卡加水庫滲漏分析及處理措施研究

賈東彥, 馮永亮, 祁 軍

(青海省水利水電勘測設計研究院,青海 西寧 810000)

卡加水庫滲漏分析及處理措施研究

賈東彥, 馮永亮, 祁 軍

(青海省水利水電勘測設計研究院,青海 西寧 810000)

水庫滲漏嚴重影響水利資源的利用,正確分析水庫滲漏的原因是采取有效的治理措施的基礎。以卡加水庫為例,通過現場地質調查,初步判定為右壩腳存在滲漏問題,并進一步從水質分析、巖土體透水性、滲水水量與庫水位關系、滲水水量等多方面綜合分析,指出壩肩滲漏、繞壩滲漏、鄰谷滲漏是水庫滲漏的直接原因,其中壩肩滲漏是水庫滲漏的最主要原因,并提出相關防滲處理措施。

壩肩滲漏;繞壩滲漏;鄰谷滲漏;水庫滲漏;青海省

1 工程概況

青海省水資源時空分布不均,可利用量不足[1-2]。 興修水利工程,實現在空間和時間上對有限水利資源的合理調配,有利于區域經濟的發展。卡加水庫位于青海省海南州貴南縣縣城以東20 km的森多鄉境內,茫拉河一級支流達布江河下游。屬Ⅳ等小(一)型工程。水庫總庫容688.1萬m3,其中興利庫容549.3萬m3,防洪庫容108.8萬m3,死庫容30萬m3,大壩為均質粘土壩,大壩長360 m,壩高23 m[3]。

壩址區河谷呈不對稱“U”型,左岸山體高陡,右岸低緩。壩址左岸基巖直接出露,巖性為第四系下更新統沖積—湖積泥巖,成巖較差,屬極軟巖;壩址右岸主要地層巖性為風積黃土,厚約2～7 m,下伏沖積—湖積泥巖。右岸在泥巖中分布一層粉砂巖夾層,深度約16.2～16.7 m,厚度約0.5 m。

水庫于2014年10月完工試運行,試運行三個月后,右壩腳出現明顯滲漏問題。當庫水位在3 201.0 m時,滲漏水量為6.984 L/s;當庫水位在3 201.4 m時,滲漏水量為7.428 L/s。滲漏量隨庫水位升高而增加。

達布江河流量較小,平均流量約50～70 L/s,而右壩腳滲漏致使河水流量損失約10%左右,且隨庫水位升高而增加,滲漏嚴重影響水庫正常蓄水,致使水庫經濟效益無法充分發揮。

2 滲漏分析

根據現場調查,右岸壩腳土體濕潤,部分土體處于飽和狀態,局部土體由于流土破壞已發生變形,右壩肩溢洪道出口存在大量滲水(見圖1),并匯成溪流。導致右壩腳滲漏的原因可能為:壩肩滲漏、鄰谷滲漏、繞壩滲漏。為進一步探究滲漏原因,以下分別從水質分析、巖土體透水性、滲水水量與庫水位關系、滲水水量等多方面進行綜合探討。

圖1 壩后滲水Fig.1 Dam seepage

2.1 滲漏水來源分析

卡加水庫北部毗鄰一溝谷,該溝谷呈北東走向,距離壩址處約400 m,溝底高程約3 223～3 233 m(圖2)。在水庫右岸有泉水出露,經前期驗證該泉眼為鄰谷滲漏點,實測流量為0.05 L/s左右。臨谷河流水量較豐富,水位高出該泉眼約28 m。

圖2 鄰谷滲漏示意圖Fig.2 Schematic diagram of adjacent valley leakage

因此,右壩腳滲漏水的來源有兩種可能:一是北部鄰谷水;二是庫水。

為了查明右壩腳滲漏水的來源,在庫區、滲漏點及泉眼各取一組水樣,進行水質分析。對水質分析結果進行整理繪制成曲線,如圖3所示。

圖3 水質分析對比曲線圖Fig.3 Comparative curve of water quality analysis

由圖3可知,右壩腳滲水與庫水水質較相似,而右岸泉水的HCO3-、Na+離子和總堿度、礦化度均較高。由此說明右壩腳滲水主要來源于庫水。另外,右壩腳滲水的HCO3-、Ca2+離子和總堿度、礦化度均較高,說明滲水中也有少量北部鄰谷的滲流水。

