水庫滲漏勘察內(nèi)容及方法分析

王 博

（四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都611731）

水利水電工程是中國重要的基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，工程的建設(shè)可有效緩解我國能源緊張的局面。水庫作為水利水電工程的重要形式，水庫的安全運(yùn)行直接關(guān)系到能源供應(yīng)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。大中型水庫工程一般都建設(shè)在深山峽谷中，不僅在工程建設(shè)初期存在很大的難度，在工程建成投入運(yùn)營后也面臨安全性問題。受到地質(zhì)條件的影響，水庫在投入運(yùn)營后可能出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。如果滲漏沒有被及時發(fā)現(xiàn)以及采取有效的處理措施，將會對水庫以及下游地區(qū)的安全性產(chǎn)生較大的威脅。尤其是對于巖溶地區(qū)的水庫而言，出現(xiàn)滲漏的幾率更大，滲漏的擴(kuò)散范圍以及速度也會更快，產(chǎn)生的直接損失和間接損失也會更大。所以為了確保水庫運(yùn)行的安全性，應(yīng)該加強(qiáng)對建成后水庫的勘察。通過勘察，不僅能夠分析水庫滲漏的原因和范圍，還能夠有針對性的制定維護(hù)方案。通過對水庫滲漏的勘察分析，不僅能夠?yàn)閹r溶地區(qū)水庫滲漏勘察提供參考依據(jù)，同時還能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)前的勘察以及設(shè)計(jì)方案提供具有建設(shè)性的建議，做好水庫滲漏的防范措施，切實(shí)提升水庫建設(shè)質(zhì)量，為促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

1 水庫滲漏水文地質(zhì)勘察內(nèi)容

修建于巖溶地區(qū)的水庫，由于受到特殊地質(zhì)條件的影響，容易產(chǎn)生水庫滲漏危害。通過對水庫巖溶進(jìn)行滲漏勘察，能夠詳細(xì)了解巖溶基礎(chǔ)的地質(zhì)情況、巖溶的發(fā)育規(guī)律以及程度，然后判斷水庫是否存在巖溶滲漏問題。如果發(fā)現(xiàn)滲漏，要進(jìn)一步分析滲漏的方式、范圍以及影響程度，然后提出維護(hù)措施，避免滲漏問題的進(jìn)一步發(fā)展。對于目前沒有發(fā)生滲漏，但是存在滲漏潛在威脅的狀況，需要有針對性地進(jìn)行長期的監(jiān)控和勘察，在后續(xù)監(jiān)控和勘察中如果發(fā)現(xiàn)問題，要及時采取處理措施，避免問題的嚴(yán)重化。在開展水庫巖溶勘察工作之前，需要明確勘察的內(nèi)容，通過對勘察內(nèi)容的分析，可詳細(xì)了解水庫巖溶是否存在滲漏問題。

1.1 地形地貌

地形地貌是水庫巖溶基礎(chǔ)地質(zhì)勘察工作的基礎(chǔ)內(nèi)容，通過對地形地貌的勘察分析，能夠了解河谷和巖溶的發(fā)育歷史，分析地形地貌對庫區(qū)地下水運(yùn)動的干擾，從而判斷水庫是否存在巖溶滲漏問題。地形地貌是水庫地質(zhì)勘察中相對較為簡單的工作，通過資料查閱即能夠?qū)Φ匦蔚孛灿写笾铝私猓缓笤偻ㄟ^一定的技術(shù)手段對地形地貌加以確認(rèn)。在勘察過程中，要了解庫區(qū)是否存在低鄰谷、低矮埡口及河灣等地形；調(diào)查研究河谷階地以及剝夷面的發(fā)育狀態(tài)，理清河谷的發(fā)育歷史，分析水文網(wǎng)的演變進(jìn)程。通過對以上內(nèi)容的研究，能夠判斷水庫與鄰谷河之間是否存在滲漏的可能性。如果水庫的正常蓄水位低于鄰谷河水位，一般不會發(fā)生巖溶滲漏。如果水庫正常蓄水位高于鄰谷河水位，則存在巖溶滲漏的危險，需要通過進(jìn)一步的勘察進(jìn)行詳細(xì)了解。地形地貌最為直觀，也是對水庫巖溶是否存在滲漏的初步判斷依據(jù)，要想得到更加詳細(xì)的結(jié)論，還需要通過技術(shù)手段進(jìn)行勘察。

1.2 地層巖性及地層結(jié)構(gòu)

