彭家莊水庫(kù)壩址區(qū)滲漏探測(cè)中綜合物探的應(yīng)用

郭玉龍,趙愛徐,蘇燦英

(大理州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,云南 大理 671000)

1 滲漏概況

彭家莊水庫(kù)為中型水庫(kù)，總庫(kù)容為1201.7萬(wàn)m3，大壩壩高63.4m，壩型為黏土心墻風(fēng)化料壩。水庫(kù)蓄水后下游有6個(gè)(編號(hào)1#—6#)明顯滲漏點(diǎn)，分布位置如圖1所示，滲漏點(diǎn)主要分布于壩腳排水棱體和右岸溢洪道附近，其中1#和2#滲水點(diǎn)位于壩腳排水棱體部位，高程1776.6m，滲漏量約40L/s；3#滲漏點(diǎn)位于溢洪道左邊墻外側(cè)，高程1787.9m，滲漏量約5L/s；4#滲漏點(diǎn)位于溢洪道右邊墻外側(cè)，高程為1782.3m，滲漏量約5L/s；5#滲漏點(diǎn)位于溢洪道右邊墻外側(cè)，高程為1772.9m，該滲漏點(diǎn)水流由下而上冒出，具有承壓性，滲漏量約30L/s；6#滲水點(diǎn)位于導(dǎo)流洞出口右岸坡腳，高程為1776.7m，為零星滲水，滲漏量約0.5L/s，1#—6#滲水點(diǎn)，總滲漏量約為80L/s，滲漏點(diǎn)滲水量隨水庫(kù)水位升高而增大，滲水清澈，均無(wú)帶泥、帶沙現(xiàn)象。

2 綜合物探工作方法和布置

2.1 工作目的

彭家莊水庫(kù)滲漏問題嚴(yán)重影響水庫(kù)蓄水，長(zhǎng)期異常滲漏將形成滲透破壞，對(duì)水庫(kù)安全運(yùn)行造成威脅。因此，查清水庫(kù)滲漏問題，為水庫(kù)滲漏處理提供翔實(shí)的基礎(chǔ)資料和可靠的科學(xué)依據(jù)尤其重要。鑒于水庫(kù)滲漏涉及壩體、壩基、壩肩岸坡繞壩滲漏，具有水庫(kù)下游出水點(diǎn)多、滲漏范圍廣、滲漏量大的特點(diǎn)；如采用現(xiàn)場(chǎng)水位觀測(cè)、滲漏觀測(cè)和地質(zhì)資料分析，只能對(duì)滲漏問題進(jìn)行定性判斷，無(wú)法進(jìn)行定量分析；采用地質(zhì)鉆孔勘探方法控制范圍有限，不能有效、全面反應(yīng)水庫(kù)滲漏情況；采用單一物探方法不能解決所有問題，探測(cè)成果準(zhǔn)確率低，精度低。本文擬采用綜合物探法對(duì)水庫(kù)滲漏進(jìn)行綜合探測(cè)，相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，全面、準(zhǔn)確查清水庫(kù)滲漏問題。

2.2 工作方法

針對(duì)彭家莊水庫(kù)滲漏復(fù)雜性并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作條件，滲漏探測(cè)工作采取“水陸結(jié)合”的方式開展工作，綜合物探工作主要布置在庫(kù)區(qū)、壩頂、大壩下游壩坡及左右?guī)彀兜裙こ滩课唬膊捎脗坞S機(jī)流場(chǎng)擬合法(簡(jiǎn)稱流場(chǎng)法)、水下地形單波束測(cè)試法、自然電場(chǎng)法、反磁通瞬變電磁法、溫度場(chǎng)法和孔內(nèi)流場(chǎng)法等6種物探方法[1- 3]。

(1)水庫(kù)滲漏入水口的確定：采用偽隨機(jī)流場(chǎng)法查明庫(kù)區(qū)滲漏入水口的具體位置和分布高程；對(duì)壩前庫(kù)區(qū)100～150m的水下范圍進(jìn)行檢測(cè)，具體步驟為以流場(chǎng)擬合法為主，在庫(kù)區(qū)進(jìn)行面積性檢測(cè)，在發(fā)現(xiàn)異常部位進(jìn)行加密和重復(fù)測(cè)試，以確定滲漏的位置區(qū)域和規(guī)模[4]。

