潮州供水樞紐工程水庫(kù)滲漏分析

車(chē)林源

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635)

1 工程簡(jiǎn)介

潮州供水樞紐工程壩址位于韓江下游潮州市南郊江東洲島頭部的東溪、西溪分叉附近，由東溪閘壩和西溪閘壩組成。工程等別為1 等大型工程，為水源性供水樞紐工程，兼顧發(fā)電、改善航運(yùn)、美化環(huán)境等作用。樞紐主要建筑物有攔河閘、發(fā)電廠房、通航船閘和兩岸連接土壩等。

工程于2001年5月完成可行性研究，2001年10月完成初步設(shè)計(jì)，2002年7月進(jìn)入施工階段，至2006年7月建設(shè)基本完成。該工程是廣東省首個(gè)建于8 度地震區(qū)、深厚軟基上的大型水利樞紐工程，該工程為河道型水庫(kù)，正常蓄水位10.5 m，相應(yīng)庫(kù)容4 900 萬(wàn)m3，較原河道水位抬升約6～7 m，蓄水后庫(kù)水仍在原河道內(nèi)，但部分地段水位高于兩岸堤后地表，庫(kù)水倒灌補(bǔ)給兩岸地下水形成滲漏。

2 水庫(kù)滲漏分析［1，2］

2.1 地形地貌

工程壩址位于韓江下游潮州市南郊江東洲島頭部(見(jiàn)圖1)，正常蓄水位10.5 m 時(shí)，庫(kù)區(qū)迴水至潮安歸湖鎮(zhèn)，長(zhǎng)約21 km。庫(kù)區(qū)地貌可劃分為2 個(gè)單元:在壩址上游約11 km 的竹竿山以北為低山丘陵區(qū)，向南為韓江三角洲平原區(qū)。竹竿山以北河道兩側(cè)以低山丘陵為主，山頂高程一般為100～500 m，山體雄厚，庫(kù)岸穩(wěn)定，兩岸地表水、地下水均補(bǔ)給河水。工程蓄水后，庫(kù)水位仍在原天然河道之內(nèi)，兩岸地下水分水嶺遠(yuǎn)高于庫(kù)水位，不存在深切鄰谷，庫(kù)盆巖性為花崗巖，屬非可溶巖層。因此，竹竿山以北庫(kù)區(qū)不存在滲漏問(wèn)題。竹竿山以南為韓江三角洲沖積平原，地面平坦開(kāi)闊，地勢(shì)較低，該段庫(kù)區(qū)為平原河道型水庫(kù)，河床高程約2～5 m，兩岸以堤防擋水為主，建庫(kù)前從竹竿山至樞紐壩址左岸已修筑有意東堤、東廂堤，右岸修筑有北堤、城堤、南堤，為廣東僅次于北江大堤的第二大堤防。

意東堤長(zhǎng)5.4 km，堤頂高程16.5～18 m，堤后為半封閉的山前平地，地面高程約11～9 m，寬1～2 km，后緣大部分被山體環(huán)繞，僅在東南端存在寬約200 m的狹小谷口。蓄水前靠近意東堤附近的部分地表水、地下水匯入韓江，后緣靠山附近分布有一條意溪河，主要是攔截山上流出的地表水，附近的地表水匯入意溪河，意溪河向東南通過(guò)谷口流向庫(kù)外下游。

東廂堤—東溪壩址處長(zhǎng)約3.3 km，堤頂高程14～15.3 m，堤后為大片農(nóng)田區(qū)，地面高程約8～7 m，地勢(shì)由堤腳向東南傾斜，地表水亦向東南排泄，東南側(cè)與壩址下游相連。

北堤長(zhǎng)2.8 km，堤頂高程17.5～18 m，堤后為潮州市郊，地面高程約10～8.5 m，地勢(shì)由堤腳向西南傾斜，地表水向亦向西南排泄。

城堤長(zhǎng)約2.3 km，堤頂高程16～17 m，堤前分布有寬約50～60 m 的階地，地面高程約13～14 m，堤后為潮州市區(qū)，從堤腳向城內(nèi)地勢(shì)逐漸降低(向西傾斜)，地面高程由12～13 m 逐漸降至7～8 m，地表水向西南排泄。

南堤—西溪壩線長(zhǎng)約3.1 km，堤頂高程14.6～16.5 m，堤后為潮州市區(qū)及南郊，地面高程約10～8 m，地勢(shì)由堤腳向西傾斜，地表水向西排泄。

圖1 樞紐工程位置圖Fig.1 Location drawing of key project

水庫(kù)正常蓄水位比堤后地面高，庫(kù)水將通過(guò)堤基向堤內(nèi)滲漏。意東堤后為相對(duì)封閉的山前小平地，地表水、地下水排泄不暢，水庫(kù)蓄水后滲漏有限，主要是產(chǎn)生浸沒(méi)影響;其它堤段堤后為廣袤的平原，地表水系較發(fā)育，地下水排泄較暢順，是水庫(kù)蓄水后主要滲漏段，下面主要對(duì)這些堤段從地層巖性組成、水文地質(zhì)條件等方面進(jìn)行分析，估算各堤段滲漏量。

