农业区水库浸没风险分级方法与流程

1.本发明涉及水利水电工程勘察领域，更具体地说它是一种农业区水库浸没风险分级方法，更具体地说它是建立在农作物生长和水库浸没原理基础上，科学合理地确定不同风险级别的临界地下水位埋深，准确评定农业区水库浸没风险级别的一项新方法。


背景技术：

2.水利水电工程建坝成库，水库蓄水会影响周边地下水状态，导致库周地下水位抬升，对农业区作物生长、农业生产不利，上述水库浸没引起的次生灾害往往是水利水电工程水库区主要工程地质问题。尤其对于宽谷型或平原型水库，发生浸没的范围面积较大，相应处理方案及其处理费用影响着工程决策，水库浸没问题将更为突出，浸没评价成为水库工程地质勘察的重要工作。
3.目前，水库浸没评价是依据水利、水电两行业相关规范规程进行的，将满足一定条件的区域划定为浸没区，对浸没区采取无差别的处理措施会增加大量工程投资造成浪费。因此规范规程也指出，当浸没区面积较大时，宜进一步分为严重和轻微两种浸没区，但并未规定相应的划分方法，不具操作性。
4.对农业区水库浸没风险分级方法，相关研究成果较少。一些单位和技术人员在水利水电工程地质勘察实践中，按浸没影响程度或分为严重、轻微两级，或分为严重、中等、轻微三级，级别划分比较混乱。同时，各级风险浸没的临界地下水位埋深取值有的未基于农作物生长和水库浸没的科学原理，如将农作物根系层厚度作为严重浸没的临界地下水位埋深；有的取值在具体应用中难以把握、操作性差，如将土壤毛管水上升高度上下某不定范围作为中等浸没的临界地下水位埋深。
5.因此，必须研究一项新方法对农业区水库浸没风险级别进行划分，方法必须建立在科学原理基础上才能保证划分成果的准确性、可靠性，并需在实践中方便应用、具较强的操作性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了提供一种农业区水库浸没风险分级方法，在农作物生长和水库浸没原理基础上，科学合理地拟定不同风险级别的临界地下水位埋深，准确评定农业区水库浸没风险级别，具有易于操作、成果准确、合理地分级处置以节省投资的特点；克服了现有技术级别划分比较混乱，各级风险浸没的临界地下水位埋深取值有的未基于农作物生长和水库浸没的科学原理，取值在具体应用中难以把握、操作性差的缺点。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：农业区水库浸没风险分级方法，其特征在于：包括如下步骤，
8.步骤一：获得农业区土壤毛管水上升高度和农作物根系层厚度；
9.步骤二：确定农业区各级风险浸没的临界地下水位埋深；
10.步骤三：获得水库蓄水后地下水位埋深；
11.步骤四：评定农业区水库浸没风险级别。
12.在上述技术方案中，步骤一中，土壤毛管水上升高度hk根据在野外条件下实测的土壤饱和度与适宜农作物生长的土壤饱和度两者之间关系获得；土壤毛管水饱和带中农作物根系呼吸不畅、不利于其生长；
13.农作物根系层厚度
△
h一般与农作物种类有关，可通过当地农业科研单位或当地生产实践经验获得，也可通过田间试验观测获得。
14.在上述技术方案中，步骤二中，农业区各级风险浸没的临界地下水位埋深与土壤毛管水上升高度hk、根系层厚度
△
h有关，发生低风险浸没的临界地下水位埋深为hk
△
h，发生中风险浸没的临界地下水位埋深为hk
△
h/2，发生高风险浸没的临界地下水位埋深为hk；本发明将水库浸没风险分为低、中、高这三级，级数合适，若级数过多则难以把握，若级数过少则达不到分级处置节省处理费用的目的；经工程实践表明，这种风险分级方法及根据不同风险进行的差异化处理措施合理、经济；
15.土壤毛管水上升高度与根系层厚度之和为h
cr
，即h
