甘肅某水庫工程壩基滲漏量計算分析

□周延國 □王耀軍 □郭曉峰（黃河勘測規劃設計有限公司）

1 工程概況

甘肅某水庫工程位于甘肅省慶陽市境內的葫蘆河上，葫蘆河為黃河支流北洛河右岸的一較大支流，河流多年平均徑流量2454萬m3/a。工程擬建擋水壩是由均質土壩段和混凝土壩段組合而成的復合壩，壩頂長度232.50m，最大壩高25.50m，壩頂高程1148.50 m，正常蓄水位1147 m，總庫容704×104m3，工程規模小（Ⅰ）型。

2 蓮花寺水庫壩址區地質概況

2.1 地形地貌

工程區位于甘肅省東部——隴東黃土高原區，為黃土梁峁丘陵地貌，主要的地貌類型有黃土梁、峁、川臺階地和溝谷。

壩址區河谷兩岸呈不對稱的“U”型谷。左岸河床以上出露有20～40 m高的基巖，基巖以上為風積馬蘭黃土（Q3m）；右岸岸坡全部為黃土覆蓋，主要由Ⅱ級階地和階地以上的防護林區組成。河谷地段主要發育Ⅰ、Ⅱ級階地，其中Ⅰ級階地面平坦，階面高程1135～1137m，寬150～200 m；Ⅱ級階地面高程1141～1170m，階面高出河槽10～30m，寬100～200m。

2.2 地層巖性

工程壩址區地層巖性主要由白堊系下統環河華池組碎屑巖（K1h）和第四系松散堆積物（Q）組成。

（1）白堊系下統環河華池組碎屑巖（K1h）為區內第四系地層的基底，巖性為紫紅色、棕紅色中細砂巖夾同色泥巖。

（2）第四系地層在區內分布廣泛，按其物質組成、結構特征和成因類型主要有以下三層：

第一層為第四系上更新統沖洪積（Q3al+pl）黃土狀土：主要分布于沿線溝谷的Ⅱ級階地。該層厚度變化較大，在10～25 m之間，中上部為灰黃色、褐紅色中～重粉質壤土，層厚7.30～20.00m；底部為砂礫石層，局部夾粉質壤土，砂礫石層厚4.10～6.00m，土質不均一，為Ⅱ級階地底部沖、洪積層。

第二層為第四系上更新統風積馬蘭黃土（Q3m）：主要分布在黃土梁峁頂部，巖性主要為土黃色輕～重粉質壤土。

第三層為第四系全新統沖、洪積（Q4al+pl）黃土狀土：主要分布在壩址區河床、漫灘、Ⅰ級階地及寬緩溝谷中，層厚7～11m，可分為（Q42al）新近沖積黃土和（Q41al+pl）黃土狀土兩層。其中，新近沖積黃土（Q42al）主要分布在河床和漫灘上部，巖性主要為淺黃色輕～中粉質壤土，厚度0～4 m；黃土狀土（Q41al+pl）主要分布在河床、河漫灘Q42al新近沖積黃土之下以及Ⅰ級階地上，由壤土層和砂礫石層組成，壤土層厚2.40～4.60 m，砂礫石層厚2.70～5.30 m，土質不均一，砂礫石層間夾有粉質壤土。

3 壩基巖（土）體的滲透特性

壩基河床、一級階地覆蓋層的新近沖積黃土（Q42al）和第四系全新統沖、洪積（Q41al+pl）黃土狀土上部均為粉質壤土，層厚3.60～7.50m，滲透系數K=7×10-5cm/s，具弱透水性；第四系全新統沖、洪積（Q41al+pl）黃土狀土下部為砂礫石層，層厚2.70～5.30m，滲透系數K=5×10-2cm/s，屬強透水層。壩基巖體為砂巖、泥質粉砂巖，壩基1100 m高程以上巖體的透水率＞5 Lu，具有中等透水～弱透水性，折合滲透系數為2.90×10-4～5.00×10-5cm/s，1100 m高程以下透水性微弱。庫水存在通過松散層和1100 m高程以上巖體向下游滲漏的問題。

