甘肅某水庫工程壩基滲漏量計(jì)算分析

□周延國 □王耀軍 □郭曉峰（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

1 工程概況

甘肅某水庫工程位于甘肅省慶陽市境內(nèi)的葫蘆河上，葫蘆河為黃河支流北洛河右岸的一較大支流，河流多年平均徑流量2454萬m3/a。工程擬建擋水壩是由均質(zhì)土壩段和混凝土壩段組合而成的復(fù)合壩，壩頂長度232.50m，最大壩高25.50m，壩頂高程1148.50 m，正常蓄水位1147 m，總庫容704×104m3，工程規(guī)模小（Ⅰ）型。

2 蓮花寺水庫壩址區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

工程區(qū)位于甘肅省東部——隴東黃土高原區(qū)，為黃土梁峁丘陵地貌，主要的地貌類型有黃土梁、峁、川臺階地和溝谷。

壩址區(qū)河谷兩岸呈不對稱的“U”型谷。左岸河床以上出露有20～40 m高的基巖，基巖以上為風(fēng)積馬蘭黃土（Q3m）；右岸岸坡全部為黃土覆蓋，主要由Ⅱ級階地和階地以上的防護(hù)林區(qū)組成。河谷地段主要發(fā)育Ⅰ、Ⅱ級階地，其中Ⅰ級階地面平坦，階面高程1135～1137m，寬150～200 m；Ⅱ級階地面高程1141～1170m，階面高出河槽10～30m，寬100～200m。

2.2 地層巖性

工程壩址區(qū)地層巖性主要由白堊系下統(tǒng)環(huán)河華池組碎屑巖（K1h）和第四系松散堆積物（Q）組成。

（1）白堊系下統(tǒng)環(huán)河華池組碎屑巖（K1h）為區(qū)內(nèi)第四系地層的基底，巖性為紫紅色、棕紅色中細(xì)砂巖夾同色泥巖。

（2）第四系地層在區(qū)內(nèi)分布廣泛，按其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征和成因類型主要有以下三層：

第一層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）黃土狀土：主要分布于沿線溝谷的Ⅱ級階地。該層厚度變化較大，在10～25 m之間，中上部為灰黃色、褐紅色中～重粉質(zhì)壤土，層厚7.30～20.00m；底部為砂礫石層，局部夾粉質(zhì)壤土，砂礫石層厚4.10～6.00m，土質(zhì)不均一，為Ⅱ級階地底部沖、洪積層。

第二層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積馬蘭黃土（Q3m）：主要分布在黃土梁峁頂部，巖性主要為土黃色輕～重粉質(zhì)壤土。

第三層為第四系全新統(tǒng)沖、洪積（Q4al+pl）黃土狀土：主要分布在壩址區(qū)河床、漫灘、Ⅰ級階地及寬緩溝谷中，層厚7～11m，可分為（Q42al）新近沖積黃土和（Q41al+pl）黃土狀土兩層。其中，新近沖積黃土（Q42al）主要分布在河床和漫灘上部，巖性主要為淺黃色輕～中粉質(zhì)壤土，厚度0～4 m；黃土狀土（Q41al+pl）主要分布在河床、河漫灘Q42al新近沖積黃土之下以及Ⅰ級階地上，由壤土層和砂礫石層組成，壤土層厚2.40～4.60 m，砂礫石層厚2.70～5.30 m，土質(zhì)不均一，砂礫石層間夾有粉質(zhì)壤土。

3 壩基巖（土）體的滲透特性

壩基河床、一級階地覆蓋層的新近沖積黃土（Q42al）和第四系全新統(tǒng)沖、洪積（Q41al+pl）黃土狀土上部均為粉質(zhì)壤土，層厚3.60～7.50m，滲透系數(shù)K=7×10-5cm/s，具弱透水性；第四系全新統(tǒng)沖、洪積（Q41al+pl）黃土狀土下部為砂礫石層，層厚2.70～5.30m，滲透系數(shù)K=5×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水層。壩基巖體為砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，壩基1100 m高程以上巖體的透水率＞5 Lu，具有中等透水～弱透水性，折合滲透系數(shù)為2.90×10-4～5.00×10-5cm/s，1100 m高程以下透水性微弱。庫水存在通過松散層和1100 m高程以上巖體向下游滲漏的問題。

