云南某新建水庫(kù)滲漏問(wèn)題分析與評(píng)價(jià)

王邦陽(yáng)，楊在月

(1.大理白族自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 大理 671000；2.滇西應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，云南 大理 67100)

1 工程概況

該水庫(kù)工程由樞紐工程和輸水工程兩部分組成。樞紐工程主要建筑物由大壩、左岸溢洪道、左岸導(dǎo)流輸水泄洪放空隧洞組成，最大壩高85.7m，壩頂高程2102.4m，大壩壩型為黏土心墻風(fēng)化料壩；輸水工程由總干管、北干管和南干管3條管道組成，總長(zhǎng)為51.57km；水庫(kù)正常蓄水位高程2098.71m，總庫(kù)容2031.4萬(wàn)m3，水庫(kù)年供水量2319.8萬(wàn)m3，灌溉面積4.5069萬(wàn)畝，規(guī)模屬Ⅲ等中型水庫(kù)，主要解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉缺水、農(nóng)村人畜供水及工業(yè)生產(chǎn)用水問(wèn)題。

2 基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該水庫(kù)壩址區(qū)地貌上屬于構(gòu)造侵蝕河谷堆積地貌。壩址位于向陽(yáng)河與自立溝河匯口上游370m處，河谷呈“V”形，寬25～65m，河床面高程2026～2033m，兩側(cè)山頂高程2169～2185m，比高136～159m。向陽(yáng)河壩址區(qū)流向由S4°E轉(zhuǎn)向E24°S，再轉(zhuǎn)向S3°E，后轉(zhuǎn)向E25°S，平面上呈“W”流出壩區(qū)，河道彎曲，受河流沖刷作用，兩河岸坡地形起伏較大，壩址左岸為向外的凸岸地形，右岸為向山內(nèi)的凹岸地形，岸坡地形坡度一般35°～50°，局部地段平緩。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)溝谷及兩岸緩坡臺(tái)地處分布第四系松散堆積物，在河道內(nèi)主要為沖洪積(Qalp)之漂卵礫石砂層，厚度10～12.5m，河岸坡凹箐溝內(nèi)堆積大量坡積(Qpl)之碎石土層，厚度5～14m，斜坡上分布有殘坡積(Qeld)之礫質(zhì)土層，厚度1～3m，在陡坡下分布有崩塌堆積(Qcol)之塊碎石堆積層，厚度達(dá)12.5m。壩址區(qū)出露基巖為侏羅系中統(tǒng)花開(kāi)左組上段(J2h2)灰黑色炭質(zhì)粉砂巖、灰白色長(zhǎng)石砂巖、石英砂巖、紫紅色泥巖；侏羅系上統(tǒng)壩注路組(J3b)紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，夾灰白色長(zhǎng)石砂巖、鈣質(zhì)砂巖、石英砂巖地層。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)處于草坪背斜東翼偏核部一次級(jí)復(fù)式短軸褶皺構(gòu)造內(nèi)，河谷段為一短軸背斜谷，核部處于河床偏右岸，右壩肩為短軸向斜。左壩肩與河床為背斜東翼，顯單斜構(gòu)造，左岸山頂因受F7斷層左旋平移影響，巖層產(chǎn)狀傾向轉(zhuǎn)為向北東傾斜，巖層產(chǎn)狀43°～130°∠40°～75°；右岸次級(jí)向斜構(gòu)造翼部產(chǎn)狀分別為東翼產(chǎn)狀215°∠55°，西翼產(chǎn)狀15°∠46°。

2.4 水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，按地下水賦存條件及運(yùn)移形式，分為碎屑巖裂隙水和第四系松散層孔隙潛水兩種地下水類型。松散孔隙水主要埋藏在第四系坡積層和沖洪積層中，一般斜坡坡積層較貧乏，溝底沖洪積層較豐富，透水性為中等-強(qiáng)透水，屬透水巖組。碎屑巖裂隙水主要埋藏于長(zhǎng)石砂巖、砂巖、泥巖裂隙之中，接受大氣降水補(bǔ)給，季節(jié)性變化較大。強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥巖為相對(duì)透水巖組，弱(微)風(fēng)化砂巖、泥巖為相對(duì)隔水巖組。巖層透水情況表部強(qiáng)，往深部較弱。地下水主要賦存于基巖裂隙中，沿地形自然斜坡作滲流運(yùn)動(dòng)，于岸坡局部地段及低洼溝谷中排出地表，以地表水的形式向河床溝谷排泄。

