探討水庫(kù)滲漏水文地質(zhì)勘察內(nèi)容及方法

[摘要]文章提出滲漏病險(xiǎn)水庫(kù)的水文地質(zhì)勘察應(yīng)包含的內(nèi)容和需采取的手段，為滲漏病險(xiǎn)水庫(kù)的水文地質(zhì)勘察提供可操作性的建議。

[關(guān)鍵詞]水庫(kù)滲漏；水文地質(zhì)勘察；方法

[作者簡(jiǎn)介]戴兵國(guó)，廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院工程師，廣東廣州，510170

[中圖分類(lèi)號(hào)]TV62[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-7723(2009)05-0131-0002

一、水庫(kù)滲漏水文地質(zhì)勘察內(nèi)容

(一)地形地貌

主要是了解庫(kù)區(qū)周?chē)牡匦蔚孛矊?duì)庫(kù)區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的影響。如相鄰的河谷被切割很深，其河水位低于庫(kù)水位，當(dāng)水庫(kù)間的分水嶺比較單薄時(shí)，由于滲透途徑短、水力梯度大，易造成庫(kù)水滲漏。

(二)地層巖性及地層的結(jié)構(gòu)

滲透性強(qiáng)烈的巖土體是水庫(kù)滲漏的主要通道之一。對(duì)于平原地區(qū)松散巖類(lèi)壩基水庫(kù)而言，庫(kù)水可能會(huì)沿著古河道堆積物的滲漏通道流失。而在巖溶地區(qū)，當(dāng)庫(kù)區(qū)存在強(qiáng)巖溶化的碳酸鹽底部并無(wú)隔水層分布時(shí)，或雖有隔水層存在，但其埋藏很深或封閉條件很差時(shí)，庫(kù)水就有可能通過(guò)分水嶺向鄰谷、河谷的下游或遠(yuǎn)處低洼排泄區(qū)發(fā)生滲漏。

(三)地質(zhì)構(gòu)造

一般而言，褶皺比較發(fā)育的地段，各類(lèi)斷層和裂隙也都比較發(fā)育。斷層破碎帶，尤其是橫切河谷與鄰谷相通的寬大而未膠結(jié)的斷層破碎帶，是形成大量滲透的通道；具有寬大密集裂隙的巖層易造成滲漏；在巖溶地區(qū)，在斷層帶上往往發(fā)育著巖溶管道。

(四)水文地質(zhì)條件

地形地貌、巖性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)是決定水庫(kù)滲漏的必要條件，但不是充分條件，還必須研究水文地質(zhì)條件。即要進(jìn)行水文地質(zhì)分區(qū)，確定含水層及隔水層，查明含水構(gòu)造，地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件，地下水的類(lèi)型，地下水的水位、流向、流速、水力坡度，地下水的化學(xué)特征等情況。

勘察時(shí)要特別注意水庫(kù)周?chē)欠裼械叵路炙畮X，以及分水嶺的高程與庫(kù)水位的關(guān)系，并以此來(lái)大致判斷庫(kù)水向鄰谷滲漏的可能性。

(五)巖溶區(qū)的巖溶發(fā)育特征

在巖溶地區(qū)，需要查明庫(kù)區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育強(qiáng)度和巖溶發(fā)育規(guī)律。具體包括：(1)各個(gè)地層的巖溶發(fā)育強(qiáng)度(溶隙率)、發(fā)育方向以及受地質(zhì)構(gòu)造作用控制情況；(2)巖溶形態(tài)及分布規(guī)律；(3)巖溶水的動(dòng)力特征(包括補(bǔ)排條件、垂直分帶性、流動(dòng)特點(diǎn))；(4)建壩前后泉水流量的變化和動(dòng)態(tài)變化等。

(六)滲漏的地質(zhì)分析

分析水庫(kù)滲漏的2個(gè)條件，即滲漏通道及其連通性。

水庫(kù)的滲漏通道一般有透水巖層(如砂卵礫石層)、透水帶(斷層破碎帶、裂隙密集帶)、巖溶管道等。

1滲漏通道的分析

巖漿巖地區(qū)水庫(kù)：巖漿巖作壩基、庫(kù)區(qū)的基巖是比較理想的，一般不易發(fā)生滲漏。這種水庫(kù)的可能滲漏通道一般是第四紀(jì)砂礫石層(河床沉積物)、基巖表面風(fēng)化裂隙組成的透水層。

沉積巖地區(qū)水庫(kù)：最常見(jiàn)的是透水層的漏水，此外就是斷層破碎帶、節(jié)理密集帶構(gòu)成的漏水通道。如節(jié)理裂隙發(fā)育的砂巖，它們只要穿過(guò)壩基，同時(shí)在上游庫(kù)區(qū)和下游河床出現(xiàn)，即可成為漏水通道。