在右岸壩肩開挖過程中,右岸樁號0+324 m左右,有五處泉眼出露,其中泉1位于壩軸線0+324 m縱斷面0-058 m處,測得流量為0.03 L/s;泉2位于樁號0-028 m處,流量為0.05 L/s;泉3位于樁號0+003 m處,流量為0.04 L/s;泉4位于樁號0+013 m處,流量為0.041 L/s;泉5位于樁號0+019.5 m處,流量為0.03 L/s,5處泉水共計流量為0.19 L/s,出露高程為3 195～3 196 m[4]。

壩址右岸地層巖性表層為風積粉土層,下伏泥巖。其中風積粉土層分布厚度為7.4 m左右,底部第四系下更新統沖積—湖積泥巖分布連續,厚度大,強度較高。

在深度16.2～16.7 m之間分布粉砂巖(見圖4),泥質膠結,膠結較差,厚度約0.5 m,其中含少量礫石,礫石磨圓不好,為角礫,粒徑3～6 mm。

圖4 右壩腳地質剖面示意圖Fig.4 Geological sketch map of right toe

在鉆孔中,分別對泥巖、粉砂巖進行注水試驗,結果表明:粉砂巖的滲透系數3.4×10-4cm/s,屬中等透水層;泥巖滲透系數4.6×10-6cm/s,屬微透水層。這表明右岸鄰谷滲漏泉水主要是從泥巖的粉砂巖夾層中滲出。

2.2 滲漏水量與庫水位關系

根據測量,當庫水位在3 201.4 m時,滲漏水量為7.428 L/s;當庫水位在3 201 m時,滲漏水量為6.984 L/s。根據前期水庫運行情況,當庫水位達到3 202 m左右時,滲漏水量為13.0 L/s左右。滲水量隨水庫水位增長而變化的趨勢見圖5。

圖5 滲水量與庫水位關系曲線圖Fig.5 Curve of water seepage and reservoir water level

由圖5可知,滲漏量隨庫水位的上升而增大,庫水位越高,滲流量增加速度越快,表明庫水位與右壩腳滲漏水量有直接關系。

2.3 滲漏分析

進一步分析認為,庫水可通過兩個途徑滲漏:繞壩滲漏和壩肩滲漏。

繞壩滲漏主要發生在壩址右岸,粉砂巖夾層中,滲漏量可用下式計算[5]:

(1)

式中:Q為繞壩滲水總量,m3/d;K為透水層的滲透系數,取0.3 m/d;H為水位差,取7 m;B為庫岸可能漏水段長度,取200 m;r0為壩肩與巖體接觸面處繞壩滲漏流線圓軌跡半徑,取2 m。

計算得Q=1.54 m3/d,繞壩滲漏量與鄰谷滲漏量相加不到0.3 L/s,遠小于總滲漏量。因此,右壩腳的滲漏水與北部鄰谷滲漏和右壩肩繞壩滲漏的關系不大,滲漏的發生另有通道。

鑒于庫水上升,滲水量增大,壩腳滲水與庫水水力聯系密切,同時滲水滯后時間短的特征,滲水最大可能通道在壩體與右岸岸坡接觸帶,該處滲徑短,庫水可通過壩體邊緣的薄弱地帶快速滲水至壩腳。由此可見右壩肩滲漏是主要原因。

