水電工程中地下水滲漏量的估算

黃繼　薛偉　肖光莉

[摘要]本文主要考慮的水電建筑物包括大壩、地下廠房以及導(dǎo)流洞三個(gè)部位水工建筑物滲漏量的估算.首先查明其不同的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，從而制定出適宜的邊界條件并選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算公式和計(jì)算參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行地下水滲漏量的綜合估算研究。

[關(guān)鍵詞]水電工程 地下水 滲漏量

[中圖分類號(hào)] TV7 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-127-1

1大壩滲漏量的估算

1.1壩肩繞壩滲漏

邊界條件：庫區(qū)內(nèi)滲流介質(zhì)視為均質(zhì)的滲流介質(zhì)，地下水在介質(zhì)中的流動(dòng)屬層流，符合達(dá)西定律的適用條件。按均質(zhì)、各向同性裂隙介質(zhì)問題處理。

（1）本次計(jì)算的是基礎(chǔ)開挖后的滲漏量，其中，趾板開挖至弱風(fēng)化帶的頂部，副壩開挖至強(qiáng)風(fēng)化帶的中部（見公式1）。

Q=0.336K□H（H1+H2）lgB/r0 ------------公式1

式中：Q ---為滲流量，m3/d；B ---繞流的外部流線至壩肩的距離，m；H1---繞壩滲漏帶上游水位，m；H2---繞壩滲漏帶下游水位，m；△H ---上、下游水頭差，m；r0---2b/π，為壩肩接頭的引用半徑，m；K---滲透系數(shù)，m/d

（2）本次計(jì)算以入滲區(qū)為滲流計(jì)算的斷面。由裘布依方程式可得（見公式2）：

Q=BK■■------------公式2

式中：Q---滲流量，m3/d；H---庫水位與滲流底板高程之差，m；h---管水位與滲流底板高程之差，m；K---滲透系數(shù)，m/d；B---滲透斷面寬，m；L---測(cè)壓管之間的水平距離，m

1.2壩基滲漏

（1）根據(jù)地質(zhì)資料，水平鋪蓋厚度為t，滲透系數(shù)Kn，透水層厚度T，分別取樁號(hào)X，Y，Z為代表斷面。各代表斷面在不同庫水位H1時(shí)的實(shí)測(cè)管水位為H2。采用下式計(jì)算單寬滲流量（見公式3、4）：

q=k0■ ------------公式3

Le=1/■------------公式4

式中：q---單寬滲流量，m2/d；T---透水層厚度，m；L---兩測(cè)壓管之間的水平距離，m；0.44---滲流轉(zhuǎn)變的阻力系數(shù)；Le---等效長度；K0---壩基的滲透系數(shù)

總滲流量為（見公式5）：

Q=qB------------公式5

式中： Q---總滲流量，m3/d；B---控制斷面寬度，m

（2）據(jù)鉆孔資料分析，可以得出在不同蓄水水位時(shí)的水力坡度，這時(shí)可以采用以下公式（見公式7）：

Q=KIS------------公式7

式中：Q---滲漏量，m3/d；K---滲透系數(shù)，m/d；I----地下水水力坡度；S---滲漏面積，m2

（3）本次計(jì)算的是土壩基礎(chǔ)開挖后的壩基滲漏量.主壩趾板及副壩壩基滲漏量計(jì)算采用公式（見公式8）：

K=KBHq， qr=■arcsh■------------公式8

式中： Q---滲漏量，m3/d；qr---引用流量；B---計(jì)算段寬度，m；M---壩基下滲透層厚度，m；H---上下游水頭差，m；b---壩基寬度之半，m；K---滲透系數(shù)，m/d

2地下廠房地下水滲漏量估算

2.1計(jì)算公式的選擇

（1）洞室上、下游及個(gè)洞室兩側(cè)，地下水滲漏量按秋加也夫公式（見公式9）近似計(jì)算：

式中：Q---滲漏量，m3/d；K---滲透系數(shù)，m/d；B---集水建筑物（洞室）的長度，m；H1---影響范圍外含水層厚度，m；H2---河邊含水層厚度，m；L1---洞室側(cè)面至影響范圍外直線距離，m；L2---洞室側(cè)面至河邊直線距離，m；H0---承壓水頭差，即H0=H-h；H---含水層厚度，m；h---集水建筑物（洞室）內(nèi)水深，m；qr---承壓水引用流量。

