水庫滲漏分類與處理措施研究

李會中, 郭 飛, 潘玉珍

(1.長江三峽勘測研究院有限公司,湖北 武漢 430074; 2.河海大學 地球科學與工程學院,江蘇 南京 211100; 3.三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心,湖北 宜昌 443002)

水庫滲漏分類與處理措施研究

李會中1,2,3, 郭 飛2*, 潘玉珍1

(1.長江三峽勘測研究院有限公司,湖北 武漢 430074; 2.河海大學 地球科學與工程學院,江蘇 南京 211100; 3.三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心,湖北 宜昌 443002)

針對水庫滲漏分類研究少、不系統、欠規范之現狀,基于廣泛查閱文獻與系統歸納總結,建立按滲漏部位、滲漏介質及其組合的水庫滲漏分類體系,并結合多年來工程實踐,提出水庫滲漏處理原則與基于水庫滲漏類型、防滲條件差異的針對性處理措施,以期提高從業人員對水庫滲漏問題理論認知與工程實踐技能。

水庫滲漏;分類體系;處理措施

水庫滲漏是指庫水沿透水巖、土帶向庫外低地滲漏的現象。由于水庫滲漏輕則降低水庫效益、影響水庫正常運行,重則惡化地質條件或周邊環境,甚至危及工程安全或給人民生命財產帶來損失,因而在水庫全生命周期內對水庫滲漏問題須給予高度關注[1]。本文分析水庫滲漏分類現狀,采用綜合分類法,提出較完整的水庫滲漏分類體系,以期提高或深化專業人員對水庫滲漏問題的認識,并結合多年工程經驗,針對水庫滲漏類型或特點提出較系統的處理措施。

1 水庫滲漏分類

1.1 水庫滲漏分類現狀

國內關于水庫滲漏分類的文獻主要有：

(1) 崔冠英[2]在闡述水庫與壩區滲漏時,指出庫水外滲途徑有兩種,即庫區滲漏與壩區滲漏兩類,庫區滲漏又可分為暫時性滲漏和永久性滲漏,壩區滲漏亦可分為壩基滲漏和繞壩滲漏。

(2) 涂水源等[3]分析了來賓縣水庫滲漏原因,將來賓縣水庫滲漏類型分為孔隙型、裂隙型及巖溶型3類。

(3) 周寧[4]總結了鄂西南巖溶地區水庫調查勘察實踐,結合該區域巖溶水文地質條件及發育特征規律,將該巖溶區水庫滲漏類型劃分為巖溶管道型和溶隙裂隙型滲漏。

(4) 趙瑞等[5]分析了國內外巖溶水庫發展,綜述了水庫巖溶滲漏及防滲的研究概況,指出按滲漏途徑分類的庫區壩段滲漏和庫區滲漏,其中庫區壩段滲漏包括壩基滲漏和繞壩滲漏,庫區滲漏包括向鄰谷或向遠排泄區滲漏,或通過河灣或支谷向下游滲漏。

(5) 吳長敏等[6]分析了畢節巖溶區水庫滲漏的成功經驗,并對巖溶區水庫滲漏進行分類,即按滲漏途徑通常將滲漏分為壩區滲漏和庫區滲漏兩類。

(6) 韓鵬等[7]分析了棗莊市灰巖、變質巖不同區域的水庫滲漏量,建立了滲漏量與蓄水量的關系,為工程修建及管理提供參考。指出不同巖性水庫滲漏量特點：灰巖區水庫日平均滲漏量約為變質巖區水庫的3.9倍,同一蓄水量條件下,灰巖區的水庫滲漏量大于變質巖區水庫。

從上述國內文獻表述情況可以看出：

(1) 水庫滲漏分類研究較少,分類相對較簡單且主要集中在巖溶地區,難以覆蓋水庫滲漏所有類型,分類尚缺乏系統性；

(2) 水庫滲漏分類依據單一,表達上尚欠規范或準確,如上述文獻中“滲漏途徑”宜為“滲漏部位”,“滲漏原因”宜為“滲漏介質”,“滲漏時間”宜為“滲漏時效”,等等。

1.2 水庫滲漏分類體系建立

水庫滲漏特征因地形、構造、巖性等差異而有所不同,無論是寬緩地形區水庫,還是高山峽谷區水庫都可能發生滲漏,水庫滲漏條件包括：①地形條件,如存在地形上埡口,庫盆地形不封閉；②構造條件,由于斷層等構造發育,使本來透水性弱的完整巖體受到破壞,形成滲漏通道；③巖土條件,庫周與庫底為松散地層時,因透水性強,可能產生大面積或帶狀滲漏,存在可溶巖時,可能產生巖溶滲漏；④水文地質條件,庫盆無隔水層或相對隔水層封閉,且地下水位低于正常蓄水位時,可能存在水庫滲漏[10]。

