黃土地區調蓄池滲漏分析

李 鵬

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 712000）

黃土地區調蓄池滲漏分析

李 鵬

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 712000）

黃土地區調蓄水池的新建越來越多，其滲漏特性、滲漏計算及防滲處理問題亟需解決。通過對陜北定邊縣陡溝調蓄池黃土庫區地質條件說明、滲漏類型識別、滲漏原因分析及滲漏方法計算，認為黃土地區調蓄池滲漏損失量主要以前期對庫底及庫周土層的飽和需水量為主，滲漏類型主要為臨時滲漏，而后期土層飽和后滲漏即永久滲漏量對庫區蓄水影響不大。進而提出通過引水工程取用臨時滲漏量，對地下水取用困難的永久滲漏型水庫進行防滲處理。

黃土地區；臨時滲漏；永久滲漏；分析

陡溝調蓄池位于定邊縣紅柳溝鎮陡溝村以西天然凹地處，為鹽環定定邊供水提升改造工程的調蓄水池，是以供水為主的Ⅳ等小（1）型工程，總庫容963萬m3，屬Ⅳ等小（1）型工程。堤型為土堤，正常蓄水位高程1510 m，最大堤高40 m[1]。

與常規峽谷型水庫不同，陡溝蓄水池為黃土地區蓄水池，其主要滲漏為前期對庫底土的飽和需水量，飽和后滲漏量很小，而水庫建成蓄水僅飽和庫底黃土層就需要大量的水，從而形成了滲漏問題，如有大裂縫存在，滲漏將更加嚴重，如富平縣街子水庫，每日滲漏3萬～5萬m3，對于干旱區中小型水庫，滲漏量較為客觀。本文通過陡溝調蓄池庫區滲漏量進行計算，論述該類庫區滲漏問題評價中的計算方法，為今后黃土地區調蓄水池滲漏量的計算提供參考依據。

1 蓄水池區地質條件

1.1 地形地貌

蓄水池位于鄂爾多斯地臺斜向的陜北臺凹，屬陜甘寧盆地中部盆地形平原，為下白堊系向斜部分，呈單斜構造。池區地貌主要為堆積侵蝕黃土斜坡及風洪積平原，其中黃土斜坡以5°～10°的緩坡逐漸過渡到平原。

1.2 地層巖性

池區地面高程1492～1510 m，溝內坡降0.05，兩側邊坡較緩，出露地層主要為第四系黃土、黃土狀土及砂壤土層，其中黃土及黃土狀土層土質均一，主要分布在庫區兩岸，砂壤土層主要分布于溝心，根據地質勘察溝心部位上覆土層厚度在40 m左右，地層單一，下覆白堊系涇川組砂泥巖層。

1.3 水文地質

工程區為干旱的大陸性氣候，降雨量少，蒸發量大，地下水主要受大氣降水補給，池區目前為一干溝，無流水，勘探點揭示70 m范圍內未見地下水位，蓄水后主要持水層為黃土層孔隙及裂隙。

1.4 巖土層滲透系數

通過對各巖土層進行室內試驗分析，上覆黃土、黃土狀土、砂壤土層滲透系數 K=2.0×10-5～9.45×10-5cm/s，屬微透水性，孔隙率n=43%～51%，飽和度Sr=17.4%～52.5%。

2 池區滲漏問題分析

2.1 滲漏類型分析

根據池區地形條件，池區黃土粱峁兩岸有低鄰谷分布，左岸為陡溝，右岸為泉子溝，兩岸鄰谷分布如圖1，對池區鄰谷滲漏分析如下：

圖1 鄰谷分布示意(圖中兩岸水位高程為推測水位)

（1）陡溝調蓄池與陡溝鄰谷間黃土粱寬度相對較窄處正常蓄水位1510 m處，寬度約500 m，與泉子溝寬度約400 m，陡溝調蓄池溝谷底高程1475～1510 m，陡溝溝谷底高程1460～1465 m，泉子溝溝谷底高程1440～1450 m。

（2）根據野外調查，陡溝調蓄池與陡溝、泉子溝溝道內無常流水，枯水期地下水位低于溝底，據溝谷間農戶家機井調查結果顯示，鄰谷間黃土梁存在地下分水嶺，但低于正常蓄水位。

（3）分水嶺處地層結構可分為兩層，上部為第四系中上更新統風、洪積黃土狀壤土夾古土壤，下部為白堊系K1z6泥巖、砂巖，基巖分布高程1430～1440 m，低于水庫正常蓄水位。

（4）黃土滲透系數 3.71×10-5cm/s＜1×10-4cm/s，屬于弱透水層；黃土狀壤土滲透系數 7.45×10-5cm/s＜1×10-4cm/s，屬于弱透水層。

經過對分水嶺地形地貌、地層結構以及地層滲透性的綜合分析，鄰谷滲漏對水庫蓄水影響較小，水庫蓄水初期存在暫時性滲漏，但水庫永久滲漏輕微，對水庫蓄水運行影響不大。

2.2 庫區臨時滲漏及其滲漏量計算

由于池區溝谷均為干溝，缺少季節性河流，為解決其缺水問題，利用池區洼地做水庫盆地，蓄積外來引水，庫身全部坐落于黃土中，根據前述基本地質條件，地下水位埋深較大，庫底主要組成為Q3eol黃土、Q2eol+pl黃土狀壤土夾古土壤及Q3al+pl砂壤土，根據試驗結果，滲透系數為2.0×10-5～9.45×10-5微透水，可不考慮蓄水后堤基及堤肩滲漏問題，含水率w=5.9%～13.3%，飽和度Sr=17.4%～52.5%,含水率較低，且遠未飽和。