cr
＝hk
△
h，h
cr
既是发生低风险浸没的临界地下水位埋深，也是发生浸没的临界地下水位埋深。
16.在上述技术方案中，步骤三中，水库蓄水会影响周边地下水状态，随水库水位抬升导致地下水位上升，地下水位埋深减小；可根据稳定流或非稳定流渗流模型，通过计算获得水库蓄水后地下水位埋深h。
17.在上述技术方案中，步骤四中，根据水库蓄水后地下水位埋深h与各级风险浸没的临界地下水位埋深的关系，将农业区水库浸没风险分为高、中、低三个级别，具体评定如下：
18.当h≤hk，属高风险浸没，在高风险浸没农业区，农作物根系均在土壤毛管水饱和带或地下水中，农作物不能生长，地面沼泽化不适宜耕作；
19.当hk＜h≤hk
△
h/2，属中风险浸没，在中风险浸没农业区，农作物根系大部分在土壤毛管水饱和带中，农作物严重减产、绝收；
20.当hk
△
h/2＜h≤h
cr
，属低风险浸没，在低风险浸没农业区，农作物根系少部分在土壤毛管水饱和带中，农作物生长不良、减产；
21.当h＞h
cr
时，不会发生水库浸没。
22.本发明具有以下有益效果：
23.(1)选择h
cr
为(hk
△
h)、(hk
△
h/2)、hk分别作为农业区不同风险水库浸没临界地下水位埋深值，既是建立在农作物生长和水库浸没原理基础上，又与生产经验、实践检验相符(本发明实施例中的水库浸没风险分级结果与水库蓄水后观测、监测资料基本一致)，科学合理；
24.(2)通过确定不同风险级别的临界地下水位埋深将农业区水库浸没风险分为高、中、低三个级别，分级方法易于操作，填补了现行水利、水电行业规范规程相关技术空白，也便于对浸没灾害按不同风险级别采取差异化的处理措施，可以在保证安全的前提下节省大量工程投资。
附图说明
25.图1为本发明农业区水库浸没风险分级示意图。
26.图2为本发明的工艺流程图。
27.在图1中，a表示农作物根系层；b表示土壤毛管水饱和带；c表示农作物根系层；d表示土壤毛管水饱和带；f1表示地面线，f2表示水库蓄水后地下水位，f3表示发生低风险浸没临界地下水位埋深位置，f4表示发生中风险浸没临界地下水位埋深位置，f5表示发生高风险浸没临界地下水位埋深位置。
28.图1中，hk为土壤毛管水上升高度，即土壤毛管水饱和带厚度，单位为米；
△
h为农作物根系层厚度，单位为米；h
cr
为发生低风险浸没的临界地下水位埋深或发生浸没的临界地下水位埋深，单位为米；h为水库蓄水后地下水位埋深，单位为米。
具体实施方式
29.下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
30.本发明中对水库浸没风险进行分级，同时确定与风险分级的地下水位埋深临界值。同时明确了地下水位埋深临界值，与毛管水上升高度有关。本发明根据确定的水库浸没风险等级针对性地对不同区域进行处理，如，对高风险浸没区采取垫高复垦或土地征用处理等，对中风险浸没区采取开挖排渗沟处理等，对低风险浸没区采取观测、监测措施等，成本低、效率高；克服了现有技术对水库浸没面积进行全部统一处理，成本高、效率低的缺陷。
31.本发明中采用的毛管水上升高度计算方法为现行技术标准规定的方法。
32.实施例
33.现以本发明试用于某中线水源丹江口水库工程为实施例对比本发明进行详细说明，对本发明应用于其它区域的农业区水库浸没风险分级同样具有指导作用。
34.参阅附图1知：本实施例农业区水库浸没风险分级方法，包括如下步骤：
35.步骤一、水库可能浸没区主要分布粉质壤土和粉质黏土；
36.土壤毛管水上升高度hk根据在野外条件下实测的土壤饱和度与适宜农作物生长的土壤饱和度两者之间关系获得，根据当地农业科研单位资料适宜农作物生长的土壤饱和度为80％，该值对应的粉质壤土、粉质黏土的hk分别为2.2米、2.6米(即粉质壤土、粉质黏土土壤毛管水饱和带的厚度分别为2.2米、2.6米)，取平均值2.4米；