（2）各洞室頂部，地下水滲入洞室內(nèi)的滲漏量按卡明斯基近似方程計(jì)算（見公式10）：

q=K·■·■

即：Q=K·Sm·Jm------------公式10

式中：q---單寬流量；Q---滲透總流量，m3/d；K---滲透系數(shù)，m/d；L---試段長度，m；h1，h2---兩過水?dāng)嗝婧畬雍穸?，m；Sm---平均過水?dāng)嗝婷娣e，m2； H1，H2---兩過水?dāng)嗝嫠^值，m；Jm---平均水力坡度。

2.2計(jì)算參數(shù)的選擇原則

滲透系數(shù)K，一般應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)求得，但是由于某些原因，會(huì)出現(xiàn)前期勘探未進(jìn)行此項(xiàng)工作，在這樣的情況下，K值只能按《鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)范》及有關(guān)技術(shù)手冊(cè)介紹的經(jīng)驗(yàn)公式換算（見公式11、12）：

當(dāng)試段底部距離隔水層的深度大于試段長度時(shí)，

當(dāng)試段底部距離隔水層的深度小于試段長度時(shí)，

式中：K---滲透系數(shù)，m/d；ω---單位吸水量，L/min·m·m；L---試段長度，m；r0---試段鉆孔半徑，m；

平均水力坡度Jm，一般按計(jì)算區(qū)段有關(guān)鉆孔汛期地下水位求得。

承壓水引用流量qr，采用丘加也夫圖表選定，其函數(shù)關(guān)系式見公式13：

qr=f（α·β）------------公式13

α=R/R+C； β=R/T

其中R為抽水試驗(yàn)影響半徑，m；C為洞室一半的寬度，m；T為洞室底至隔水層距離，m；均按施工地質(zhì)編錄圖取值。

兩過水?dāng)嗝嫠^值H1，H2按Jm值推算，以各洞室底板為0，以鄰近的鉆孔汛期地下水位為基礎(chǔ)，迭加壩下Xm和Ym洪水位是地下水壅水高度。當(dāng)壅水低于鉆孔水位時(shí)，在鉆孔水位上迭加；反之，按壅水高度迭加。

3電站導(dǎo)流洞地下水滲漏量估算

3.1非巖溶管道洞段的導(dǎo)流洞地下水滲漏量估算

非巖溶管道洞段主要為沿裂隙和小溶隙通過排水孔發(fā)生漏水，此段可按相對(duì)均一透水巖體進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式采用《鐵路工程水文地質(zhì)手冊(cè)》中的經(jīng)驗(yàn)公式（見公式14）：

式中： Q---滲漏量，m3/d；K---巖體滲透系數(shù)，m/d；ω---為導(dǎo)流洞單位長度面積，m2；H1---為蓄水水位，m；H2---為導(dǎo)流洞底板高程，m；

3.2巖溶管道洞段的導(dǎo)流洞地下水滲漏量估算

巖溶管道滲漏還沒有成熟的公式可用，從安全角度考慮，以洞壁出水?dāng)嗝鏋榭刂疲鈧?cè)滲漏則按完全貫通管道計(jì)算，不計(jì)水頭損失，水流為紊流，采用以下計(jì)算公式（見公式15、16）：

Q=V·ω ------------公式15

式中：Q---滲漏量，m3/d；V---斷面平均流速，m/d；H1---為蓄水水位，m；H2---為導(dǎo)流洞巖溶管道底板高程，m；d---為巖溶管道直徑，m；l---為巖溶管道長度，m；λ---為管壁系數(shù)；ω---為導(dǎo)流洞出露巖溶管道截面積，m2/d；g---為重利加速度，m2/s

4結(jié)束語

在當(dāng)代大、小型水電工程的建設(shè)中，水庫的滲漏是一個(gè)很常見的工程水文地質(zhì)問題。查明相應(yīng)的地質(zhì)-水文地質(zhì)條件情況，并制定合適的邊界條件以及選擇恰當(dāng)?shù)墓健?shù)是估算水庫滲漏量的關(guān)鍵。