臨時滲漏主要發生在蓄水初期，為浸潤庫底黃土層滲漏類型。其滲漏原因主要由于黃土飽和差較大，存在較大負壓，飽和庫底的黃土層需要大量水，時間較長，滲漏主要補給浸潤庫底黃土層，如圖2。當下滲水的鋒面達到地下水面或不透水層，該階段的滲漏結束。

圖2 庫水對圍堤區黃土層的浸潤

根據勘探調查，池區黃土均質，地下水基本水平，水庫蓄水后滲漏是垂直的，當滲透鋒面達地下水面或不透水層時，浸潤線輪廓在橫斷面如圖3，根據水面寬度、蓄水深度和入滲深度的不同，可將庫底劃分為若干計算段，根據《黃土地區工程地質》中關于浸潤庫底黃土層滲漏量的計算公式[2]其浸潤飽和庫底滲漏量為：

式中：Vi為第 i段飽和庫底滲漏量，m3；bi為第 i段水面寬度，m；Hi為第i段水庫平均水深，m；hi為第i段庫底以下非飽和黃土厚度，m；Li為第i段長度，m；μ0i為第i段庫底黃土飽和差，可取黃土飽和含水量與自然含水量之差，以體積比記為孔隙度n與天然體積含水量之差；a為浸潤輪廓向外擴散以H計的倍數，一般取3～4。根據以上公式計算如表1，示意圖如圖3。

圖3 圍堤區浸潤庫底黃土層滲漏總量計算示意圖

表1 圍堤區浸潤庫底黃土層滲漏量計算

根據計算結果可知，使庫底飽和共需水量約1070.8萬m3，蓄水前期每日滲漏量為1.43萬m3，占每日補給水量的20%左右，經過約2.05年可完成該飽和過程。

2.3 庫區永久滲漏及滲漏量計算

庫區浸潤臨時滲漏完成后，隨著時間的延長，滲流水向外擴散，隨著時間延長，滲流水向外擴散越遠，滲流量在不斷減小，并最終形成穩定滲流（圖 4），即水力坡降隨時間增長而變小，根據同類水庫運行特點，可用體積法估算其滲漏量，根據達西定律簡要計算其滲流量見表 2。

圖4 圍堤區永久滲漏計算示意

表2 庫底黃土層飽和后圍堤區滲漏量計算

根據設計提供資料，引水管流量為0.8 m3/s，每日滲漏量占補給量的2%左右，對庫區蓄水影響不大。

3 滲漏損失及防滲處理

3.1 滲漏損失評價

由于黃土導水性小，滲透性不大，故陡溝水庫鄰谷滲漏損失對庫區蓄水影響不是很大；鄰谷滲漏通過黃土地層的滲漏量雖然不大，但長期浸滲，鄰谷斜坡黃土層中固體顆粒間的膠結物軟化、溶解和流失，有可能在水動力作用下，土顆粒逐漸被水流帶出，發生管涌。或者鄰谷斜坡黃土在滲漏水流浸潤后，抗剪強度大大降低，使鄰谷岸坡產生滑坡，再加上鄰谷滲漏地段有嚴重塌岸的可能，使得滲漏途徑縮短，滲漏量不斷加大，而滲漏的加大，又進一步增添了鄰谷岸坡的不穩定因素。總之，黃土梁構成的水庫鄰谷滲漏，即使滲漏量不大，也應考慮防滲處理。

黃土地區臨時滲漏量較大，但從水資源綜合利用考慮，可認為其滲透到有限范圍內，把地表水作為地下水儲存起來，只是改變了水的蓄存方式，并未造成滲漏損失，在使用時可通過井抽取一部分，目前，國內都有尋找適宜條件，修筑人工補水的地下水庫儲存水源以防止其被大量蒸發的實例。

3.2 防滲處理

鄰谷滲漏的防滲處理應與塌岸處理同時考慮，清除岸坡疏松坡積堆積物，如鄰谷原岸坡過陡，應適當削坡。

對陜北地區，引入水源貧乏，當庫底滲漏量大，不能發揮蓄水效益，且地下水取用困難時，應對庫底進行防滲處理。處理方法是先蓄水一兩次，等庫水干后，填塞構造裂縫和濕陷裂縫，再整理庫底進行原土翻壓，或塑料薄膜防滲處理。

4 結語

蓄水池滲漏問題是蓄水池重要的工程地質問題，黃土地區蓄水池滲漏主要在前期臨時滲漏，應視其滲漏量大小、補水、取用難易程度等進行區別對待，采取對應的防滲措施。

[1]李鵬,王德輝等.陡溝調蓄池工程工程地質勘察報告[R].陜西西安：陜西省水利電力勘測設計研究院，2017.

[2]喬平定,李增均.黃土地區工程地質[M].北京:水利水電出版社，1990

TU991.13

B

1673-9000（2017）05-0125-03

2017-05-20

李鵬（1985-），男，山西晉中人，工程師，主要從事水利電力勘測設計工作。