2.2 地層巖性

竹竿山以南庫(kù)區(qū)堤圍堤基大部分分布深厚的沖積層，厚約27～95 m，由沖積粘性土、淤泥質(zhì)土、沖積砂組成，根據(jù)形成時(shí)代先后順序，從上往下劃分為5 個(gè)大層，即:①層、②層為alQ34 河流相沖積層，③層為m +alQ24海陸交互相沉積層，④層為alQ14河流相沖積層，⑤層為alQ33河流相沖積層。其中，①層主要為新近形成的粉細(xì)砂—中粗砂;②層根據(jù)物質(zhì)組成細(xì)分為:②-1 層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，②-2 層中細(xì)砂—中粗砂;③層主要為淤泥質(zhì)土夾淤質(zhì)粉細(xì)砂;④層根據(jù)物質(zhì)組成細(xì)分為:④-1 層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，④-2 層細(xì)砂—中粗砂，④-3 層砂卵礫石層;⑤層主要為含卵石礫砂層?；鶐r主要為侏羅系凝灰?guī)r、砂質(zhì)頁(yè)巖，白堊系含礫凝灰質(zhì)粉砂巖及少量花崗巖?；鶐r面分布高程約－3～－90 m，埋深約27～90 m，由北向南傾斜。

堤基第四系地層深厚，從北向南逐漸增厚，厚度20～95 m，由于地處三角洲頭部，第四系地層組成復(fù)雜多變，歸納各堤段第四系地層結(jié)構(gòu)組成，主要有圖2-圖5 四種。

第一種結(jié)構(gòu)型式為“砂—粘—砂”(見(jiàn)圖2)，第一層為①層及②-2 層砂，與河床砂層相連通，水力聯(lián)系密切，是產(chǎn)生滲漏主要地層;第二層為③層的淤泥質(zhì)土及④-1 層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，河床及堤后均廣泛分布，為相對(duì)隔水層;第三層為④-2、④-3、⑤層砂，砂層上覆較厚粘性土層，埋藏較深，與庫(kù)水聯(lián)系較弱，為承壓含水層，通過(guò)該層產(chǎn)生的滲漏較少。

第二種結(jié)構(gòu)型式為“粘—砂—粘土—砂”(見(jiàn)圖3)，第一層為②-1 層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，較薄，為相對(duì)隔水層;第二層為②-2 層砂，分布廣，河床與堤后均有分布，與水庫(kù)水力聯(lián)系密切，是產(chǎn)生滲漏主要地層;第三層為③層的淤泥質(zhì)土及④-1 層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，較厚，河床及堤后均廣泛分布，為相對(duì)隔水層;第四層為④-2、④-3、⑤層砂，砂層上覆較厚粘性土層，與庫(kù)水聯(lián)系較弱，埋藏較深，為承壓含水層，通過(guò)該層產(chǎn)生的滲漏較少。

圖2 砂—粘—砂型式Fig.2 Form of sand-clay-sand

圖3 粘—砂—粘—砂型式ig.3 Form of clay-sand-clay-sand

圖4 砂—粘—砂—粘—砂型式Fig.4 Form of sand-clay-sand-clay-sand

圖5 粘—砂型式Fig.5 Form of clay-sand

第三種結(jié)構(gòu)型式為“砂—粘—砂—粘土—砂”(見(jiàn)圖4)，第一層為①層中細(xì)砂，堤基表層，與河床砂層相連通，水力聯(lián)系密切，是產(chǎn)生滲漏主要地層;第二層為②-1 層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，較薄，為相對(duì)隔水層;第三層為②-2層砂，分布廣，河床與堤后均有分布，水力聯(lián)系密切，是產(chǎn)生滲漏主要地層之一;第四層為③層的淤泥質(zhì)土及④-1層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，河床及堤后均廣泛分布，為相對(duì)隔水層;第五層為④-2、④-3、⑤層砂，砂層上覆較厚粘性土層，與庫(kù)水聯(lián)系較弱，為承壓含水層，滲漏較小。

第四種結(jié)構(gòu)型式為“粘—砂”(見(jiàn)圖5)，第一層為②-1 層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，③層的淤泥質(zhì)土及④-1層灰黃色粉質(zhì)粘土、粘土，厚度大，為相對(duì)隔水層;第二層為④-2、④-3、⑤層砂，砂層上覆粘性土層較厚，與庫(kù)水聯(lián)系較弱，為承壓含水層，滲漏較小。

以上地層組成中的①層及②-2 層砂與河床砂層直接相連，庫(kù)水主要通過(guò)這兩層砂層產(chǎn)生滲漏;④-2、④-3、⑤層砂上覆較厚的粘性土層，與庫(kù)水聯(lián)系較弱，滲漏量較小。因此，第一種、第二種、第三種地層結(jié)構(gòu)類(lèi)型為主要滲漏段，第四種地層結(jié)構(gòu)滲漏較小。