地層巖性和地層結(jié)構(gòu)是引起水庫巖溶滲漏的因素之一，如果庫區(qū)內(nèi)有強(qiáng)滲透性巖體時，其所在區(qū)域內(nèi)就可能成為滲漏的通道。通過對地層結(jié)構(gòu)以及地層巖性進(jìn)行分析，有利于對庫區(qū)滲漏邊界條件進(jìn)行研究。如果河流松散堆積物主要是由卵礫石組成，但是厚度不大，透水性強(qiáng)且較為均勻。在河流上游谷坡高陡的條件下，松散堆積物大多分布于谷底，所以在壩基位置容易產(chǎn)生滲漏，處理也相對容易；如果河流松散堆積物是由多層厚度較大的粗、細(xì)粒物質(zhì)組成，一種情況是顆粒自上而下逐層變粗，透水性也會自上而下逐漸變強(qiáng)，此時上部弱水層的透水性和完整程度會影響到壩區(qū)的滲漏。另一種情況是粗細(xì)粒互層結(jié)構(gòu)，滲漏條件主要取決于細(xì)粒是否能夠有效阻隔上下粗粒透水層之間的水力聯(lián)系，這直接關(guān)系到對壩基滲漏的控制。以上兩種情況都是以基巖作為相對隔水底板，如果是在巖溶地區(qū)，下部邊界需要移到巖溶漏水帶以下。在巖溶地區(qū)的水庫，因?yàn)閹靺^(qū)底部沒有隔水層或者隔水層埋藏深度較大，則滲漏威脅較大。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

河谷大多發(fā)育在褶皺和斷層地質(zhì)構(gòu)造中，如果庫區(qū)所在地位于褶皺發(fā)育地帶，則可能伴隨著斷層和裂隙發(fā)育。一旦出現(xiàn)斷層，則常會出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。所以在對水庫巖溶進(jìn)行地質(zhì)勘察時，應(yīng)該勘察是否存在斷層，如果有斷層，要對斷層的規(guī)模、空間形態(tài)和分布情況進(jìn)行勘察。如果斷層穿過隔水層，要對隔水層出現(xiàn)缺口的位置進(jìn)行分析，判斷其是否可能出現(xiàn)滲漏。如果在庫區(qū)中分布較多不規(guī)則的斷層，斷層之間相互交錯，再伴有裂隙分布，則會大大增加水庫滲漏的風(fēng)險。在勘察時，如果隔水層相對穩(wěn)定可靠，且連續(xù)分布，則水庫巖溶滲漏的可能性較小。如果在隔水層存在斷裂和缺口現(xiàn)象，在庫區(qū)內(nèi)部和外部的可溶巖會因?yàn)槁?lián)通而導(dǎo)致滲漏。

1.4 水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件勘察是水庫巖溶滲漏勘察的重要部分，因?yàn)樯鲜霾糠痔岬降牡匦蔚孛病r性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)是加劇巖溶滲漏的直接原因，但并不是形成滲漏的充分條件。在勘察水庫的水文地質(zhì)條件時，要重點(diǎn)勘察含水層與隔水層、含水構(gòu)造、補(bǔ)給類型、徑流情況、地下水類型以及地下水水位等內(nèi)容，從而判斷水庫出現(xiàn)巖溶滲漏的概率。地下水分水嶺是水文地質(zhì)勘察中的重要內(nèi)容之一，地下水分水嶺的位置和高程是判斷水庫是否會產(chǎn)生巖溶滲漏的重要依據(jù)。如果地下水分水嶺高于水庫正常蓄水位，庫水一般不會向鄰谷滲漏，如果地下水分水嶺低于水庫正常蓄水位，庫水可能向鄰谷滲漏。如果水庫兩側(cè)巖層的滲透性存在一定的差別，或者地下水排泄的基準(zhǔn)高程不同，則地下水分水嶺的位置可能偏向滲透性較弱或者排泄基準(zhǔn)較高的一側(cè)，從而導(dǎo)致地下水分水嶺與地表分水嶺出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。在巖溶地區(qū)，如果有兩個初始排泄基準(zhǔn)不同的水系統(tǒng)，在排泄基準(zhǔn)較低的水系統(tǒng)一側(cè)就會形成較強(qiáng)的勢匯，在吸引較多水流的情況下就會增強(qiáng)溶蝕作用，從而導(dǎo)致地下水分水嶺的位置偏向于排水基準(zhǔn)較高的一側(cè)。隨著溶蝕作用的加劇，排泄基準(zhǔn)較低的一側(cè)最終會襲奪排泄基準(zhǔn)較高一側(cè)的水系統(tǒng)，從而導(dǎo)致巖溶滲漏的發(fā)生。地下水分水嶺的位置和高程主要受到巖體滲透性、地下水的補(bǔ)給形式、排泄條件、人類開發(fā)地下水以及水利工程建設(shè)等因素的影響。對地下水分水嶺高程和平面位置的確定，一般會通過測量不同地點(diǎn)的泉、水井、鉆孔等方式，然后繪制地下水等水位線圖。在明確可能發(fā)生滲漏的地點(diǎn)后，可通過技術(shù)手段加以確定。

