新疆某水利樞紐工程左岸古河道滲漏問題分析

【摘要】某水利樞紐工程壩址區(qū)左岸發(fā)育一條古河道，水庫蓄水后存在向下游滲漏問題。左岸砂礫石層滲漏量的大小，直接決定著該水利樞紐工程的經(jīng)濟(jì)效益和水資源的調(diào)節(jié)作用大小。本文對該水利樞紐工程左岸古河道滲漏問題做出初步分析。

【關(guān)鍵詞】古河道；覆蓋層；滲透系數(shù)；滲漏量估算

1.工程概況

某水利樞紐工程位于某河出山口附近，該工程是一座以灌溉、防洪和生態(tài)保護(hù)為主，兼顧發(fā)電的綜合性水利樞紐工程。

該工程樞紐由攔河壩、導(dǎo)流泄洪沖砂洞、表孔泄洪洞、發(fā)電洞、廠房及電站尾水渠等建筑物組成。

2.古河道的形成過程

新生代青藏高原經(jīng)歷了三次隆升，第三次隆升發(fā)生在第四紀(jì)早更新世，從300萬年至今，青藏高原進(jìn)入全面隆升期。目前意義上的青藏高原，源于第三次高原的隆升過程。該水利樞紐工程壩址區(qū)左岸的古河道的形成就緣于第三次隆升。

3.古河道形態(tài)

在勘察過程中結(jié)合對古河道的分析，以進(jìn)一步查明古河道形態(tài)、走向及成因，在充分利用原有資料和勘探結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)測繪成果，查明了樞紐區(qū)古河道的特征。該古河道較寬，整體呈SE-NW向，進(jìn)口位于上壩址庫區(qū)左岸，距上壩軸線100m，出口位于下壩址下游300m。古河道進(jìn)口處呈直立的陡坎狀，進(jìn)口處頂部高程為2365m左右，寬度為2.8km，底寬1km。上部巖性為第四系上更新統(tǒng)Q3砂卵礫石層，呈青灰色，厚34～38m。且全部位于正常高水位以上，在滲漏方面對水庫蓄水沒有影響。下部巖性為巨厚層的Q2砂卵礫石層，泥質(zhì)半膠結(jié)，呈土黃～棕黃色，厚度50～260m，古河道底部低于正常高水位164m，未見基巖出露，該層存在滲漏的可能。根據(jù)對古河道進(jìn)口處縱斷面的勘測古河道兩岸基巖出露，河道內(nèi)沉積了深厚層的砂卵礫石，當(dāng)庫區(qū)正常高水位高程為2294m時，位于庫區(qū)的古河道寬2.4km。

4.古河道砂卵礫石層滲透特性

為查明庫區(qū)左岸古河道內(nèi)第四系上更新統(tǒng)Q2砂卵礫石層的物理力學(xué)性質(zhì)，在勘察過程中，在古河道進(jìn)口不同高程上，針對性布置了勘探平硐，本次每個平硐中按不同的深度分別做了原位注水試驗，并取樣在試驗室進(jìn)行了顆粒分析、比重、相對密度、壓縮、滲透等試驗，查明了古河道第四系上更新統(tǒng)Q2砂卵礫石層的物理力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)試驗資料分析，庫區(qū)Q2砂卵礫石層滲透系數(shù)取值5×10-4cm/s比較合適。

根據(jù)鉆孔資料顯示，在Q2砂卵礫石地層中，局部發(fā)育有細(xì)顆粒充填的大顆粒架空結(jié)構(gòu)透鏡體，厚度一般10～20cm，在鉆探勘測過程，此種情況滲漏較大。又在古河道進(jìn)口區(qū)隨機(jī)抽取了兩處不同高程的地方，并統(tǒng)計了這兩處的架空架構(gòu)所占的比例，計算結(jié)果分別為0.5%和4%。根據(jù)這兩處的試驗數(shù)據(jù)和勘探中的滲漏情況，架空結(jié)構(gòu)處的滲透系數(shù)取值為1.0×10-1較合適。