第四紀(jì)堆積物地區(qū)水庫(kù)：壩下滲漏通道主要是古河道、河床和階地內(nèi)的砂卵礫石層。古河道穿過(guò)壩基或貫通上下游時(shí)，可能發(fā)生嚴(yán)重滲漏；建壩時(shí)如壩下的截水墻太淺，未能將砂卵礫石層全部截?cái)?，殘留的砂卵礫石層就成為漏水通道。

2漏水通道連通性分析

砂礫石層等松軟巖層滲漏通道的連通性主要取決于其地層的結(jié)構(gòu)特征。山區(qū)河流，河床的沉積物多為單一的粗粒物質(zhì)，透水層的連通性好。中下游河床的細(xì)粒成分增加，地層呈多層、雙層結(jié)構(gòu)。雙層結(jié)構(gòu)時(shí)沉積物上細(xì)下粗，上部弱透水層構(gòu)成了天然防滲鋪蓋，但若在建壩取土?xí)r破壞了此相對(duì)隔水層，或因受河流沖刷使隔水層出現(xiàn)了部分損壞，則它就不再具有隔水作用，應(yīng)將其修補(bǔ)完整。

多層結(jié)構(gòu)時(shí)，漏水通道的連通性主要受相對(duì)隔水層的厚度、延伸情況及其完整性的影響。有的厚度較小，被滲漏水擊穿后不再起隔水作用，有的延伸不遠(yuǎn)即自行消滅。

基巖透水層、透水帶及巖溶發(fā)育管道的連通性則受地質(zhì)構(gòu)造的控制。縱向河谷(巖層走向與河流流水平行)的透水層的連通性良好，而橫向河谷透水層的連通性較差。

(七)滲漏量的估算

水庫(kù)滲漏是指庫(kù)水沿著透水巖(土)帶向庫(kù)外低處滲漏的現(xiàn)象，可分為壩區(qū)滲漏和庫(kù)區(qū)滲漏。其中壩區(qū)滲漏又分為壩基滲漏和繞壩滲漏；庫(kù)區(qū)滲漏包含了庫(kù)水的滲透損失和滲漏損失兩部分。

據(jù)此，水庫(kù)的總滲漏量應(yīng)是以上4個(gè)部分的總和，即：Q=Q-Q壩基+Q繞壩+Q庫(kù)水滲透+O滲漏損失。式中，水庫(kù)的各項(xiàng)滲漏量可采用地下水動(dòng)力學(xué)公式、數(shù)值法或其他方法進(jìn)行計(jì)算。目前在實(shí)際工作中應(yīng)用最多的是地下水動(dòng)力學(xué)公式。雖然用于滲漏計(jì)算的地下水動(dòng)力學(xué)的公式很多，但本質(zhì)上都是由達(dá)西公式演變而來(lái)。這些公式的適用條件是：地下水必須是達(dá)西流、含水介質(zhì)為均質(zhì)且各向同性。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-99)附錄B.0.5條的規(guī)定，巖溶地區(qū)的水庫(kù)，其滲漏量必須采用地下水動(dòng)力學(xué)法和水量均衡法進(jìn)行計(jì)算，并相互驗(yàn)證。這是由于巖溶管道中的地下水流可能不再屬于達(dá)西流，地下水動(dòng)力學(xué)中的有關(guān)公式可能已不再適用。

水量均衡法就是根據(jù)多年實(shí)測(cè)水庫(kù)水位、水面蒸發(fā)量、農(nóng)業(yè)灌溉用水量等資料，利用水位一庫(kù)容關(guān)系資料，計(jì)算水庫(kù)年蓄變量、年平均庫(kù)容量、年實(shí)際庫(kù)面蒸發(fā)量。依據(jù)水量平衡原理，水庫(kù)的滲漏量為：

w=(WQ+WP)-(WE+Wf)±w蓄

式中：w為滲漏量；WQ為上游來(lái)水量；wP為水庫(kù)水面直接接受降水補(bǔ)給量；WE為水庫(kù)水面蒸發(fā)量；Wf為水庫(kù)放水量；w蓄為水庫(kù)蓄變量。

(八)對(duì)防滲措施提出可行性建議

在勘察報(bào)告中要對(duì)水庫(kù)的防滲措施提出合理化建議。目前我國(guó)對(duì)滲漏水庫(kù)的處理措施主要有：

1壩基的垂直防滲措施：目前主要是應(yīng)用塑性混凝土地下防滲墻、高壓噴射水泥板墻、防滲板樁(如深層攪拌樁)等擋水墻阻斷滲水通道。

2含砂礫石壩體的防滲措施：對(duì)于含砂礫石量高的土壩，可用帷幕灌漿、建造粘土防滲墻、沖抓套井回填、防滲土工膜鋪設(shè)等方法處理壩體。

3溶洞的防滲措施：對(duì)出露的或探明的巖石特別破碎的較大溶洞，應(yīng)進(jìn)行開(kāi)挖、清理、沖洗，采用C25防滲混凝土填筑，并適當(dāng)擴(kuò)大防滲范圍。