2.3 水文地質(zhì)條件

水庫(kù)蓄水后，在竹竿山以南庫(kù)水位大多高于兩岸堤后地面，并且兩岸地勢(shì)呈“扇”形向外傾斜，庫(kù)水補(bǔ)給兩岸地下水，兩岸地下水向遠(yuǎn)處河流及樞紐下游排泄。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽水、注水及取樣試驗(yàn)，各土層滲透系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 土層滲透系數(shù)值表Table 1 Permeability value table of soil layer

3 滲漏量估算

因?yàn)閮砂毒鶠闆_積平原，透水層厚度基本穩(wěn)定，采用公式:

式中:Q 為滲漏量(m3/d);B 為滲漏段寬度(m);K 為滲透系數(shù)(m/d);H1為正常蓄水位(m);H2為排泄出露水位(m);M 為透水層平均厚度(m);L 為滲徑長(zhǎng)度(m)。

意東堤后區(qū)被環(huán)山包圍，僅于南東端存一小河溝流出，而且地形稍高，其滲漏量較小，本文不對(duì)其滲漏計(jì)算。其余各堤段主要通過(guò)①層、②-2 層砂產(chǎn)生滲漏，其中東廂堤向東、南方向約2 km 的北溪及東溪滲漏，北堤向西南方向約1.5 km 的西湖滲漏，城堤、南堤向西側(cè)約3 km 的河溝滲漏，北堤、城堤、南堤滲水最終匯入楓溪河，分別以上述地表水體為滲漏計(jì)算邊界，各堤段參數(shù)取值及滲漏量計(jì)算見(jiàn)表2。

4 滲漏影響評(píng)價(jià)

(1)各堤合計(jì)滲漏損失量約為34 993(m3/d)，僅占水庫(kù)日平均來(lái)水量的0.32%，滲漏量對(duì)庫(kù)容影響不大，水庫(kù)可以正常蓄水。

(2)滲漏容易在堤后產(chǎn)生管涌或流土破壞，降低堤土的強(qiáng)度，容易導(dǎo)致堤坡失穩(wěn)滑塌，須對(duì)堤防進(jìn)行防滲加固處理。

表2 各堤段參數(shù)取值及滲漏量估算表Table 2 Each parameter value and estimate table of leakage

(3)滲漏致使兩岸地下水位升高，堤后附近低洼地易產(chǎn)生浸沒(méi)，須對(duì)堤基進(jìn)行防滲及堤后排水處理，消除、降低堤后浸沒(méi)影響程度。

5 防滲處理

為防止水庫(kù)滲漏及其產(chǎn)生的危害，對(duì)庫(kù)區(qū)堤防進(jìn)行了防滲加固處理。防滲措施為:堤身迎水面采用混凝土面板鋪蓋防護(hù)至正常蓄水位0.5 m 以上;對(duì)堤基采用多軸深攪等厚薄防滲墻及高壓定噴防滲墻進(jìn)行截滲，主要對(duì)第一、二、三種地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行防滲處理，防滲墻深入②-2 下部的粘性土層(即③層淤泥土及④-1 層粉質(zhì)粘土)，將上部①層、②-2 砂層與庫(kù)水的聯(lián)系截?cái)?為了保證防滲效果，也對(duì)第四種地層結(jié)構(gòu)堤基表層進(jìn)行了防滲處理(見(jiàn)圖2-圖5)，有利于防滲墻連續(xù)性，同時(shí)也防止堤身填土與堤基間產(chǎn)生接觸滲漏。

樞紐于2005年9月29 日開(kāi)始蓄水，監(jiān)測(cè)資料顯示，經(jīng)過(guò)防滲處理后，截滲效果明顯，堤后未見(jiàn)出現(xiàn)大的滲漏及滲透破壞現(xiàn)象。說(shuō)明滲漏計(jì)算分析正確，防滲處理方案及措施科學(xué)合理。

6 結(jié)語(yǔ)

潮州供水樞紐工程是廣東省首個(gè)建于下游三角洲平原河道軟基上的大型水庫(kù)工程，竹竿山以南庫(kù)區(qū)是由兩岸堤防圍成，蓄水后大部分庫(kù)水位高于兩岸地面，水庫(kù)蓄水后將通過(guò)堤基向外產(chǎn)生滲漏，在堤后產(chǎn)生滲透破壞和較嚴(yán)重的浸沒(méi)。本文主要從地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件等方面分析了水庫(kù)產(chǎn)生滲漏的主要地層和部位，分析研究堤基地層結(jié)構(gòu)組成及其水文地質(zhì)特征，通過(guò)滲透計(jì)算分析，提出有針對(duì)性的防滲處理方案和措施，工程運(yùn)行7年，證明防滲處理是成功的，對(duì)類(lèi)似工程有一定借鑒意義。

［1］廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.潮州供水樞紐工程可行性研究報(bào)告［R］.廣州:廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2001.

［2］廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.潮州供水樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.廣州:廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2002.