，降雨少，如何解决淡水短缺问题。可列专题进行雨洪水可利用水量计算研究和设计，以满足要求。

3.2.2 占地：修建副河道及平原水库将增加占地面积，需进行工程效益分析。

3.2.3 造价：该方案的造价可能较高。

3.2.4 防汛：由于内河与主河道分开，在汛期将加大防汛压力。

4结束语

胶莱人工海河的修建将是一项重要的、永久性的工程，地域格局及经济格局都将发生重大的变化，如果海水入侵的问题不能彻底解决，所造成的结果将是灾难性的，是无法补救的。本文仅就这个问题提出一个解决方案，并未做详细的计算和分析，也未做经济可行性分析，仅供大家讨论，不当之处请批评指正。希望能够为胶莱海河的论证工作提出一条新的思路。