松塔水電站大壩下游河床庫水滲漏出逸問題研究

王 向 明

(晉中市瀟河流域管理局,山西 晉中 030600)

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松塔水電站大壩下游河床庫水滲漏出逸問題研究

王 向 明

(晉中市瀟河流域管理局,山西 晉中 030600)

摘要：松塔水電站為新建工程，攔河大壩為壩高62.6 m的均質土壩，下閘蓄水后下游河床約1 km～10 km范圍內出現(xiàn)嚴重的滲漏出逸。通過對滲漏出逸區(qū)的地質勘察及綜合分析確定滲漏出逸的主要原因為壩基滲漏及兩岸繞滲，同時與大壩修筑前該河段原有的泉水出流通道有直接關系。由于壩址區(qū)地質情況比較復雜，在滲漏通道準確定位方面仍存在較大困難，需在設計處理方案的基礎上進一步開展地下水滲流動態(tài)觀測及三維滲流數(shù)值模型分析，確定滲漏通道的準確空間位置及特性，以求圓滿解決松塔水電站水庫滲漏問題。

關鍵詞：水庫滲漏；原因分析；壩基及繞壩滲漏；處理措施

1　工程概況

松塔水電站工程位于山西省壽陽縣西草莊村瀟河主流——松塔河上，距壽陽縣城25 km，距晉中市城區(qū)44 km，控制流域面積1 174 km2，設計庫容9 740萬m3，是一座以城市生活、工業(yè)供水以及水力發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的中型水利樞紐工程，為晉中城區(qū)和壽陽縣提供城市及工業(yè)用水2 200萬m3，年均發(fā)電量349萬kW·h，為瀟河灌區(qū)提供農業(yè)灌溉用水885萬m3[1]。

松塔水電站樞紐工程由大壩、供水發(fā)電洞、導流泄洪洞、溢洪道及壩后發(fā)電站組成。攔河壩為碾壓式均質土壩，壩高62.6 m，壩頂長度為539 m，壩頂寬度10 m，壩腳設褥墊式排水。正常蓄水位對應庫容9 170萬m3，導流泄洪洞設在大壩左岸約40 m的岸坡上，位于溢洪道和供水發(fā)電洞之間，最大泄洪量594 m3/s。供水發(fā)電洞緊靠大壩壩頭左端，為圓形有壓隧洞內襯鋼管，壓力鋼管后接電站機組，設計流量2.6 m3/s。溢洪道位于大壩左岸約186 m處，凈寬40 m，采用寬頂堰形式，為5孔弧形閘門控制，最大泄洪量1 326 m3/s[2]。

2　大壩下游河床滲漏出逸情況

2011年底水庫下閘蓄水后壩址處斷流，庫水位開始抬升，到2012年5月底庫水位高程從下閘蓄水時的970 m已升至約1 001 m，上升了31 m。在此期間大壩下游10.3 km范圍內河道內來水只有三處原有的河邊泉水有出流，分別為距大壩1.3 km的老龍?zhí)丁?.5 km的豬咀橋以及10.3 km趙金莊，在大壩下游5 km的范圍內流量小于0.1 m3/s，在大壩下游10.3 km的范圍內流量小于0.2 m3/s，三處原有的河邊泉水出流量在水庫下閘蓄水前后及半年多時間內基本無變化。但隨著2012年汛期入庫水量的增大，庫水位高程從2012年5月底的1 001 m升至2012年10月底1 014.50 m的過程中，發(fā)現(xiàn)大壩下游河床滲漏出逸情況嚴重。實地巡查發(fā)現(xiàn)：大壩下游1.0 km以內無異常無地下水出逸，距大壩下游1 km處開始河道左右岸有地下水出逸，大壩下游1.0 km～1.6 km處庫水滲漏出逸比較明顯，河道內滲水流量也明顯增加。大壩下游10.3 km范圍內三處原有的河邊泉水出流均明顯增大，再往下游則基本穩(wěn)定未見異常。隨著入庫流量減少至0.2 m3/s，從2013年1月1日到2月25日庫水位從1 014.12 m降至1 013.42 m，下降了70 cm，平均每天下降1.25 cm，推算水庫日滲漏量為5.2萬m3，水庫滲漏嚴重。松塔水電站平面布置示意圖見圖1。

