清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫滲漏分析評價

王殿春

(廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州　510635)

1　工程概況

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站位于廣東省清遠(yuǎn)市清新縣太平鎮(zhèn),距清遠(yuǎn)市約32 km。樞紐工程由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)建筑物、地下廠房洞室群、開關(guān)站及場內(nèi)公路等組成。電站設(shè)計裝機(jī)容量1 280 MW(4×320 MW),總投資約50億元。

該工程上水庫位于場區(qū)西北部高程約600 m的甘竹頂山間盆地,正常蓄水位為612.5 m,相應(yīng)庫容為1 131.8萬m3,死水位為587.0 m,死庫容77.34萬m3,調(diào)節(jié)庫容1 054.46萬 m3。水庫布置有一座主壩,六座副壩,壩型均為粘土心墻堆石(渣)壩。

抽水蓄能電站的水庫由上水庫和下水庫兩個庫盆組成,尤其是上水庫,起著蓄能的重要作用,上水庫的水極其寶貴,且水庫漏水對工程的經(jīng)濟(jì)效益和安全運行極為不利,故嚴(yán)格要求上水庫具有良好的蓄水條件和防滲條件。

工程地質(zhì)勘察表明,水庫存在庫岸和壩基滲漏問題。本文介紹了清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫滲漏工程地質(zhì)勘察與分析成果及處理方案建議,為工程設(shè)計及治理提供依據(jù),同時為同類工程地質(zhì)勘察分析與處理提供參考。

2　水庫區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件[1]

通過地質(zhì)測繪、鉆探、現(xiàn)場及室內(nèi)試驗等方法,查明水庫區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,為水庫滲漏計算分析及治理提供依據(jù)。水庫區(qū)工程地質(zhì)略圖見圖1。

2.1　地形地貌

上水庫庫內(nèi)地形較平坦開闊,庫底高程一般580～590 m。庫內(nèi)分布有幾個小山包,山頂高程為599～614 m。庫四周山體較單薄,為低中山環(huán)繞,其中東北面甘竹頂最高,山頂高程747.5 m,山體雄厚;西面分水嶺高程約630～695 m,北側(cè)約630～660 m,東南面和南面地勢較低,山頂高程一般為625～630 m,山體單薄。

上庫發(fā)育有兩條通向庫外的沖溝,分布在庫區(qū)的東南面和南面。主壩址位于東南面的沖溝溝口處,南面沖溝原為白水表小水電站的引水渠,即副壩二位置,除上述兩處沖溝分別修建主壩和副壩二外,從主壩右岸由東向西至主壩左岸(甘竹頂),環(huán)繞上水庫庫周共有14個埡口,埡口鞍部高程為594～653 m，其中7個埡口鞍部高程低于或接近正常蓄水位612.5 m,山體較單薄,巖體風(fēng)化較深,地下水位低,還需修建5座副壩。上水庫庫周除了主、副壩外,還存在兩處較為單薄的分水嶺,分布在主壩右岸與副壩二之間,分別為單薄分水嶺一和單薄分水嶺二。

2.2　地層巖性及巖體風(fēng)化特征

圖1　清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫庫區(qū)工程地質(zhì)略圖

第四系坡積層(Qdl)廣泛分布在坡腳及山坡上,平均1.4 m,可塑狀。

第四系洪沖積層(Qpal)分布于庫盆、沖溝底部,平均1.4 m,可塑或松散狀。

2.3　地質(zhì)構(gòu)造

上庫范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的斷裂構(gòu)造,主要發(fā)育小斷層和裂隙。

已揭露斷層主要有30條,以北北東、北東、北北西、北西向為主,庫區(qū)主要斷層分布見圖1。庫區(qū)未發(fā)現(xiàn)通向庫外的較大斷裂,所揭露的斷層規(guī)模小,多膠結(jié)較好,不存在沿斷層產(chǎn)生庫水嚴(yán)重滲漏條件。裂隙發(fā)育受斷層影響,走向和斷層基本一致,以北北東、北東和北北西向為主。同一地質(zhì)點上最多見有4組不同走向的裂隙。庫區(qū)未發(fā)現(xiàn)張性裂隙密集帶,不存在沿裂隙密集帶的滲漏。

2.4　水文地質(zhì)條件

上水庫集雨面積1.001 km2,多年平均徑流量164.2萬m3。地下水類型主要為基巖裂隙水,來源為大氣降水,水位隨季節(jié)變化。庫周沖溝水匯入庫內(nèi)盆地。

上水庫庫區(qū)西面和北面山體較高,分水嶺較雄厚,在正常蓄水位612.5 m高程處分水嶺厚度一般>300 m,其余庫岸山體稍低,分水嶺較單薄,在正常蓄水位612.5 m高程處分水嶺厚度一般僅為30～80 m。根據(jù)鉆孔注、壓水試驗成果表1、表2,全風(fēng)化帶、強風(fēng)化帶和弱風(fēng)化帶上部具中等透水性,弱風(fēng)化帶中下部和微風(fēng)化帶為弱透水性,為相對隔水層。

表1　鉆孔注水試驗滲透系數(shù)統(tǒng)計表

表2　鉆孔壓水試驗透水率統(tǒng)計表

庫區(qū)植被茂盛,庫盆內(nèi)常年有水流,低洼處沼澤化,庫周泉水、溝水向庫內(nèi)低洼處排泄。在庫盆西北部和東南部分別筑有2個小水庫供發(fā)電用,均可正常蓄水,不存在庫水下滲現(xiàn)象。上水庫蓄水后不會沿庫盆底產(chǎn)生滲漏,不需進(jìn)行庫盆底防滲。