1.2.1 按滲漏部位分類

根據水庫滲漏發生的部位,可將水庫滲漏劃分為庫區滲漏、壩區滲漏2類。

(1) 庫區滲漏。庫區滲漏產生條件為:①地貌條件上,水庫周邊存在低鄰谷或低洼地,其底面標高低于水庫正常蓄水位；②存在連通庫內外透水巖土介質且其分布高程低于水庫正常蓄水位,如古河道或冰水沉積的砂礫石層,單薄分水嶺,較厚的基巖風化殼,裂隙密集帶,斷層破碎帶,溶隙—溶洞等。

庫區滲漏主要有兩種情形,即從庫岸或庫盆底穿越地形分水嶺向低鄰谷或遠處低洼地滲漏,或經由河彎地段(地形分水嶺)滲向壩下游河道,前者屬河間(或流域間)地塊滲漏(如圖1),后者屬河彎地塊滲漏(如圖2)。

(2) 壩區滲漏。壩區滲漏按具體滲漏部位又劃分為壩基滲漏、繞壩滲漏,如圖3。壩基滲漏是指水庫蓄水后因上、下游水頭差,使水庫中水沿壩基巖土體中的孔隙、裂隙、斷層、溶洞等通道向下游的滲漏,多發生在未進行防滲處理或防滲措施不當之處,壩基滲漏降低了水庫的效益,增大了對壩底的揚壓力,還可能引起壩基巖土體潛蝕,導致壩基失穩；繞壩滲漏又稱壩肩滲漏,是指水庫蓄水后,由于上、下游水頭差,使庫水沿壩兩岸巖土體中的孔隙、裂隙、斷層、溶洞等向壩下游的滲漏。

1.2.2 按滲漏介質分類

水庫滲漏介質一般可分為準均勻介質(孔隙)、裂隙性介質(裂隙)、巖溶性介質(溶洞—溶隙)3類,據此將水庫滲漏類型分為孔隙型、裂隙型、巖溶型3類,如表1。

圖1 河間地塊滲漏示意圖Fig.1 The sketch map of massife leakage

圖2 河彎地塊滲漏示意圖Fig.2 The sketch map of meander leakage

圖3 壩區滲漏示意圖Fig.3 The sketch map of dam area leakage

1.2.3 按滲漏部位—介質組合分類

在上述分類基礎上,為準確表述水庫滲漏特點,按滲漏部位—介質組合將水庫滲漏劃分為12種類型,如表2。

表1 按滲漏介質劃分水庫滲漏類型Table 1 Classification of reservoir leakage by leakage media

表2 水庫滲漏部位—介質組合分類Table 2 Reservoir leakage spot-media combination classification

2 處理措施研究

2.1 處理原則

水庫滲漏處理一般遵循以下原則[8-9]：

(1) 查明水庫水文地質條件,確定滲漏類型與滲漏條件,估算(計)滲漏量,明確工程影響,確定是否需要防滲處理；

(2) 區別水庫滲漏類型,充分利用防滲條件(如隔水層、相對隔水層或相對弱透水層分布等),選擇適當防滲處理方案和處理方法；

(3) 防滲處理設計宜先宏觀、后具體,即先確定防滲輪廓,再進行防滲結構設計,力求技術可行、經濟合理、綠色環保；

(4) 防滲處理材料選擇,應結合防滲處理需要,既考慮其防滲性能、耐久性,又兼顧因地制宜。如堵洞或鋪蓋,應選擇塊石、黏土等當地材料；灌漿材料,除水泥外,宜適量摻入黏土或膨潤土等。

2.2 處理措施

水庫滲漏處理措施選擇因滲漏類型、防滲條件的差異而有所不同,概括起來主要為避、堵、隔、圍、截、導(排)、觀8個字,“避”即盡量避開不利地質條件筑壩建庫,“觀”即進行長期運行觀測。一般情況下,庫區滲漏多采用堵、隔、圍的方法,壩區滲漏多采用堵、鋪、截、導(排)的方法。地表具備防滲條件的,可選擇地表黏土鋪蓋、混凝土蓋板、土工膜覆蓋等,存在較低地形埡口的,可設置擋水壩(墻)或隔離措施；不具地表防滲條件的,則可選擇灌漿帷幕(水泥灌漿與化學復合灌漿、高壓噴射注漿)、混凝土防滲墻等地下防滲措施。

2.2.1 帷幕灌漿

帷幕灌漿是最常用的防滲處理措施,松散地層一般采用高壓噴射注漿,進行充填與膠結,達到防滲效果；基巖則可通過帷幕灌漿封堵產生滲漏的裂隙(成巖裂隙、構造裂隙、風化裂隙等)、構造破碎帶、巖溶管道或洞穴等；規模較大的集中滲漏通道,則可采用先堵、后灌的方式處理。

2.2.2 鋪蓋防滲

在地表用鋪蓋體防止庫水沿孔隙、裂隙、洞穴等介質產生滲漏。對于集中滲漏部位,應先進行點狀防堵,后進行面狀鋪蓋。鋪蓋廣泛用于低水頭水庫防滲或壩前輔助防滲、抽水蓄能電站庫盆與庫底防滲。防滲材料可選擇黏土、混凝土、土工膜等。