左壩肩巖體為砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，中等透水巖體下限高程為1135 m，折合滲透系數(shù)為 2.90×10-4～5.00×10-5cm/s，其余部分透水微弱。庫水存在沿1135m高程以上巖體滲漏及左壩肩繞壩滲漏問題。

右壩肩為Ⅱ級階地，巖性為第四系上更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）黃土狀土。上部為具有弱透水性的中～重粉質(zhì)壤土，層厚7.30～20 m，滲透系數(shù)K=7×10-5cm/s；底部砂礫石層較密實(shí)，層厚4.10～6.00 m，具中等透水，滲透系數(shù)為5×10-3cm/s，底部礫石層可能的分布高程為1130～1147 m。右壩肩巖體為砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，壩基1106 m高程以上巖體的透水率大于5 Lu，具有中等透水～弱透水性，折合滲透系數(shù)為2.70×10-4～5.00×10-5cm/s，1106 m高程以下透水性微弱。庫水存在通過松散層和1106 m高程以上巖體向下游滲漏以及繞壩滲漏問題。

4 滲漏量計(jì)算

天然狀態(tài)下，依據(jù)地形及巖性分布特征將壩段分3段計(jì)算。A段為左岸壩肩、B段為河床及漫灘區(qū)、C段為右岸壩肩。

邊界條件的界定：計(jì)算上限為天然地表；計(jì)算下限，A段取5Lu透水底界線，B、C段松散層取其底部，基巖取5Lu透水底界線。

滲透系數(shù)：粉質(zhì)壤土的滲透系數(shù)取室內(nèi)試驗(yàn)值的平均值，K為5×10-5cm/s，砂礫石夾壤土層的滲透系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值，K為5×10-2cm/s（Q4al+pl）和5×10-3cm/s（Q3al+pl）；基巖的滲透系數(shù)為試驗(yàn)值，平均值K為1×10-4cm/s。

滲流計(jì)算公式為：

一是松散層的滲漏量：如果透水層厚度不大，則可用以下近似公式求解：

式中：K為透水層滲透系數(shù)；H為壩上、下游水頭差；L為壩的底寬（均質(zhì)土壩寬約150m）；T為透水巖層厚度；B為滲漏段長度。

二是壩基基巖的滲漏量估算：堅(jiān)硬的節(jié)理化巖體壩基的單位滲漏量，可概略按下式計(jì)算：

式中：T為裂隙帶深度，其余參數(shù)的意義同公式（1）。

三是繞壩滲漏量估算：繞壩滲漏是水庫形成后滲透水流繞過大壩由壩側(cè)裂隙巖體向下游滲漏。由于兩岸坡存在補(bǔ)給河流的地下水流，其方向與滲透水流近于垂直，因此限制了繞壩滲漏帶的寬度，壩肩巖石滲透性逾強(qiáng)，補(bǔ)給河流的地下水坡降逾平緩，則繞壩滲漏帶寬度越大。當(dāng)繞壩滲漏帶寬度不能確定時(shí)，按下列公式進(jìn)行估算：

式中：H1為正常蓄水位到透水底板的高度；h1為壩下游水位到透水底板的高度；其余參數(shù)的意義同公式（1）。

表1 壩基、壩肩滲漏量計(jì)算成果表

5 結(jié)語

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果分析，自然狀態(tài)下，壩基滲漏和繞壩滲漏量約占該河流多年平均徑流量的3.23%。根據(jù)滲漏嚴(yán)重程度定量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)滲漏量小于河流多年平均流量3%時(shí)為輕微滲漏，滲漏量在3%～10%時(shí)為中等滲漏，滲漏量大于10%時(shí)為嚴(yán)重滲漏，所以該水庫壩基滲漏為中等滲漏。鑒于西北地區(qū)地表水匱乏，為保證庫容以及供水保證率，對壩基、壩肩采取工程防滲措施是有必要的。該工程的主要滲漏部位為B段（河谷段）第四系全新統(tǒng)沖、洪積層和C段（右壩肩），應(yīng)重點(diǎn)對該部位采取工程防滲措施。