2 水庫滲漏的水文地質(zhì)勘察方法

2.1 地質(zhì)調(diào)查及水文地質(zhì)測繪法

地質(zhì)調(diào)查主要是以不同比例尺的填圖為主要手段，比例尺的填圖精度直接關(guān)系到地質(zhì)調(diào)查的詳細(xì)程度。水文地質(zhì)測繪是在已有地形底圖和地質(zhì)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其觀察內(nèi)容主要包括含水層和隔水層的性質(zhì)、厚度、分布和變化規(guī)律及斷層的水文地質(zhì)特征，地下水與地質(zhì)構(gòu)造、地貌、地下水的補(bǔ)給、運(yùn)動和排泄情況等等。這兩種方式都與繪圖有關(guān)，并且能夠從不同的角度反映出庫區(qū)的地質(zhì)條件，所以在勘察時可將二者結(jié)合使用。對于這兩種勘察方法而言，比例尺的選擇都是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以要根據(jù)實(shí)際工作需要，選擇適宜的比例尺，以確保地質(zhì)調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性和詳細(xì)性。對于巖溶地區(qū)而言，還要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加勘察內(nèi)容，從更加全面的角度對水庫的滲漏問題進(jìn)行判斷和分析。

2.2 地球化學(xué)調(diào)查法

地球化學(xué)調(diào)查主要是對巖石、水系沉積物、水等自然介質(zhì)中的化學(xué)元素及其同位素的含量進(jìn)行測量，來研究其空間分布特征、演化規(guī)律以及地質(zhì)過程等。將地球化學(xué)調(diào)查法應(yīng)用于水庫巖溶滲漏勘察中，可以通過放射性同位素對地下水的年齡進(jìn)行估算，通過飽和指數(shù)獲取地下水的循環(huán)速率，進(jìn)而對庫區(qū)水文條件進(jìn)行分析。如果地下水的飽和程度相對較小，則說明循環(huán)速度偏快，補(bǔ)給量可能相對偏大，出現(xiàn)滲漏的可能性也較大。還可以對庫底地下水的化學(xué)類型、礦化度、電導(dǎo)率等水化學(xué)特征進(jìn)行分析，對庫底隔水層進(jìn)行判定，為抑制庫水向底部滲漏制定有效措施提供依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)庫區(qū)實(shí)際狀況，選擇適宜的化學(xué)探測方法，為水庫滲漏勘察提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

2.3 地球物理勘探和鉆探法

地球物理勘探是水庫滲漏探測中應(yīng)用較多的方法，比較常用的物探技術(shù)主要包括地震法類、電法類、電磁法類及其他，在實(shí)際使用時要根據(jù)水庫現(xiàn)場環(huán)境以及滲漏程度而確定。每種物探技術(shù)都有自身的局限性和多解性，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對水庫滲漏進(jìn)行精準(zhǔn)而快速的探測，還需要對物探技術(shù)不斷的總結(jié)和完善，形成一套有效的物探技術(shù)體系。在探測工作中，應(yīng)該遵循先整體后局部、先粗略后精細(xì)，各種物探技術(shù)相結(jié)合、互相驗(yàn)證、相互補(bǔ)充、相互約束的原則，探測的物理性質(zhì)越多，所得到的探測結(jié)果也更精確，通過各種技術(shù)的互補(bǔ)，能夠增強(qiáng)探測結(jié)果的科學(xué)性和合理性。在采用鉆探方法時，對于水庫巖溶地區(qū)，要合理規(guī)劃鉆孔數(shù)量，控制好鉆探的深度，以確保能夠達(dá)到鉆探的標(biāo)準(zhǔn)，獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

3 水庫滲漏的處理方式

水庫滲漏的危害性較大，如果在前期沒有及時采取有效的防滲措施，在后期可能產(chǎn)生較大的安全事故。所以在對水庫滲漏進(jìn)行勘察后，可根據(jù)實(shí)際狀況采取有效的防滲處理措施，下面對比較常見的防滲方式進(jìn)行分析。