3 庫(kù)盆滲漏分析

良好的庫(kù)盆是蓄水成庫(kù)的重要條件。根據(jù)壩址區(qū)出露及鉆探揭露，庫(kù)壩區(qū)巖性主要為侏羅系中統(tǒng)花開(kāi)左組上段(J2h2)灰黑色炭質(zhì)粉砂巖、灰白色長(zhǎng)石砂巖、石英砂巖、紫紅色泥巖，總體透水性較弱，隔水性好?；趬沃穮^(qū)現(xiàn)場(chǎng)11個(gè)鉆孔水位觀測(cè)及壓水試驗(yàn)資料(見(jiàn)表1—11)統(tǒng)計(jì)分析，反映出庫(kù)盆巖層透水性的以下規(guī)律[1]：

表1 CZK1壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表2 CZK2壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表3 XZK2壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表4 XZK3壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表5 CZK3壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表6 CZK4壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表7 XZK4壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表8 CZK5壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表9 XZK5壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表10 XZK6壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表11 XZK7壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

(1)岸坡孔共8個(gè)，除CZK4孔出現(xiàn)約5m的強(qiáng)透水層外，其余岸坡孔基本呈現(xiàn)中等透水-弱透水，顯示出良好的庫(kù)周封閉性。

(2)河床孔共4孔，終孔水位基本接近河床水位，表明庫(kù)底原始地下水位較高，且接近于溝底，表明在自然條件下溝谷地表水無(wú)下滲現(xiàn)象，呈現(xiàn)出良好盆底封閉性。

(3)岸坡孔終孔水位除下壩址左岸CZK4鉆孔外，其余均高于河床面水位，自然狀態(tài)下兩岸地下水補(bǔ)給河水，表明河床溝谷是地下水、地表水的排泄區(qū)。

(4)岸坡巖體透水深度大，透水性大于河床段，隨著孔深的加大，巖體透水性垂直遞減明顯，壩址除CZK3孔建基面以下仍有約7m孔段巖層呈現(xiàn)強(qiáng)透水層外，其余建基面以下孔段巖層透水性屬弱-中等透水性[2]。

綜上所述，庫(kù)盆封閉性較好，存在滲漏的可能性較小，具有建壩蓄水的條件。

4 壩址滲漏分析

根據(jù)設(shè)計(jì)及勘探資料，壩基及壩肩地下水位低于正常蓄水位(2098.71m)，大壩建基面至相對(duì)隔水層(q≤5Lu)之間還存在中等及強(qiáng)透水層，透水性較大，存在壩基及繞壩滲漏可能性[2-5]。壩址滲漏分析主要以壩軸線剖面為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，將透水率q≤5Lu的巖層視為相對(duì)隔水層。

4.1 滲透性分析

根據(jù)左壩肩CZK1、CZK2鉆孔巖性揭露及壓水試驗(yàn)資料，左壩肩中等透水層厚度20～41m，透水規(guī)律垂直遞減明顯，強(qiáng)風(fēng)化層厚度0～40m，節(jié)理裂隙發(fā)育，為張開(kāi)型，充填性差，為左壩肩繞滲主要部位。

根據(jù)壩基鉆孔巖性揭露及壓水試驗(yàn)資料，壩基中等透水層厚度20～84m，河床建基面以下強(qiáng)透水層厚度7～16m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度0～55m，河床沖洪積卵礫石砂層厚0～10m，透水性較強(qiáng)，為壩基滲漏主要部位。

受主河道與右岸自立溝河沖切割影響，右壩肩山體單薄，正常蓄水位時(shí)(2098.71m)，兩鄰谷距離120～500m；根據(jù)平面地質(zhì)測(cè)繪及XZK4鉆孔揭露，構(gòu)造上處于次級(jí)順河走向的緊密背斜褶皺核部部位，強(qiáng)風(fēng)化層厚度17～38m，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，為張開(kāi)型，充填性差，巖石破碎，長(zhǎng)石砂巖堅(jiān)硬脆、碎，透水性大，巖層走向與褶皺走向沿河順向，利于地下水向下游自立溝河排泄。根據(jù)壩址右岸鉆孔壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)及終孔水位高程資料，巖體呈現(xiàn)中-弱透水性為主，厚度56～80m，局部出現(xiàn)強(qiáng)透水段；此外，右岸CZK4鉆孔水位異常，低于河床水位4.4m，表明右岸存在滲漏的可能。