圖1松塔水電站平面布置示意圖

2013年1月11日在區(qū)域內無降水、無徑流匯入的情況下，選取較為規(guī)則的過流斷面進行斷面和流速量測，流速量測使用的是南京水利水文自動化研究所生產的XZ-3B型流速儀，依據(jù)測量數(shù)據(jù)推算出的大壩下游河床滲漏水流量值見表1。

表1　大壩下游河床滲漏水流量實測值

3　大壩下游河床滲漏出逸滲水情況分析

3.1壩址區(qū)水文地質情況

壩址區(qū)為河谷地形，較為平坦河流呈“S”型，河谷寬約240 m，呈明顯“U”型河谷，河床兩岸為基巖山坡，大部基巖裸露，壩址區(qū)地層主要為第四系地層和三疊系下統(tǒng)劉家溝組地層[1]。第四系地層主要為低液限黏土、低液限粉土和卵石混合土。壩址地下水類型為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種類型[1]。第四系孔隙水含水層主要分布于現(xiàn)代河漫灘及I級階地下的卵石混合土層，埋深1 m～4 m。碎屑巖類裂隙水含水層為三疊系下統(tǒng)劉家溝組中的長石砂巖。地下水具有多層性，壩址區(qū)地下水整體趨勢為由上游向下游、由兩岸向河床逐漸降低，在壩址區(qū)地下水位均低于河水位十余米左右[1]。大壩基礎處理過程中對軟弱覆蓋層進行了全部開挖清理，壩基及右壩肩全部為基巖基礎，左壩肩岸坡部分為第四系黃土地層進行了高壓旋噴板墻處理，整個壩基及左右壩肩按設計進行了基礎帷幕灌漿[3]。

3.2大壩下游河床滲漏量與庫水位的關系

依據(jù)水庫蓄水原始記錄資料，選擇入庫流量穩(wěn)定及維持時間較長的四個時段，在1 003 m、1 010 m、1 014 m、1 017 m四個不同庫水位情況下計算水庫日滲漏量，平均日入庫量數(shù)據(jù)由水庫上游水文測站提供。平均每日蒸發(fā)量依據(jù)當?shù)厮木痔峁┑母髟缕骄舭l(fā)量及水面面積計算，夏季與冬季差別較大。平均每日滲漏量則依據(jù)入庫量、蒸發(fā)量及庫容變化推算確定，結果見表2。

表2　不同庫水位滲漏量計算表

由表2可以看出，水庫滲漏量隨庫水位的升高增大趨勢顯著，庫水位與滲漏量關系密切。水庫滲漏日損失水量較大，在距設計正常蓄水位1 027 m還差10 m的情況下推算年滲漏已達2 803萬m3，占壩址處年平均徑流量4 616萬m3的60.7%，屬滲漏嚴重水庫，嚴重影響到松塔水電站發(fā)電及供水效益的正常發(fā)揮。