37.当地主要种植小麦、玉米、豆类、蔬菜等农作物，通过调取农业科研单位的田间试验资料，其根系层厚度
△
h分别为1.0米、0.8米、1.0米、0.6米，根据农作物面积加权平均取值0.8米。
38.步骤二、发生低风险浸没的临界地下水位埋深为h
cr
＝(hk
△
h)＝3.2米，该值既是发生低风险浸没的临界地下水位埋深，也是发生浸没的临界地下水位埋深；
39.发生中风险浸没的临界地下水位埋深为(hk
△
h/2)＝2.8米；
40.发生高风险浸没的临界地下水位埋深为hk＝2.4米。
41.步骤三：浸没区内地下水多属潜水，潜水位与河水位构成统一水面，潜水位略高于河水位，地下水补给河水，潜水位随河水位涨落而变化；
42.水库蓄水后库水位上升至吴淞高程170m后，地下水位将有一定变化，但补排关系不变，根据稳定流渗流模型，通过计算获得水库蓄水后地下水位埋深h。
43.步骤四、根据水库蓄水后地下水位埋深h与各级风险浸没的临界地下水位埋深的关系，确定农业区水库浸没面积共计2.57平方千米，按浸没风险分为高、中、低三个级别，如
下表1所示：
44.表1农业区水库浸没风险分级表
[0045][0046]
上述表1中，hk为土壤毛管水上升高度，即土壤毛管水饱和带厚度，单位为米；
△
h为农作物根系层厚度，单位为米；h
cr
为发生低风险浸没的临界地下水位埋深或发生浸没的临界地下水位埋深，单位为米；h为水库蓄水后地下水位埋深，单位为米。
[0047]
本实施例采用本发明方法具体评定如下：
[0048]
当h≤2.4米，属高风险浸没，面积0.65平方千米，在高风险浸没农业区，农作物根系均在毛管水饱和带或地下水中，农作物不能生长，地面沼泽化不适宜耕作；
[0049]
当2.4米＜h≤2.8米，属中风险浸没，面积0.51平方千米，在中风险浸没农业区，农作物根系大部分在毛管水饱和带中，农作物严重减产、绝收；
[0050]
当2.8米＜h≤3.2米，属低风险浸没，面积1.41平方千米，在低风险浸没农业区，农作物根系少部分在毛管水饱和带中，农作物生长不良、减产。
[0051]
结论：本发明所述的农业区水库浸没风险分级方法，已在某中线水源丹江口水库工程前期地质勘察中成功试用。本实施例按本发明方法，进一步将水库浸没区分为高风险0.65平方千米、中风险0.51平方千米、低风险1.41平方千米，分级处理，对高风险浸没区采取垫高复垦或土地征用处理，对中风险浸没区采取开挖排渗沟处理，对低风险浸没区采取观测、监测措施，相关费用约3060万元，成本低、效率高。水库建成后运行情况亦表明，按本发明实施的浸没区风险分级成果准确、可靠，相关处理措施合理、有效。克服了现有技术对水库浸没面积进行全部处理，成本高、效率低的缺陷(如按现行水利、水电行业相关规范规程，确定水库浸没面积共计2.57平方千米，均需进行处理，前期匡算处理投资约5100万元)。
[0052]
经与水利、水电行业现行规范规程及其他相关研究成果比较(本发明实施例中的水库浸没风险分级结果与水库蓄水后观测、监测资料基本一致，可见本方法与生产经验、实践检验相符，科学合理)，本发明方法确定的农业区水库浸没不同风险的临界地下水位埋深更为科学合理，浸没风险分级结果更为准确、可靠，应用时具很强操作性。按风险分级结果采取差异化处理措施可大量节省工程投资(实施例节省的费用占前期匡算投资的40％)。
[0053]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
[0054]
其它未说明的部分均属于现有技术。