試論水利水電工程基坑巖溶涌水與預測

劉惠

摘??要：在巖溶地區建設水電站的時候，會面臨大規模的巖溶涌水問題，要想解決這一問題，需要耗費大量物力和人力，巖溶區水利水電工程基坑巖溶涌水是工程施工中經常出現的地質問題，影響了工程施工，威脅著施工人員的人身安全。要想預測水利水電基坑巖溶涌水，就必須先了解水利水電工程基坑巖溶涌水的類型和特征。

關鍵詞：水利水電工程;基坑巖溶涌水;動力條件;預測模型

中圖分類號：TV221.2????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.116

在工程施工過程中，一旦出現基坑巖溶涌水問題，就會影響工程施工工期，給施工人員的人身安全造成威脅。例如，在株溪口水電站的二期施工過程中，建立了電站廠房和5.5孔的溢流壩，在一次基坑的抽排水過程，出現了巖溶涌水現象，基坑被涌水湮沒，最大涌水量達到了5?000?m3/h，施工開挖被停止。為治理該工程的基坑巖溶涌水問題，主要依靠信息技術進行工程勘探，采用膜袋灌漿方式對涌水巖溶管道進行封堵，解決了該問題。由此可見，要想解決水利水電工程基坑巖溶涌水問題，必須了解當地的地質條件，預測工程基坑巖溶涌水部位和巖溶涌水的主要類型。

1??主要特征

巖溶地下水的排泄條件和巖溶的發展程度都會影響水利水電工程基坑巖溶涌水。水利水電工程基坑巖溶涌水具有三大特點：①不均衡性。出現涌水現象的部位具有顯著的不均衡性，巖溶發育程度導致了涌水部位的不均衡性，在巖溶巖體內部，結構面的不均衡性會使巖性的可溶性產生差異，溶蝕作用大大降低，溶蝕優勢部位慢慢發育，就會產生巖溶涌水。另外，涌水量具有不均衡性，同樣也是因為巖溶發育的程度不同，基坑巖溶地下水的徑流、排泄條件存在差異，所以在不同徑流和排泄條件下的巖溶涌水量也是不同的。在相同的巖溶涌水部位，巖溶水具有不穩定性，由于季節的交替變化和降雨量的變化，巖溶涌水量也具有不均衡性。②涌水量大。巖溶涌水現象的發生是比較突然的，當基坑揭露管道水的時候，就可能突然形成涌水，造成水利水電基坑被淹沒，影響工程施工。③基坑巖溶的涌水量變化幅度比較大。基坑巖溶涌水量通常都會受到降水量的影響——在旱季，降雨量小，基坑巖溶涌水量也小;在雨季，降水量大，基坑巖溶涌水量也大。較大的涌水量常常出現在強降雨之后，且涌水量變化比較大，變幅相差數也比較大。

2??水利水電工程基坑巖溶涌水的條件

基坑巖溶的發育條件和基坑巖溶水的動力條件是基坑巖溶涌水的兩大條件，巖溶發育關系到巖溶管道的溶蝕斷裂，巖溶動力條件也是保證基坑在巖溶地下水位之下的重要條件。

2.1??發育條件

巖溶涌水的規模是由巖溶發育的規模決定的，在巖溶涌水部位當中，可溶巖和不可溶巖接觸帶、暗河系統河管道系統、可溶巖中的斷層帶、破碎帶和不整合界面組成的結構破碎帶是巖溶涌水的重點部位。在可溶巖和不可溶巖接觸帶，不透水層是不可溶巖的主要結構，不可溶巖構成了巖溶發育和地下水活動的控制界面，當巖溶水在此界面上匯集和排泄的時候，容易形成溶蝕帶和暗河，產生巖溶涌水現象。巖溶地下水通常沿著構造破碎帶進行徑流和排泄，是產生巖溶涌水現象的主要部位。在下基坑巖溶管道系統交錯地區，低于地下水位的暗河常年有水，而且水量隨著降水量的變化而變化，巖溶涌水量也比較大。

2.2??動力條件

水平滲流帶、垂直滲流帶、虹吸滲流帶和季節變化帶是巖溶地區的主要涌水動力帶，這些水動力帶都是根據水力學的相關特征和性質形成的，當巖溶水區域的水電水利工程基坑在這四個水動力帶內的時候，水流的力學性質就變為重力梯度流和壓力梯度流。當季節變化帶發生涌水的時候，巖溶涌水量往往受降水強度的影響，被降水的滲透條件所控制，涌水量比較集中，變化幅度比較大，突發性比較強，危害性比較大。