4.2 壩基滲漏量估算

壩基滲漏量采用卡明斯基公式進(jìn)行估算[3]，計(jì)算公式如下：

式中，Q—壩基滲漏量，m3/d；K—透水層滲透系數(shù)，m/d，以建基面以下透水層鉆孔壓水試驗(yàn)透水率q大值均值計(jì)；B—滲漏段寬度，m，以壩頂長(zhǎng)度計(jì)；M—壩基透水層厚度，m，以建基面至隔水層頂界之間平均距離計(jì)；2b—為壩底寬度，m；H—上、下游水頭差，m，以水庫(kù)正常蓄水位與現(xiàn)河水位之差計(jì)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 壩基滲漏計(jì)算表

4.3 繞壩滲漏量算

以正常蓄水位線與地下水交點(diǎn)的距離確定繞壩滲漏邊界，選用達(dá)西公式(潛水型繞滲)估算壩肩繞壩滲漏量[4]，計(jì)算公式如下：

式中，Q—繞壩滲漏量，m3/d；h1—壩上游透水層厚度，m；h2—壩下游透水層厚度，m，以河流水邊透水層厚度計(jì)；B—庫(kù)岸可能滲漏段長(zhǎng)度，m，以正常蓄水位與穩(wěn)定地下水交點(diǎn)至壩肩距離；r0—壩肩與巖面接觸面滲流線圓半徑，m。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 繞壩滲漏量估算表

4.4 滲漏評(píng)價(jià)

根據(jù)以上滲漏量估算結(jié)果(見(jiàn)表14)，壩基日滲漏1794m3，左壩肩日繞漏量1074m3，右壩肩日繞漏量1480m3，合計(jì)日滲漏4348m3，年滲漏量158萬(wàn)m3，占興利庫(kù)容(2031.4萬(wàn)m3)的7.8%，占該河段多年平均徑流量(5891萬(wàn)m3)的2.7%，占該河段平水期徑流量(5666萬(wàn)m3)的3.3%，滲漏量稍大，不滿足相關(guān)要求(滲漏量小于多年平均流量5%，平水期流量1%～3%)，長(zhǎng)期滲漏，將會(huì)影響水庫(kù)正常效益發(fā)揮及安全運(yùn)行；因此，需要對(duì)壩基及兩壩肩采取必要的防滲處理措施。

表14 大壩滲漏估算匯總表

4.5 防滲建議

根據(jù)壩址區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文特征等特點(diǎn)，結(jié)合同類工程防滲經(jīng)驗(yàn)，采用防滲帷幕灌漿方式，可以有效解決壩址滲漏問(wèn)題，處理后具有建壩蓄水成庫(kù)的條件。

壩基及壩肩防滲的底界主要根據(jù)巖層透水率來(lái)確定，將透水率q<5Lu視為相對(duì)隔水層，帷幕灌漿以進(jìn)入隔水層不少于1段(3～5m)為底界；兩壩肩防滲邊界主要根據(jù)水庫(kù)正常蓄水位線及其延長(zhǎng)線與蓄水前地下水位線相交點(diǎn)確定，將左壩肩以左壩端向左延165m，右壩肩以右壩端向右延100m，與地下水位相交，作為防滲邊界，總長(zhǎng)525m。根據(jù)水庫(kù)壩基、壩肩巖層破碎，水庫(kù)水頭較高的特點(diǎn)，在主帷幕上游1.5m增設(shè)1排副帷幕進(jìn)行防滲加強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)壩址滲漏情況與其所在處巖體透水能力有著直接關(guān)系，準(zhǔn)確查明壩基巖體透水規(guī)律的難度和工作量較大?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔壓水試驗(yàn)成果和水位觀測(cè)，了解基滲漏情況進(jìn)，計(jì)算其滲漏量，對(duì)壩基滲漏情況進(jìn)行定性定量評(píng)價(jià)。

(2)對(duì)壩基可采用防滲帷幕灌漿方式進(jìn)行防滲處理，可有效減弱壩基巖體滲透性，還可起到加固壩基巖體的作用，增加大壩穩(wěn)定性。

(3)壩基滲漏是一個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題，僅通過(guò)鉆孔壓水試驗(yàn)及水文觀測(cè)很難全面把握其滲透規(guī)律，準(zhǔn)確計(jì)算其滲漏量。若能對(duì)此進(jìn)一步研究，對(duì)壩基防滲有著積極地指導(dǎo)意見(jiàn)。