3 治理措施

根據以上水庫滲漏情況的分析,采用排、堵相結合的方法綜合治理滲漏問題。

壩肩滲漏量較大,對水庫蓄水影響較大,采用堵截方法治理,具體措施如下:采用高壓噴射注漿方法進行處理,處理范圍在右岸壩體與壩基接觸帶,處理深度不超過20 m,長度約為86 m,從樁號0+303.66～0+389.90 m段。注漿孔采用單排嵌套布置,孔間距1.0 m,入泥巖約0.5 m,噴射成樁直徑約1.6 m,形成的防滲體最小寬1.25 m,根據現場注漿試驗,水灰比0.8∶1,比重1.60～1.64 g/cm3,漿壓0.1～0.3 MPa,自下而上噴射,泥巖上升速度4 cm/min,壩基7 cm/min,噴射管旋轉速度6 r/min。噴射結束后,利用水泥漿對噴射孔進行加壓填充補漿,至漿液不再下降為止。

針對鄰谷滲漏問題,采取排水處理,將排水體布置于泉眼出露點,形式為貼坡式排水。具體處理措施為:泉眼出露處沿壩上游至壩下游開挖一溝槽,開挖比降1∶50。泉水集中出露點插入一根2.2 m的Φ50塑料滲水管,將水集中排至反濾層的卵石層。反濾層頂部高程由泉水出露點高程控制,高于泉水出露點1 m左右。開挖槽底鋪設防滲土工膜,土工膜采用二布一膜復合土工膜,規格為600 g/m2。

繞壩滲漏量極小,對右壩腳滲漏幾乎無影響,可不采取治理措施。

4 結語

水庫滲漏原因極其復雜,采用多種方法進行綜合分析,相互驗證,對于正確分析水庫滲漏原因極其重要。查明水庫滲漏原因后采取相關處理措施可以有效治理水庫滲漏問題。

壩肩滲漏是卡加水庫滲漏的最主要原因,然而其與繞壩滲漏、鄰谷滲漏的交互影響有待進一步探討。

卡加水庫經防滲處理以后,運行近一年來,壩肩質量良好,未出現滲漏問題。

[1] 張占君.論青海高原型水利的建設[J].水利發展研究,2003,8(8):35-38.

[2] 張生福,周善邦.青海“十三五”水利發展規劃的思路和措施建議[J].科研,2015(19):191-192.

[3] 王奇紅.青海省貴南縣卡加水庫工程地質勘察報告[R].西寧:青海省水利水電勘測設計研究院,2012.

[4] 馮永亮.青海省貴南縣卡加水庫右岸壩腳滲漏問題工程地質說明[R].西寧:青海省水利水電勘測設計研究院,2015.

[5] 郭見揚,譚周地.中小型水利水電工程地質[M].北京:水利電力出版社,1995.

(責任編輯：陳姣霞)

Study on the Kajia Reservoirs’ Leakage Analysis and Treatment Measures

JIA Dongyan, FENG Yongliang, QI Jun

(QinghaiSurveyandDesignInstituteofWaterConservancyandHydropower,Xining,Qinghai810000)

Reservoir leakage has serious impact on water resources.The authors correctly analyze the cause of reservoir’s leakage,so that they can take effective control measures.Based on the Kajia Reservoir as an example,through geological survey on field,they preliminary judge that the reservoir’s leakage is on the right of dam,and further from aspects of comprehensive analysis of water quality analysis,rock mass permeability,quantity of seepage water and reservoir water level,quantity of seepage water,point out that the dam abutment leakage,the seepage around the dam and valley leakage are the direct causes of dam leakage,leakage of dam abutment is the most main reason for the leakage of reservoir.They put forward relevant measures for seepage control in order to offer a reference for the similar projects.

dam abutment leakage; seepage around the dam; valley leakage; reservoir leakage; treatment measure

2016-04-22;改回日期:2016-05-02

賈東彥(1981-),男,助理工程師,碩士研究生,地質工程專業,從事水利水電地質勘察工作。E-mail:632904326@qq.com

TV697.3+2

A

1671-1211(2016)03-0404-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.036

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160504.0924.014.html 數字出版日期:2016-05-04 09:24