分析水库渗漏水文地质勘察内容及方法

摘　要：在本文中，笔者提出渗漏病险水库的水文地质勘察应包含的内容和需采取的手段，为渗漏病险水库的水文地质勘察提供可操作性的建议。

关键词：水库渗漏；水文地质勘察；方法
一、水库渗漏水文地质勘察内容
　　(一)地形地貌
　　主要是了解库区周围的地形地貌对库区地下水运动所产生的影响。如相邻的河谷被切割很深，其河水位低于库水位，当水库间的分水岭比较单薄时，由于渗透途径短、水力梯度大，易造成库水渗漏。
　　(二)地层岩性及地层的结构
　　渗透性强烈的岩土体是水库渗漏的主要通道之一。对于平原地区松散岩类坝基水库而言，库水可能会沿着古河道堆积物的渗漏通道流失。而在岩溶地区，当库区存在强岩溶化的碳酸盐底部并无隔水层分布时，或虽有隔水层存在，但其埋藏很深或封闭条件很差时，库水就有可能通过分水岭向邻谷、河谷的下游或远处低洼排泄区发生渗漏。
　　(三)地质构造
　　一般而言，褶皱比较发育的地段，各类断层和裂隙也都比较发育。断层破碎带，尤其是横切河谷与邻谷相通的宽大而未胶结的断层破碎带，是形成大量渗透的通道；具有宽大密集裂隙的岩层易造成渗漏；在岩溶地区，在断层带上往往发育着岩溶管道。
　　(四)水文地质条件
　　地形地貌、岩性及地质结构是决定水库渗漏的必要条件，但不是充分条件，还必须研究水文地质条件。即要进行水文地质分区，确定含水层及隔水层，查明含水构造，地下水补给、径流、排泄条件，地下水的类型，地下水的水位、流向、流速、水力坡度，地下水的化学特征等情况。勘察时要特别注意水库周围是否有地下分水
岭，以及分水岭的高程与库水位的关系，并以此来大致判断库水向邻谷渗漏的可能性。
　　(五)岩溶区的岩溶发育特征
　　在岩溶地区，需要查明库区内岩溶发育强度和岩溶发育规律。具体包括：(1)各个地层的岩溶发育强度(溶隙率)、发育方向以及受地质构造作用控制情况；(2)岩溶形态及分布规律；(3)岩溶水的动力特征(包括补排条件、垂直分带性、流动特点)；(4)建坝前后泉水流量的变化和动态变化等。
　　(六)渗漏的地质分析
　　分析水库渗漏的2个条件，即渗漏通道及其连通性。水库的渗漏通道一般有透水岩层(如砂卵砾石层)、透水带(断层破碎带、裂隙密集带)、岩溶管道等。
　　1.渗漏通道的分析
　　岩浆岩地区水库：岩浆岩作坝基、库区的基岩是比较理想的，一般不易发生渗漏。这种水库的可能渗漏通道一般是第四纪砂砾石层(河床沉积物)、基岩表面风化裂隙组成的透水层。沉积岩地区水库：最常见的是透水层的漏水，此外就是断层破碎带、节理密集带构成的漏水通道。如节理裂隙发育的砂岩，它们只要穿过坝基，同时在上游库区和下游河床出现，即可成为漏水通道。第四纪堆积物地区水库：坝下渗漏通道主要是古河道、河床和阶地内的砂卵砾石层。古河道穿过坝基或贯通上下游时，可能发生严重渗漏；建坝时如坝下的截水墙太浅，未能将砂卵砾石层全部截断，残留的砂卵砾石层就成为漏水通道。
　　2.漏水通道连通性分析
　　砂砾石层等松软岩层渗漏通道的连通性主要取决于其地层的结构特征。山区河流，河床的沉积物多为单一的粗粒物质，透水层的连通性好。中下游河床的细粒成分增加，地层呈多层、双层结构。双层结构时沉积物上细下粗，上部弱透水层构成了天然防渗铺盖，但若在建坝取土时破坏了此相对隔水层，或因受河流冲刷使隔水层出现了部分
损坏，则它就不再具有隔水作用，应将其修补完整。
多层结构时，漏水通道的连通性主要受相对隔水层的厚度、延伸情况及其完整性的影响。有的厚度较小，被渗漏水击穿后不再起隔水作用，有的延伸不远即自行消灭。基岩透水层、透水带及岩溶发育管道的连通性则受地质构造的控制。纵向河谷(岩层走向与河流流水平行)的透水层的连通性良好，而横向河谷透水层的连通性较差。
　　(七)渗漏量的估算
　　水库渗漏是指库水沿着透水岩(土)带向库外低处渗漏的现象，可分为坝区渗漏和库区渗漏。其中坝区渗漏又分为坝基渗漏和绕坝渗漏；库区渗漏包含了库水的渗透损失和渗漏损失两部分。据此，水库的总渗漏量应是以上4个部分的总和，即：Q=Q-Q坝基+Q绕坝+Q库水渗透+Q渗漏损失。式中，水库的各项渗漏量可采用地下水动力学公式、数值法或其他方法进行计算。目前在实际工作中应用最多的是地下水动力学公式。虽然用于渗漏计算的地下水动力学的公式很多，但本质上都是由达西公式演变而来。这些公式的适用条件是：地下水必须是达西流、含水介质为均质且各向同性。
