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水库渗漏的影响及解决方法

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:水库渗漏可分为暂时性渗漏与永久性渗漏两种,前者是指水库在蓄水过程中,为了饱和库区水下部分的岩石孔隙、裂隙和洞穴等所损失的水量。但当库水位超过向斜谷的透水层顶部高程时,则可产生渗漏;单斜谷则往往是只向一侧邻谷渗漏。

水库渗漏的影响及解决方法

水库渗漏可分为暂时性渗漏与永久性渗漏两种,前者是指水库在蓄水过程中,为了饱和库区水下部分的岩石孔隙、裂隙和洞穴等所损失的水量。但它没有漏出库外,故可不做研究。后者是指:①经由水库盆地边缘渗向邻近河(沟)谷低地,或经由河曲部分渗向坝下游河道的漏失现象;②经由坝基或绕过坝肩,渗向坝下游河道的水。本节重点论述第①种情况,对第②种情况将在第三章坝址区工程地质勘察中叙述。

一、可能产生水库渗漏的条件

分析判定水库是否存在渗漏问题,应从整个水库地区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等方面作综合分析研究才能得出正确结论。

(一)地貌

库区一侧如存在低凹单薄地块和邻谷谷底高程比正常库水位低时,如图2-1所示,应注意有无地下水分水岭和渗漏通道存在;如单薄山脊有构造破碎带或透水性强的岩层分布时,则可能渗漏。邻谷割切得愈深,与库水位相差水头(ΔH)愈大,则渗漏量愈大。

(二)地层与岩性

地层与岩性是决定和划分地下水类型、影响水库渗漏的主要因素,如图2-2所示,现分述如下。

图2-1 水沿单薄山脊渗漏及库水位高于原地下分水岭A点的渗漏

(a)水沿单薄山脊处渗漏;(b)水沿河间地块透水岩层渗漏(水库正常高水位高于原地下分水岭A点)

图2-2 地层与岩性影响水库渗漏

(a)沿倾向库外透水岩层(砂、砾岩)的渗漏;(b)沿连通的洞穴、裂隙大量渗漏;(c)沿较大透水砂卵石层渗漏;(d)沿两岸松散砂砾层大量渗漏

1.库盆为第四纪松散地层

砂、砂砾石、砂卵石和空隙率大的坡积层等各种透水性强的地层最易产生渗漏。透水岩层越厚、颗粒越粗、空隙率、渗透系数和渗透坡降越大,其渗漏量也越大。库盆如为粘土、亚粘土、淤泥、泥炭、黄土等各种粘性土层,因其透水性小,一般不至产生渗漏。

图2-3所示表示河道经过变迁后,库水向沿埋藏在古河道中砂砾石层渗向下游的情况,故对有古河道的地区,在选择库址时,应加以注意。

2.库盆为坚硬的基岩地层

库盆为花岗岩、砂岩、页岩、片麻岩等各种非岩溶化的岩石地层,如果没有严重风化、断裂和破碎带存在,一般不会产生库区渗漏。

图2-3 库水沿古河道砂砾石层渗向下游

(a)平面图;(b)剖面图

库盆如为石灰岩石膏等各种遇水可溶蚀的岩石地层(通称岩溶化地层),一般都存在岩溶(喀斯特)洞穴通道和溶蚀裂隙,最易产生渗漏、国内外库区产生大量渗漏的水库,多是沿这种岩溶化地层渗漏或者沿第四纪砂砾(卵)石层渗漏,所以对这类地区必须着重勘察。

根据国内外以往实践经验,具备下列地质条件的岩溶化地层,最容易产生渗漏:

(1)岩溶往往沿着可溶岩层面,特别是可溶岩与非可溶岩的层面发育。特别是当岩溶化地层倾向邻谷低地或下游,并且出露于地表或埋藏不深时,如图2-4所示,不仅一岸产生渗漏,另一岸也有可能通过库底产生渗漏。在分水岭单薄的河间地段更是如此。

图2-4 沿可溶岩层面渗漏

(2)构造断裂是岩溶最容易发育的地方。当断裂从库内延伸至库外时.就有可能发生渗漏。如隔水层分布不连续,又遭受断裂切割,则可能产生局部集中渗漏。断层破碎带宽度越大,胶结越不好,岩溶越发育,渗漏也就越严重,如图2-6所示。