3　水位觀測成果及分析

環(huán)繞上水庫庫岸主壩、6座副壩及其間庫岸共布置49個地下水位長期觀測孔,觀測時間自2005年9月29日—2007年7月5日,歷時1年零9個月。

主壩、各副壩及其間的庫岸均布置了地下水位長期觀測孔,并進(jìn)行了地下水位長期觀測,其中主壩各觀測孔地下水位觀測成果見圖2,東南西面分水嶺觀測成果見圖3,北面西分水嶺觀測成果見圖4。

圖2　主壩地下水位觀測成果

圖3　東南西面分水嶺地下水位觀測成果

根據(jù)鉆孔水位觀測資料統(tǒng)計,從主壩至副壩五,觀測孔地下水位絕大部分在575～609 m之間,低于正常蓄水位612.5 m,水位變化幅度一般4～18 m。另外山體普遍較單薄,巖體風(fēng)化較深,強風(fēng)化厚度較大,弱風(fēng)化頂板大多在正常蓄水位以下,存在庫岸滲漏問題,需進(jìn)行防滲處理。

地下水位在山脊部位多處于弱風(fēng)化帶中部,埋藏較深;在沖溝、埡口部位處于強風(fēng)化帶中下部,埋藏較淺。在北面沖溝發(fā)現(xiàn)多處季節(jié)性泉水,出露高程在600～620 m,這些沖溝較寬緩,局部形成沼澤地。

根據(jù)上水庫環(huán)庫水文地質(zhì)剖面圖分析,上水庫庫岸需防滲總長約2 500 m,約占庫周分水嶺總長度的60%,其中主、副壩壩頂長約1 200 m,約占防滲總長的50%。

4　水庫滲漏計算及分析

根據(jù)工程地質(zhì)勘察成果,按式(1)[2]計算水庫各段、各風(fēng)化帶的滲漏量,計算結(jié)果見表3。

Q=BKiH

(1)

式中:B為分水嶺滲漏段總長度(m);K為滲透系數(shù)(m/d);i為水力梯度;H為滲漏段的厚度(m);Q為滲漏量(m3/d)。

表3　水庫庫岸滲漏量計算結(jié)果表

由表3可以看出,未作防滲措施前,就建筑位置而言上水庫滲漏主要發(fā)生在主壩右岸—副壩五右壩肩和西埡口—副壩六地段,副壩五—西埡口和副壩六—北埡口三有少量滲漏,北埡口三—主壩左岸基本無滲漏;就巖土層而言,上水庫滲漏主要發(fā)生在強風(fēng)化巖層中,占總滲漏量的80.6%,全風(fēng)化土有少量滲漏,3 Lu線以下滲漏量約占總量的0.3%,所以建議水庫防滲可以3 Lu線為防滲下限線,帷幕深度10～60 m,一般為25 m左右。

5　水庫滲漏評價及處理建議

上水庫巖性主要為石英砂巖、粉砂巖,基底為花崗巖,均為非可溶性巖石。弱風(fēng)化帶中下部—微風(fēng)化巖石屬弱—微透水層,為較好的相對隔水層。根據(jù)地質(zhì)測繪及鉆孔資料,庫區(qū)未發(fā)現(xiàn)通向庫外的較大斷裂,所揭露的斷層規(guī)模小,大多膠結(jié)好,不存在沿斷層產(chǎn)生庫水嚴(yán)重滲漏條件,庫盆內(nèi)常年有積水,庫周有泉水出露,沖溝水補給庫盆。在庫盆西南部和東南部分別筑有2個小水庫供發(fā)電用,均可正常蓄水,未發(fā)現(xiàn)庫水下滲現(xiàn)象。因此,預(yù)測上水庫蓄水后不會沿庫盆底產(chǎn)生滲漏,不需進(jìn)行庫盆底防滲。

綜合巖土體滲透性并結(jié)合鉆孔長期觀測資料分析,地下水位多在強風(fēng)化帶下部—弱風(fēng)化帶中部。由于全風(fēng)化帶風(fēng)化不均,夾較多強風(fēng)化夾層,這些夾層也為滲漏的通道,因此,全風(fēng)化帶、強風(fēng)化帶、弱風(fēng)化帶上部是可能產(chǎn)生庫水外滲的主要部位。

根據(jù)地形地貌和地層巖性條件結(jié)合鉆孔水位長觀資料,上水庫主、副壩之間庫岸及主、副壩壩基存在滲漏問題。經(jīng)分析計算表明:上水庫滲漏主要發(fā)生主壩右岸—副壩五右壩肩和西埡口—副壩六地段的全—強風(fēng)化帶中,總長約2 500 m,約占庫周分水嶺長度的60%,主壩及各副壩壩基也存在明顯滲漏。需要進(jìn)行防滲處理。由于全風(fēng)化—弱風(fēng)化帶上部較厚,建議采用垂直防滲(防滲墻+帷幕)措施進(jìn)行處理,以3 Lu線為防滲下限線,帷幕深度10～60 m,一般為25 m左右。由于上水庫滲漏地段連續(xù),建議壩基防滲和庫岸防滲連成整體。

6　結(jié)語

根據(jù)工程地質(zhì)勘察及鉆孔地下水位長期觀測成果,對清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫的滲漏情況進(jìn)行了分析,對庫岸滲漏和壩基滲漏量進(jìn)行了計算分析,提出了水庫防滲處理措施建議,為工程設(shè)計提供依據(jù),對同類工程滲漏勘察評價及處理具有參考應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王殿春，等.廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站可行性研究階段可行性研究報告[R].廣州：廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,2007.

[2]水利電力部水利電力規(guī)劃設(shè)計院.水利水電工程地質(zhì)手冊[M].第一版.北京：水利電力出版社,1985.