4基巖破碎帶及節(jié)理密集帶的防滲：將表面破碎體全部清除，然后用C25混凝土封堵，并結(jié)合固結(jié)灌漿，使斷裂破碎帶整體封閉，形成區(qū)域防滲。

5砂卵石滲漏區(qū)防滲：可鋪設(shè)塑料薄膜進(jìn)行防滲。

二、水庫(kù)滲漏的水文地質(zhì)勘察手段

(一)地質(zhì)調(diào)查及水文地質(zhì)測(cè)繪

對(duì)整個(gè)庫(kù)區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充性測(cè)繪，其范圍應(yīng)包括滲漏通道及其進(jìn)出口地段。山區(qū)水庫(kù)應(yīng)包括庫(kù)區(qū)周?chē)姆炙畮X及鄰谷，平原地區(qū)則包括正常高水位以上的第一級(jí)階地，測(cè)繪比例尺可選用1／50000。

1／10000。在巖溶地區(qū)，凡能追索的巖溶洞穴都應(yīng)進(jìn)行測(cè)繪，對(duì)嚴(yán)重存在巖溶滲漏的地段，測(cè)繪的比例尺可采用1／10000～1／2000(庫(kù)區(qū))及1／5000～1／1000(壩址)。

(二)水文地球化學(xué)調(diào)查

如利用放射性同位素資料可以估算地下水的年齡(獲庫(kù)水補(bǔ)給的地下水較年輕)；在巖溶地區(qū)，可利用飽和指數(shù)來(lái)了解地下水的循環(huán)速率(飽和程度低的地下水，其循環(huán)速度較快，獲得大氣降雨或庫(kù)水的補(bǔ)給量大)。在對(duì)地下水庫(kù)進(jìn)行滲漏分析時(shí)，根據(jù)其庫(kù)底隔水層內(nèi)的地下水水化學(xué)類(lèi)型、礦化度、電導(dǎo)率等水化學(xué)特征與灰?guī)r含水層相差很大來(lái)判定其庫(kù)底隔水層，可有效地阻止庫(kù)水向底部滲漏。同時(shí)，還根據(jù)水庫(kù)滲漏點(diǎn)的各種常規(guī)離子濃度均高于庫(kù)水的事實(shí)分析認(rèn)為，這是由于庫(kù)盆內(nèi)的軟物質(zhì)(巖層)逐漸被滲漏水侵蝕所致。由此判定，隨著該水庫(kù)蓄水年限的增長(zhǎng)，水庫(kù)的滲漏通道將變大，滲漏量也會(huì)加大。

(三)鉆探和地球物理勘探

勘探剖面線應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下水的分布情況，并結(jié)合可能的防滲處理方案作布置。在多層含水層結(jié)構(gòu)區(qū)，可能滲漏的各巖組內(nèi)不應(yīng)少于2個(gè)鉆孔，鉆孔應(yīng)進(jìn)入隔水層或枯水期地下水位以下一定深度；喀斯特區(qū)鉆孔的深度應(yīng)穿過(guò)喀斯特強(qiáng)烈發(fā)育帶?？衫镁g地震波CT技術(shù)探測(cè)庫(kù)區(qū)的滲漏通道與滲漏點(diǎn)。

還可用充電瞬變電磁法、瞬變電磁法探測(cè)巖溶漏水通道異常范圍。

(四)水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)

如果水庫(kù)建筑前的勘察資料匱乏，還應(yīng)補(bǔ)充對(duì)相關(guān)的巖土層的滲透系數(shù)測(cè)定，為估算水庫(kù)的滲漏量及其防滲提供依據(jù)。

(五)進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)

設(shè)立長(zhǎng)期觀測(cè)網(wǎng)，在可能滲漏的各巖組內(nèi)不應(yīng)少于2個(gè)觀測(cè)孔。觀測(cè)內(nèi)容除常規(guī)項(xiàng)目外，還應(yīng)觀測(cè)降雨時(shí)的洞穴涌水和流量情況。

三、結(jié)語(yǔ)

水利水電工程的水文地質(zhì)勘察是對(duì)其工程地質(zhì)勘察的補(bǔ)充，也是工程地質(zhì)勘察的一部分。因此，擬建水庫(kù)滲漏的水文地質(zhì)勘察也是分階段進(jìn)行，不同的階段其勘察的內(nèi)容及研究程度不盡相同。但對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)而言，因?yàn)槠淇辈斓哪康氖侵苯訛榉罎B治理設(shè)計(jì)服務(wù)，因此勘察內(nèi)容及研究程度應(yīng)與擬建工程的設(shè)計(jì)階段類(lèi)同，不再分階段進(jìn)行。

目前用于計(jì)算水庫(kù)滲漏量的方法及公式很多，但每個(gè)方法和每個(gè)公式所適應(yīng)的條件是不同的。在使用時(shí)，須事先仔細(xì)研究滲漏地段的地質(zhì)剖面，方能選出適用的計(jì)算方法和計(jì)算公式。