　　根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)附录B.0.5条的规定，岩溶地区的水库，其渗漏量必须采用地下水动力学法和水量均衡法进行计算，并相互验证。这是由于岩溶管道中的地下水流可能不再属于达西流，地下水动力学中的有关公式可能已不再适用。水量均衡法就是根据多年实测水库水位、水面蒸发量、农业灌溉用水量等资料，利用水位-库容关系资料，计算水库年蓄变量、年平均库容量、年实际库面蒸发量。依据水量平衡原理，水库的渗漏量为：
　　  W=(WQ+WP)-(WE+Wf)±W蓄
　　  式中：W为渗漏量；WQ为上游来水量；WP为水库水面直接接受降水补给量；WE为水库水面蒸发量；Wf为水库放水量；W蓄为水库蓄变量。
　　(八)对防渗措施提出可行性建议
　　在勘察报告中要对水库的防渗措施提出合理化建议。目前我国对渗漏水库的处理措施主要有：
　　1.坝基的垂直防渗措施：目前主要是应用塑性混凝土地下防渗墙、高压喷射水泥板墙、防渗板桩(如深层搅拌桩)等挡水墙阻断渗水通道。
　　2.含砂砾石坝体的防渗措施：对于含砂砾石量高的土坝，可用帷幕灌浆、建造粘土防渗墙、冲抓套井回填、防渗土工膜铺设等方法处理坝体。
　　3.溶洞的防渗措施：对出露的或探明的岩石特别破碎的较大溶洞，应进行开挖、清理、冲洗，采用C25防渗混凝土填筑，并适当扩大防渗范围。
　　4.基岩破碎带及节理密集带的防渗：将表面破碎体全部清除，然后用C25混凝土封堵，并结合固结灌浆，使断裂破碎带整体封闭，形成区域防渗。
　　5.砂卵石渗漏区防渗：可铺设塑料薄膜进行防渗。
　　二、水库渗漏的水文地质勘察手段
　　(一)地质调查及水文地质测绘
　　对整个库区进行补充性测绘，其范围应包括渗漏通道及其进出口地段。山区水库应包括库区周围的分水岭及邻谷，平原地区则包括 正常高水位以上的第一级阶地，测绘比例尺可选用1/50000～1/10000。在岩溶地区，凡能追索的岩溶洞穴都应进行测绘，对严重存在岩溶渗漏的地段，测绘的比例尺可采用1/10000～1/2000(库区)及1/5000～1/1000(坝址)。
　　(二)水文地球化学调查
　　如利用放射性同位素资料可以估算地下水的年龄(获库水补给的地下水较年轻)；在岩溶地区，可利用饱和指数来了解地下水的循环速率(饱和程度低的地下水，其循环速度较快，获得大气降雨或库水的补给量大)。在对地下水库进行渗漏分析时，根据其库底隔水层内的地下水水化学类型、矿化度、电导率等水化学特征与灰岩含水层相差很大来判定其库底隔水层，可有效地阻止库水向底部渗漏。同时，还根据水库渗漏点的各种常规离子浓度均高于库水的事实分析认为，这是由于库盆内的软物质(岩层)逐渐被渗漏水侵蚀所致。由此判定，随着该水库蓄水年限的增长，水库的渗漏通道将变大，渗漏量也会加大。
　　(三)钻探和地球物理勘探
　　勘探剖面线应根据水文地质结构和地下水的分布情况，并结合可能的防渗处理方案作布置。在多层含水层结构区，可能渗漏的各岩组内不应少于2个钻孔，钻孔应进入隔水层或枯水期地下水位以下一定深度；喀斯特区钻孔的深度应穿过喀斯特强烈发育带。可利用井间地震波CT技术探测库区的渗漏通道与渗漏点。还可用充电瞬变电磁法、瞬变电磁法探测岩溶漏水通道异常范围。
　　(四)水文地质实验
　　如果水库建筑前的勘察资料匮乏，还应补充对相关的岩土层的渗透系数测定，为估算水库的渗漏量及其防渗提供依据。
　　(五)进行地下水动态观测
　　设立长期观测网，在可能渗漏的各岩组内不应少于2个观测孔。观测内容除常规项目外，还应观测降雨时的洞穴涌水和流量情况。
　　三、结语
　　水利水电工程的水文地质勘察是对其工程地质勘察的补充，也是工程地质勘察的一部分。因此，拟建水库渗漏的水文地质勘察也是分阶段进行，不同的阶段其勘察的内容及研究程度不尽相同。但对病险水库而言，因为其勘察的目的是直接为防渗治理设计服务，因此勘察内容及研究程度应与拟建工程的设计阶段类同，不再分阶段进行。目前用于计算水库渗漏量的方法及公式很多，但每个方法和每个公式所适应的条件是不同的。在使用时，须事先仔细研究渗漏地段的地质剖面，方能选出适用的计算方法和计算公式。