3.1 巖溶區(qū)滲漏處理方法

對于巖溶地區(qū)的水庫滲漏，通常會采用以下手段進(jìn)行防范和處理。對于選址階段的水庫工程而言，要盡量規(guī)避正在發(fā)育的巖溶區(qū)域，防止壩基和壩端受到發(fā)育巖溶的侵蝕。如果無法避開，可找到促使巖溶發(fā)育的雨水來源，然后堵住正在發(fā)育的孔洞和雨水來源，阻止巖溶繼續(xù)發(fā)育。對于無法阻止的溶洞，可以采用圍欄或者豎井包圍的方式，最大程度地降低溶洞對壩體的影響。在壩體和岸體滲漏較為嚴(yán)重的位置，可以采用灌漿的方式形成阻水帷幕，以此來降低滲水的效率。如果滲漏的通道或裂隙的口徑較大，可以截?cái)酀B水通道。在平時要加強(qiáng)對水庫的維護(hù)管理，重點(diǎn)巡查容易出現(xiàn)漏水和滲水的部位，防止?jié)B漏對水庫造成更大的危害。

3.2 壩基泉水處理措施

壩基泉水是壩體基礎(chǔ)不牢的水庫較為常見的現(xiàn)象，其滲漏類型主要有孔隙型滲漏、裂隙型滲漏和管道式滲漏。庫區(qū)的地質(zhì)條件、巖土分布以及壩基筑造工藝都會對壩基滲漏產(chǎn)生不同的影響，為了減少壩基涌泉滲漏量，可以采取多種方法進(jìn)行處理。目前較為常見的處理措施有上游水平鋪蓋、帷幕灌漿、堵塞溶洞、垂直混凝土防滲墻等。采用修筑排水孔、排水渠和減壓井等方式，還能夠減少滲漏產(chǎn)生的壓力和滲流梯度。在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)該根據(jù)工程的地質(zhì)水文條件和滲漏情況，有針對性地選擇防滲方式，也可以多種方式相結(jié)合，防滲效果會更為理想。

3.3 壩基溶洞、豎井和溶蝕裂隙的處理方法

對于豎井的處理，應(yīng)先將豎井基巖以上的覆蓋層清除掉，然后將毛塊石和漿液混合后塞進(jìn)洞中填緊，最后根據(jù)井口的直徑選擇適宜的材料進(jìn)行封口。用于封口的材料要符合一定的強(qiáng)度要求，能夠承受住壩基的壓力。對于傾斜程度不大的溶洞，也可以采用此種方式進(jìn)行處理。如果溶洞與外界聯(lián)通的洞口較大，水流通過性也較好，可以設(shè)置倒濾棱體，降低水流攜帶泥沙量，防止后壩坡滑坡。對于小溶洞和溶蝕裂隙的處理，可根據(jù)地下水層和壩基之間的距離選擇合適的處理方式。如果二者之間距離較近，可挖開隔水層，開辟截流槽。如果二者之間距離較遠(yuǎn)且隔水層較厚時，可以采用灌漿的方式形成一道屏障來防止?jié)B漏。

3.4 其他處理方式

對于水庫滲漏的處理方式，還應(yīng)該根據(jù)水庫滲漏的原因有針對性地制定解決方案。在水庫選址階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段以及后期的運(yùn)營管理階段，都應(yīng)該將滲漏作為重點(diǎn)防范內(nèi)容，從各個層面做好防范處理措施，最大程度地避免水庫滲漏造成的危害。

4 結(jié)束語

隨著我國水利水電工程建設(shè)水平的提升，工程的建設(shè)范圍不斷擴(kuò)大。西南地區(qū)是我國水資源最為豐富的地區(qū)，所以在西南地區(qū)建設(shè)水利水電工程會取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時還可緩解我國能源緊張的局面。西南地區(qū)巖溶地貌較多，河谷斷面較為狹窄，巖石硬度處于中等水平，這為水庫建設(shè)提供了有利的條件，又可減少投資。但是巖溶地區(qū)滲漏現(xiàn)象較為明顯，對水庫后期運(yùn)行的安全性有很大影響，所以要加強(qiáng)對巖溶滲漏的勘察工作，為后期的安全運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。但是水庫巖溶發(fā)育情況較為復(fù)雜，周圍的水文地質(zhì)情況也較為復(fù)雜，一般的勘察技術(shù)很難得到精確的結(jié)果，所以要采用先進(jìn)的勘察技術(shù)，明確勘察內(nèi)容，提高勘察質(zhì)量。隨著我國在巖溶地區(qū)修建水庫項(xiàng)目的增多，勘察技術(shù)更加成熟，經(jīng)驗(yàn)也更加豐富，為我國水利水電工程的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。