3.3下游河床滲漏出逸滲水來源部位的分析

下游河床滲漏出逸滲水來源部位可能的位置為壩址區(qū)的壩體、壩體與壩基結合部、壩基及兩岸繞滲。對于壩址區(qū)的壩體、壩體與壩基結合部的滲漏，從現(xiàn)場情況看可以排除。首先，壩體浸潤線尚未形成，大壩壩軸線上游側測壓管內至今處于無水狀態(tài)，軸線下游側測壓管大部也為無水狀態(tài)，只有末一排中間位置測壓管有水，管內水位處于較低位置無異常。其次，從壩下排水廊道滲水情況看，只有在右壩肩處的巖體裂隙中有滲水情況，經現(xiàn)場量測滲水流量為11.4 m3/h屬正常情況，其余部位未見滲水屬干狀。第三，在壩下游左壩肩位置處水電站廠房基礎開挖時觀察到，在庫水位1 014 m，基礎挖至設計高程967.35 m時，基坑內未見壩體及左壩肩方向有滲水，基本為干狀，滲水主要來自反方向的河床。第四，大壩填筑中非常注意壩體與壩基、壩體與岸基結合部位的施工，嚴格按設計進行了基礎開挖和處理，壩基與右壩肩為基巖基礎，開挖后局部遺留的尖角、反坡采取削坡、混凝土補坡，開挖后局部過程中發(fā)現(xiàn)的斷層和孔穴采取混凝土回填措施[3]。左壩肩995 m以上部位為土質邊坡，結合部位的濕陷性土層也進行了挖除處理，故可以排除壩體、壩體與壩基結合部滲漏的可能性[3]。對于壩基或兩岸繞壩滲漏則十分明顯，在水庫下閘蓄水后，大壩壩址至下游地下水位上升十分明顯，位于大壩下游700 m處的吃水井，地下水位由蓄水前河床以下約15 m升至河床高程，大壩下游約4 km處的羊頭崖村內的多年枯井出現(xiàn)復流。大壩下游10 km范圍內的三處河邊泉水均顯著成倍增大，在距大壩下游10.3 km處趙金莊段河道內的出溢滲漏水流量由大壩截流后的0.2 m3/s增大到現(xiàn)在0.8 m3/s。

3.4大壩下游河床滲漏出逸問題的地質勘察與滲漏處理設計

為查清壩基或兩岸繞滲漏的具體情況，山西省水利水電勘測設計研究院對松塔水電站大壩下游河床庫水滲漏出逸問題進行專題勘察，2013年9月提出了松塔水電站工程勘察專題報告，地質勘察主要結論為：水庫滲漏對大壩壩體穩(wěn)定性無影響，壩址區(qū)滲漏以右壩肩及繞壩滲漏為主，從右壩肩及右岸鉆孔壓水試驗及地下水位形成的地下水凹槽分析，主滲漏帶位于大壩原主河床以右至右岸古河道右邊界附近，主滲漏帶的長度約為1 070 m[4]。另外左壩肩及左岸也存在繞壩滲漏問題，從左壩肩及左岸鉆孔壓水資料及地下水等水位線分析，繞壩滲漏量不大[4]。依據(jù)勘察專題報告設計單位完成了繞壩滲漏處理設計，具體實施方法為在主滲漏帶右壩肩至右岸古河道1 070 m范圍以及左壩肩250 m范圍內進行帷幕灌漿，形成防滲體系阻擋滲漏通道，灌漿總進尺約6.58萬m，總投資約為6600萬元[4]。

4　大壩下游河床滲漏出逸問題的處理建議

鑒于處理滲漏投資較大，特別是對大壩修筑前原有的大壩下游河邊泉水出流通道尚未能進行準確的定性定量地質勘查分析，為此有必要分析論證優(yōu)化處理措施確保大壩下游河床滲漏處理達到預期效果，為此建議開展以下兩方面的工作。

4.1完善并分析蓄水運行后地下水變化情況

對下閘蓄水后庫水位和下游新布設的28個測壓管進行定期觀測，開展蓄水后地下水動態(tài)觀測(過程線，相關線，滲流坡降，滲漏量，斷面分析，空間關聯(lián))分析等；全面評估分析不同庫水位情況下滲漏量及準確的地下水動態(tài)。在監(jiān)測資料基礎上開展三維滲流數(shù)值模型分析，對滲漏通道進行研究論證及精確定位。在實施過程中宜分步分重點進行，在施工中驗證有關分析論證并完善處理滲漏設計，從而達到預期效果。