3??水利水電工程基坑巖溶涌水的類型

根據巖溶涌水量的大小，可以將水利水電工程基坑巖溶涌水分為特大巖溶涌水、大量巖溶涌水、中等巖溶涌水、少量巖溶涌水和微量巖溶涌水五種;根據基坑巖溶的地質構造，可以劃分為裂隙巖溶涌水、斷裂帶巖溶涌水、接觸帶巖溶涌水等;根據涌水形式，可以劃分為線流巖溶涌水、涌流巖溶涌水、滲流巖溶涌水;根據巖溶涌水特征，可以劃分為擴散式巖溶涌水、管道式巖溶涌水和復合式巖溶涌水;根據巖溶涌水的動態變化特征，可以劃分為穩定型巖溶涌水和突發型巖溶涌水。

4??水利水電工程基坑巖溶涌水預測

4.1??巖溶涌水類型預測

巖溶涌水類型預測主要依據巖溶地下水循環的特征和巖溶涌水動力特征，當巖溶管道和基坑破碎帶等并存的時候，巖溶涌水的類型是復合型巖溶涌水，不僅包括擴散型的涌水，還包括管道型的涌水。這種類型的危害比較大，比較難處理;巖溶斷裂層帶、溶蝕破碎帶和裂隙聚集帶等巖溶涌水類型是擴散型巖溶涌水，涌水量較小，危害性也較小，比較容易處理，容易產生壓力流巖溶涌水;暗河、巖溶管道巖溶涌水的類型主要是管道流巖溶涌水，這種類型的涌水量是比較大的，難以處理。

4.2??巖溶涌水量預測

管道涌水量預測在巖溶涌水量預測當中是比較重要的，要想進行管道涌水量預測，必須對巖溶地下水管道進行勘察。巖溶涌水預測不僅要先了解對巖溶的地質條件和發育程度，還要建立起符合當地地質的數學模型。

4.3??巖溶涌水預測方法

目前，常用的巖溶涌水預測方法是水文地質比較法和水均衡法。水均衡法主要是運用水均衡的相關原理來確定地下水量的收支關系，監理出地下水均衡的專用方程式。利用水均衡原理預測基坑巖溶涌水量的計算公式是：

Q=（1?000×A×a×X）/（d×86?400）.?????（1）

式（1）中：Q為巖溶涌水量;a為滲流系數;X為降雨量;d為均衡天數。

當降雨量在固定范圍內變化時，滲流量和降水量具有線性關系。此時，滲流系數的計算公式是：

a=∑MiXi/∑Xi2.??????????????（2）

式（2）中：Mi為每次的滲流量;Xi為每次降水量。其中，每次滲流量的計算公式為：

Mi=Xi-Yi-Zi.???????????????（3）

式（3）中：Zi為每次的水蒸發量;Yi是每次的徑流量。

當基坑巖溶涌水量是地下水徑流量的時候，S的值為1;當基坑巖溶涌水量僅僅是少量地下水量的時候，S的值小于1.?S的值根據基坑巖溶的地質變化而變化。

水文地質比較法主要依據已建工程巖溶涌水量相關資料對基坑巖溶的地質條件進行對比分析，利用相似性原理對巖溶涌水量進行預測。利用該方法找到比較相似的基坑是比較困難的，預測出的巖溶涌水值準確率較低，因此，想要提高預測準確率，必須對基坑間的巖溶地質條件的相似性進行詳細論證。

5??結束語

綜上所述，在水利水電工程基坑巖溶涌水的預測中，必須對巖溶的水文地質條件進行深入了解，建立起合理的數學模型。巖溶涌水量預測應當把水均衡法作為主要預測方法，并結合其他方法進行綜合預測。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕

Water?Conservancy?and?Hydropower?Engineering?Foundation?on?Karst?Water?Inflow?and?Prediction

Liu?Hui

Abstract：?The?construction?of?hydropower?stations?in?the?karst?area，?when?will?face?massive?problems?karst?gushing?water，?in?order?to?solve?this?problem，?you?need?to?spend?a?lot?of?material?and?human?resources，?karst?area?karst?gushing?water?conservancy?and?hydropower?engineering?geological?excavation?construction?often?appear?issues?affecting?the?construction，?threatening?the?safety?of?construction?workers.?To?predict?pit?karst?gushing?water?conservancy?and?hydropower，?we?must?first?understand?the?types?and?characteristics?of?karst?gushing?water?conservancy?and?hydropower?project?of?excavation.

Key?words：?water?resources?and?hydropower?engineering;?karst?water?gushing?pit;?dynamic?conditions;?forecasting?model