(3)钙质成分越多的可溶性岩层,渗漏可能性越大。但含镁质成分很多的白云岩和含硅质很多的硅化灰岩以及含泥质很多的泥灰岩等,相对来说则比较不易溶解,故其渗漏的可能性就较小。

(4)如坝端一岸有河湾存在,岩层走向及构造线走向又顺河湾方向发育,岩溶通道则易顺此方向发育,库水也容易从河湾取近道渗向下游,如图2-5所示。

(5)串珠溶洞、裂隙通道或暗河通道中的地下水,虽然补给河水,但在分水岭的地下水位低于水库正常高水位时,库水就会产生倒灌,而形成渗漏。如原来已经是河水补给地下水的,则建库后渗漏量将加大,甚至形成空库。如辽宁省某水库,库盆为石灰岩,坝址上游约1km处,建库前河水即已渗入地下,形成干河段,建库后一直蓄不上水,形成空库,这就说明库址选择不合适。

如果岩溶地区的水库周边或库底有连续的第四纪不透水土层覆盖,或者岩溶洞穴、裂隙等已被粘性沉积物充填密实,则一般也不易产生渗漏。但必须注意其厚度、分布范围、土的物理力学性质、水理性质、化学成分及蓄水后是否会发生冲刷、管涌、边坡坍滑等而致失去隔水作用。

(三)构造与断裂

断层破碎带和节理裂隙密集带,是极易渗漏的通道(见图2-6),当其通过或者横穿库岸分水岭时,易使库水渗漏。但当断层带被胶结物胶结得很好或者裂缝已被粘性土充填时,一般就不会产生渗漏。

图2-5 有河湾的岩溶通道渗漏

褶皱构造对水库渗漏的影响,如图2-7所示。从图中可以看出,背斜谷往往是有利于漏水的;而向斜谷则不然,当库岸外围有相对隔水层包围,且隔水层高程高于库水位时,则是良好的蓄水构造盆地,即使库岸是透水性较大的岩层,也不易渗漏。但当库水位超过向斜谷的透水层顶部高程时,则可产生渗漏;单斜谷则往往是只向一侧邻谷渗漏。总之,分析地质构造对水库渗漏的影响,必须结合地貌、岩性、水文地质条件等综合分析研究,才能得出正确的结论。

图2-6 沿岩溶或断裂破碎带的渗漏

(a)沿倾向库外严重节理裂隙带渗漏;(b)沿倾向库外断裂破碎带渗漏(www.xing528.com)

图2-7 褶皱构造对水库渗漏的影响

(a)背斜谷;(b)向斜谷;(c)单斜谷

(四)水文地质条件

水库是否存在永久渗漏,起决定因素的是水文地质条件。因为地层岩性、构造断裂及地形地貌等地质因素都要在水文地质条件上反映出来。所以分析水库是否漏水,关键在于了解库岸天然地下水位的高程以及地下水和河水的变化动态

(1)库盆修建在不透水的岩层上(连续的粘性土层、非可溶性的基岩),一般不会渗漏。

(2)当库区地段的河水补给地下水或者天然河床已向邻谷漏水时,则当水库蓄水后必然会加剧永久性渗漏,如图2-8所示。

图2-8 未建库前河水就向邻谷渗漏

图2-9 地下分水岭低于正常高水位

(3)当两岸地下水的分水岭高程,低于水库的正常高水位,且岩层是强透水时,则水库蓄水后必然会使河间地块的天然地下分水岭消失,水库必将产生永久性渗漏,如图2-9所示。

(4)当地下分水岭达到或超过水库的正常高水位时,则不会产生永久性渗漏,如图2-10所示。

图2-10 地下分水岭高于正常高水位

图2-11 地下分水岭随水库水位升高而升高

(5)当地下水分水岭高程虽然稍低于水库的正常高水位,如岩层透水性不是太强烈或者河间地块有较大的渗入量时,则地下水分水岭水位可能变高到超过水库正常高水位,水库也就不会产生永久性渗漏(见图2-11)。遇有这种情况,建库前不要盲目进行防渗处理,可在建库后根据水位变高情况,再决定是否需要处理。