2.2.3 防滲墻、截水墻及防滲井

混凝土防滲墻多用于松散的砂卵礫石層或其他堆積層防滲；混凝土或瀝青混凝土截水墻常用于截斷引起集中滲漏的暗河、管道等；混凝土防滲井適用于處理灌漿效果不良的斷層破碎帶等。

2.2.4 封堵、圍井與圍護(隔)

封堵主要用于堵塞引起集中滲漏的管道、洞穴、構造帶；圍井適用于庫區回水范圍內的反復泉或直徑較大的落水洞；圍護是用圍井將水庫集中滲水點、漏水洞穴包圍起來,也有建壩將水庫滲漏部位隔斷。

2.2.5 堵塞與噴護

對于庫邊分散滲漏的溶蝕裂隙,可用水泥砂漿進行噴護阻水,滲漏較寬大的裂隙,先用混凝土塞填實,再輔以噴漿處理。

3 結論

(1) 針對國內水庫滲漏研究少、不系統、欠規范等現狀,基于廣泛查閱文獻與系統歸納總結,建立了按滲漏部位、滲漏介質及其組合的水庫滲漏分類體系,其中：按滲漏部位分為水庫滲漏(河間地塊滲漏、河彎地塊滲漏)、壩區滲漏(壩基滲漏、繞壩滲漏)2類(4亞類);按滲漏介質分為孔隙型、裂隙型、巖溶型3類;按滲漏部位—介質組合又分為河間(彎)地塊孔隙型、河間(彎)地塊裂隙型、河間(彎)地塊巖溶型等12類。

(2) 結合多年來工程實踐,提出了水庫滲漏處理原則與基于水庫滲漏類型、防滲條件差異的處理措施,處理原則概括為“查明條件、明確影響,區別類型、選擇方案,先定邊界、再行設計,防滲材料、性價兼顧”,處理措施概括為避、堵、隔、圍、截、導(排)、觀8個字,從而指明了水庫滲漏問題處理的工作思路與解決方法。

[1] 楊啟貴,高大水.我國病險水庫加固技術現狀及展望[J].人民長江,2011,42(12):6-11.

[2] 崔冠英.水利工程地質[M].第三版.北京:中國水利水電出版社,1999:110-120.

[3] 涂水源,方福南.來賓縣水庫滲漏特征及防治治理探討[J].廣西水利水電,1992(1):50-54.

[4] 周寧.鄂西南巖溶區水庫滲漏類型淺析[C]//中國地質學會工程地質專業委員會.西部水利水電開發與巖溶水文地質論文選集.武漢:中國地質大學出版社,2004.

[5] 趙瑞,許模.水庫巖溶滲漏及防滲研究綜述[J].地下水,2011,33(2):20-23.

[6] 吳長敏,周亞馳.畢節地區巖溶區水庫滲漏類型及處理辦法[J].中國農村水利水電,2009(10):125-126.

[7] 韓鵬,岳步德,韓曉琳,等.棗市水庫滲漏分析[J].水資源保護,2007,23(5):35-37.

[8] 彭土標,袁建新,王惠明,等.水力發電工程地質手冊[M].北京:中國水利水電出版社,2011.

[9] 水利電力部水利水電規劃設計院. 水利水電工程地質手冊[M]. 北京: 水利電力出版社,1985.

[10] 陳建生,董海洲,凡哲超,等.示蹤法對小浪底壩區繞壩滲漏通道的研究[J].長江科學院院報,2004,21(2):14-17.

(責任編輯：于繼紅)

Study on Classification and Treatment of Reservoir Leakage

LI Huizhong1,2,3, GUO Fei2*, PAN Yuzhen1

(1.ThreeGorgesGeotechnicalConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430074; 2.SchoolofEarthScienceandEngineering,HohaiUniversity,Nanjing,Jiangsu211100; 3.CollaborativeInnovationCenterforGeo-hazardsandEco-EnvironmentinThreeGorgesAreaofHubeiProvince,Yichang,Hubei443002)

Most of the dangerous reservoirs due to reservoir leakage,so it is important to deepen the reservoir leakage theory to guide damming.In this paper,the current situation of low,unsystematic and underregulated reservoir leakage classification is studied.According to the leakage position,leakage medium and its combination,the reservoir leakage classification system is established with extensive literature review and systematic summary.Combined with years of engineering practice,put forward principles reservoir leakage and targeted action based on the type of reservoir leakage,leakage conditions differences,in order to improve the employees of leakage reservoir engineering theory and practice cognitive skills.

reservoir leakage; classification system; treatment measures

2017-07-24;改回日期:2017-07-25

國家自然基金面上項目“水庫滑坡滲流與蠕變耦合分析”(41372159)。

李會中(1964-),男,教授級高級工程師,碩士,巖土工程專業,從事水利水電(巖土)工程勘察、設計生產與科研工作。E-mail:lihz8@163.com

*通迅作者:郭飛(1987-),男,博士研究生,地質工程專業,從事地質環境與地質災害研究。E-mail:ybbnui.2008@163.com

TV223.4

A

1671-1211(2017)04-0493-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.030

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170725.1716.002.html 數字出版日期:2017-07-25 17:16