4.2攔蓄出逸滲水解決榆次供水問題

目前從水庫至城區(qū)的供水管線已鋪設完成，由于松塔水電站工程大壩下游河床滲漏出逸滲水量較大問題的出現(xiàn)，使得水庫年滲漏損失水量占到年徑流量的比值在未達到正常蓄水位的情況下就已高達60.7%，使得水庫供水效益難以發(fā)揮。鑒于大壩下游10.3 km處的趙金莊河床內的出逸滲水流量穩(wěn)定在0.7 m3/s～0.8 m3/s之間，趙金莊以下河道污染問題嚴重，同時水庫至城區(qū)的供水管線經過趙金莊河床旁。故可在滲漏問題未解決之前，在趙金莊采取低水頭攔蓄河床內滲漏水抽取到供水管線的方法解決供水不足問題，以利發(fā)揮工程效益。

5　大壩下游河床滲漏出逸問題的反思

松塔水電站水庫大壩壩高為62.6 m，是山西省已建均質土壩中最高的[5]。松塔水電站工程從20世紀50年代起，省、市水利部門就進行了多次的壩址及庫區(qū)勘查論證工作，地質勘察工作應該講是比較規(guī)范的。在帷幕灌漿基礎處理施工質量檢查中還聘請了專業(yè)檢測機構進行了大比例的抽查檢測未發(fā)現(xiàn)異常。在大壩下游河床滲漏出逸滲水問題出現(xiàn)后，建設單位多次邀請國內相關單位的專家進行論證分析同時對處理滲漏設計方案進行評審，由于滲漏通道準確定位及封堵有效性方面仍存在不確定性，部分專家對處理滲漏設計方案有異議。處理水庫滲漏不僅投資大同時還存在不確定性的問題，使得松塔水電站水庫滲漏問題的處理變得復雜，這說明我們的地質勘察技術手段和滲漏處理技術措施還有待于提高。

參考文獻：

[1]郅軍超.松塔水電站壩址區(qū)右岸繞壩滲漏分析[J].科技情報開發(fā)與經濟，2009,19(33)：125-126．

[2]趙海軍.松塔水電站工程導流泄洪洞無壓隧洞的設計[J].科技情報開發(fā)與經濟，2010,20(31)：220-221．

[3]孫惠蘭.松塔水電站大壩壩基處理措施及分析[J].電力學報，2012,(2)：177-180．

[4]山西水利水電勘測設計研究院.山西省松塔水電站工程勘察專題報告[R].太原：山西水利水電勘測設計研究院，2013．

[5]王恩瑞.松塔水電站大壩成功封頂是山西第一高度均質土壩[N].山西日報，2011-10-16(1)．

DiscussionofLeakagefromtheRiverbedattheDownstreamofSongtaHydropowerStation

WANG Xiang-ming

(JinzhongXiaoheRiverbasinManagementBureau,Jinzhong,Shanxi030600,China)

Abstract：Songta hydropower station is a brand new project,its dam across the river is a soil-based foundation with the height of 62.6 meters.Once the sluice gate was released for impoundment,there were severe cases of leakage and overflow in the downstream river beds within the scope of 1 to 10 kilometers.According to the geological survey of the leakage area and comprehensive analysis,two possible reasons for leakage were proposed：leakage from the dam base and dam bypass leakage on both sides of the dam,which were closely related with the fact that before the dam was constructed,there was a problem of original downstream overflow out of channels.Moreover,because the actual geographical situation was complicated,it was hard to locate the leakage channels.In order to solve the leakage problem thoroughly,further dynamic monitoring of groundwater leakage and three-dimensional numerical model analysis should be done in addition to the designed treatment plan,to determine the accurate leakage location and its characteristics.

Keywords：reservoir leakage;reason analysis;dam base leakage and bypass leakage;corresponding measures

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.043

中圖分類號：TV221.2

文獻標識碼：A

文章編號：1672—1144(2014)06—0214—04

作者簡介：王向明(1966—)，男，山西長治人，高級工程師，主要從事水利工程施工與工程管理工作。

收稿日期：2014-09-09修稿日期：2014-09-27