在分析库岸分水岭地下水时,必须谨防误将悬挂的泉水或悬挂的含水层(或叫上层滞水、悬挂水)的地下水位当作该地区真正的地下水位;在多层含水层地区,不要把上层含水层的地下水位和下层含水层地下水位混淆起来;也不要把不是排泄地下水的溪沟,误认为是岩溶水排泄的基准面,以免做出错误的结论。

二、水库可能渗漏地段的工程地质详查

(1)工程地质详查一般是在分析收集的地质资料和现场踏勘的基础上,在可能产生渗漏地段上进行的,其勘察内容包括如下几点:

1)查明透水岩层的厚(宽)度、分布高程和范围以及相对隔水层的具体位置及防渗程度,并提供岩层的渗透系数等计算指标。

在基岩组成的岸边,需查明穿过分水岭断层破碎带的产状、宽度、填充物性质,胶结程度等及其对渗漏的影响。

在松散沉积物组成地区,须查明古河道及强烈透水层的分布高程、宽度、厚度、组成透水岩石的颗粒级配及渗透系数。如渗漏地带上有覆盖层,应查明其厚度、岩性、土的物理力学性质、防渗性能及其发生管涌条件。

2)查明渗漏地段地下水的化学性质

3)查明渗漏地段隔水底板垫层的埋藏条件,以及地下水分水岭的位置高程和变化规律。

4)绘制水文地质剖面图,并计算水库处于正常水位时渗漏带的永久渗漏量,分析由于渗漏引起邻谷或洼地处发生浸没等不良现象的可能后果。

(2)库区渗漏地段工程地质勘察方法。

1)首先应进行工程地质测绘(包括井泉、溶洞调查)。比例尺一般为五千分之一到两万五千分之一,测绘范围应包括库区可能渗漏地段,邻谷及其间的河间地块,对重点地段应做实测地质剖面,其比例尺应大于一般测绘的比例尺。

2)勘探工作。勘探是了解岩层透水性和地下水位的重要手段。一般应在渗漏的河间地段沿平行地下水流向布置勘探剖面,其上至少要有2~3个钻孔。必要时还应沿垂直地下水流向布置勘探剖面,若渗漏通道为横切分水岭的断层破碎带时,则剖面应垂直断层走向布置。勘探剖面间距应视工程地质条件而定,复杂地区间距为1~0.2km,简单地区可适当加宽。孔深一般应打到隔水底板或最枯地下水位以下5m左右或者根据水文地质计算的需要而定。

中型水库可首先利用物探工作方法,来探明渗漏地段的地下水分水岭位置、地下水流速和流向、古河道及大裂隙、大岩溶洞穴的埋藏深度和范围,但要在关键部位用钻探证实物探成果的可靠性

3)水文地质试验。为了求得渗漏地段上各岩层的渗透系数,可结合钻孔在相当于正常库水位以下的孔深分段进行压水试验。

4)地下水动态观测工作。在可能发生渗漏的重点地段,宜及早对井泉钻孔等进行地下水动态长期观测工作。观测内容为水位、流量、水温和水化学成分等,观测工作至少坚持一个水文年,对于地下水动态和观测的时间间隔可参阅表2-1。

表2-1 地下水动态和观测时间间隔表

表2-1观测时间,仅作为一般参考。对于一个地区的地下水动态,在没有摸清它的规律之前,间隔时间要短些,当摸清了规律之后,可以适当延长间隔时间,但每次暴雨过后,应加密观测次数,直到河道洪峰过后,再逐渐恢复正常观测。

5)在库区河段或邻谷,有时可在渗漏地段的上游适宜位置,布置水文测量断面,测量河流通过该地段时的流量增加或减少值。从水量平衡中也可分析出河段是否存在渗漏(可委托附近水文站协助测量)。

经过详细勘察,应对可能发生渗漏的地段或库区,编制地下水等水位线图,这对正确分析渗漏的可能性是很重要的。如某水库紧靠坝端部位地下水位高于正常库水位,原来认为不会产生渗漏,但蓄水后,发生渗漏,通过详细勘探和编绘地下水等水位线图,才发现远离坝端还有三个地下水凹槽(即有4个地下水分水岭)均低于正常库水位,因而造成渗漏。这一实例说明仅仅根据少数几个孔的地下水位就下结论,在复杂地质条件地区往往容易带有片面性,甚至出现错误。

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