左壩肩巖體為砂巖夾泥質粉砂巖，中等透水巖體下限高程為1135 m，折合滲透系數為 2.90×10-4～5.00×10-5cm/s，其余部分透水微弱。庫水存在沿1135m高程以上巖體滲漏及左壩肩繞壩滲漏問題。

右壩肩為Ⅱ級階地，巖性為第四系上更新統沖洪積（Q3al+pl）黃土狀土。上部為具有弱透水性的中～重粉質壤土，層厚7.30～20 m，滲透系數K=7×10-5cm/s；底部砂礫石層較密實，層厚4.10～6.00 m，具中等透水，滲透系數為5×10-3cm/s，底部礫石層可能的分布高程為1130～1147 m。右壩肩巖體為砂巖夾泥質粉砂巖，壩基1106 m高程以上巖體的透水率大于5 Lu，具有中等透水～弱透水性，折合滲透系數為2.70×10-4～5.00×10-5cm/s，1106 m高程以下透水性微弱。庫水存在通過松散層和1106 m高程以上巖體向下游滲漏以及繞壩滲漏問題。

4 滲漏量計算

天然狀態下，依據地形及巖性分布特征將壩段分3段計算。A段為左岸壩肩、B段為河床及漫灘區、C段為右岸壩肩。

邊界條件的界定：計算上限為天然地表；計算下限，A段取5Lu透水底界線，B、C段松散層取其底部，基巖取5Lu透水底界線。

滲透系數：粉質壤土的滲透系數取室內試驗值的平均值，K為5×10-5cm/s，砂礫石夾壤土層的滲透系數取經驗值，K為5×10-2cm/s（Q4al+pl）和5×10-3cm/s（Q3al+pl）；基巖的滲透系數為試驗值，平均值K為1×10-4cm/s。

滲流計算公式為：

一是松散層的滲漏量：如果透水層厚度不大，則可用以下近似公式求解：

式中：K為透水層滲透系數；H為壩上、下游水頭差；L為壩的底寬（均質土壩寬約150m）；T為透水巖層厚度；B為滲漏段長度。

二是壩基基巖的滲漏量估算：堅硬的節理化巖體壩基的單位滲漏量，可概略按下式計算：

式中：T為裂隙帶深度，其余參數的意義同公式（1）。

三是繞壩滲漏量估算：繞壩滲漏是水庫形成后滲透水流繞過大壩由壩側裂隙巖體向下游滲漏。由于兩岸坡存在補給河流的地下水流，其方向與滲透水流近于垂直，因此限制了繞壩滲漏帶的寬度，壩肩巖石滲透性逾強，補給河流的地下水坡降逾平緩，則繞壩滲漏帶寬度越大。當繞壩滲漏帶寬度不能確定時，按下列公式進行估算：

式中：H1為正常蓄水位到透水底板的高度；h1為壩下游水位到透水底板的高度；其余參數的意義同公式（1）。

表1 壩基、壩肩滲漏量計算成果表

5 結語

根據上述計算結果分析，自然狀態下，壩基滲漏和繞壩滲漏量約占該河流多年平均徑流量的3.23%。根據滲漏嚴重程度定量評價標準，當滲漏量小于河流多年平均流量3%時為輕微滲漏，滲漏量在3%～10%時為中等滲漏，滲漏量大于10%時為嚴重滲漏，所以該水庫壩基滲漏為中等滲漏。鑒于西北地區地表水匱乏，為保證庫容以及供水保證率，對壩基、壩肩采取工程防滲措施是有必要的。該工程的主要滲漏部位為B段（河谷段）第四系全新統沖、洪積層和C段（右壩肩），應重點對該部位采取工程防滲措施。