5.古河道工程地質(zhì)問題

5.1古河道滲漏計算

當(dāng)該樞紐工程建庫之后，由于水庫蓄水，水位抬高，水壓力的增大改變了庫區(qū)周圍地下水的流動狀態(tài)，就會產(chǎn)生水庫的滲漏損失。

根據(jù)前面所講該古河道砂卵礫石層滲透系數(shù)5.0×10-4cm/s，架空結(jié)構(gòu)處的滲透系數(shù)為1.0×10-1cm/s。該樞紐工程庫區(qū)的水主要是通過庫區(qū)左岸古河道進(jìn)口處Q2砂卵礫石層向外滲漏出去的。

古河道卵礫石滲漏量估算：

古河道卵礫石滲漏量計算選用《水利水電工程地質(zhì)手冊》表3-3-1中壩基滲漏計算公式進(jìn)行計算 （7-1）

式中：Q—古河道滲漏量（m3/d）

B—古河道寬度，取平均值為2800m

K—古河道卵礫石滲透系數(shù)，取值5.0×10-4cm/s即4.32×10-1m/d

H—水庫正常蓄水位到古河道卵礫石頂部的高差，取值83.5m

2b—古河道卵礫石頂部壩基寬度，取值2400m

M—古河道卵礫石平均厚度，取值147.4m

參數(shù)的選?。河嬎銜r所需的數(shù)據(jù)必須根據(jù)庫區(qū)及壩址的水文地質(zhì)、地形、水工建筑物的型式等條件來決定，而這些地質(zhì)條件及滲流運動均較復(fù)雜，往往難以用理論計算的方法獲得較好的成果。因此，在生產(chǎn)實際中，常根據(jù)水文地質(zhì)情況，定出一些經(jīng)驗性的數(shù)據(jù)，作為初步估算滲漏損失的依據(jù)。為安全計，對該古河道分為四種不同的滲漏方式。

（1）根據(jù)勘察資料所繪古河道的滲漏斷面，根據(jù)公式（7-1）：

通過計算，估算古河道日滲漏量為3184.59m3/d，年滲漏量為116.24萬m3/a，滲漏量不大。

（2）計算架空結(jié)構(gòu)所占比例為0.5%時的滲漏量。根據(jù)公式（7-1）：

計算出古河道日滲漏量為6353.26m3/d，年滲漏量為231.90萬m3/a。

（3）計算架空結(jié)構(gòu)所占比例為0.5%時的滲漏量。根據(jù)公式（7-1）：

計算出古河道日滲漏量為28533.93m3/d，年滲漏量為1041.49萬 m3/a。

（4）計算架空結(jié)構(gòu)所占比例介于0.5%～4%之間時的滲漏量。根據(jù)公式（7-1）：計算出古河道日滲漏量為6366910.79m3/d，年滲漏量為636.69萬m3/a。

在水庫運行的最初幾年，滲漏損失往往較大于上述經(jīng)驗數(shù)據(jù)，因為初蓄時，為了濕潤土壤及抬高地下水位需要額外損失水量。水庫運行多年之后，因為庫床泥沙顆粒間的空隙逐漸被水內(nèi)細(xì)泥或粘土淤塞，滲漏系數(shù)變小，同時庫岸四周地下水位逐漸抬高，滲漏量減少。從已計算出的滲漏量可知古河道的滲漏量不大，對水利樞紐工程正常蓄水后的正常運行不會產(chǎn)生特別大的影響。

6.結(jié)語

對古河道的勘察應(yīng)通過工程地質(zhì)測繪初步結(jié)果，以及對古河道形成演化過程的分析推理，有針對性的布置各類勘探手段，以鉆探為主，結(jié)合物探、開挖、試驗等手段，確定古河道的形態(tài)、延伸方向，切割深度及古河道內(nèi)規(guī)堆積的地層性特點，為工程設(shè)計提供較為準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。古河道的滲漏對該工程的正常運行有重要的影響，此次的分析只是從一個方面對該古河道的滲漏量進(jìn)行一個初步的計算，所得結(jié)果可以做為庫區(qū)古河道滲漏治理的一個參考。