(2)滲漏路徑的確定：在庫(kù)區(qū)滲漏入水口位置確定后，分析其可能存在的滲漏部位如壩體、壩基、壩肩及庫(kù)岸等，在庫(kù)岸、大壩壩頂及下游壩坡：布置測(cè)線采用自然電場(chǎng)法和瞬變電磁法，孔內(nèi)采用溫度場(chǎng)法初步查明大壩滲漏的滲漏路徑[5]。

圖1 彭家莊水庫(kù)滲漏出水點(diǎn)分布示意圖

2.3 工作布置

(1)偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法：布置在庫(kù)區(qū)庫(kù)水位高程1811.1m以下段，采用散點(diǎn)布置的方式，點(diǎn)距一般為2～3m，異常地段為1～2m，共計(jì)72000m2；水下地形單波束測(cè)試共計(jì)72000m2。測(cè)點(diǎn)8000點(diǎn)。

(2)自然電場(chǎng)法：布置在壩頂及下游壩坡、左右?guī)彀叮膊贾脺y(cè)點(diǎn)526點(diǎn)，點(diǎn)距2～5m。

(3)反磁通瞬變電磁法，布置在大壩下游壩坡及左右?guī)彀叮膊贾镁幪?hào)為FZ1—FZ11的11條測(cè)線，點(diǎn)距2m，共計(jì)758點(diǎn)。

(4)孔內(nèi)溫度場(chǎng)法和孔內(nèi)流場(chǎng)法：布置在測(cè)壓孔1#～9#孔內(nèi)，共計(jì)9個(gè)鉆孔的測(cè)試。

3 物探資料成果分析

3.1 滲漏入水口的確定

為查明庫(kù)區(qū)滲漏入水口的具體位置，采用了偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法開展工作。根據(jù)探測(cè)成果，共發(fā)現(xiàn)6個(gè)高電流密度異常區(qū)，編號(hào)為1#—6#，均為滲漏入水口的反映，探測(cè)成果如圖2所示。①1#—3#滲漏區(qū)位于左岸近壩庫(kù)區(qū)，1#滲漏區(qū)高程1787～1789m，2#滲漏區(qū)高程1787～1792m和3#滲漏區(qū)高程1805～1808m，均推測(cè)為砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖、礫巖互層地層，巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎所致的滲漏。②4#滲漏區(qū)位于右岸導(dǎo)流洞和引水隧洞進(jìn)口位置，高程1788～1806m，推測(cè)為砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖、礫巖互層地層，主要巖體破碎等缺陷所致的滲漏滲水。③5#和6#滲漏區(qū)位于右岸上游河道位置，5#滲漏區(qū)高程1789～1792m，6#滲漏區(qū)高程1791～1794m，均推測(cè)為砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖、礫巖互層地層，巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育，主要為巖體破碎所致的滲漏。

圖2 彭家莊水庫(kù)滲漏入水口平面分布圖

根據(jù)異常區(qū)的大小、滲漏異常值的大小、所在位置的重要性，庫(kù)區(qū)1#—6#滲漏異常區(qū)分為Ⅰ和Ⅱ類，其中Ⅰ類異常區(qū)表示滲水范圍大、電流密度異常值大，是水庫(kù)滲漏的主要滲水區(qū)，是滲漏處理的重點(diǎn)，4#和5#屬于Ⅰ類；Ⅱ類異常區(qū)表是范圍小、電流密度異常值小，是水庫(kù)滲漏的次要滲水區(qū)，處理的次要區(qū)，1#—3#和6#屬于Ⅱ類。

3.2 滲漏路徑探測(cè)成果分析

在庫(kù)區(qū)滲漏源確定后，為推測(cè)滲漏路徑，在大壩下游壩面及左右?guī)彀恫捎米匀浑妶?chǎng)法、反磁通瞬變電磁法及鉆孔溫度測(cè)試法開展工作。

3.2.1 自然電場(chǎng)法成果分析

為查明水庫(kù)滲水在大壩分布位置的過水平面范圍，特在大壩下游壩面和左右?guī)彀恫贾米匀浑妶?chǎng)法測(cè)點(diǎn)成果繪制成自然電位等值線圖，如圖3所示。

圖3 彭家莊水庫(kù)自然電場(chǎng)法推測(cè)滲漏路徑成果圖

根據(jù)低自然電位異常區(qū)的分布情況，共推測(cè)了3條滲漏路徑，其中，滲漏路徑1位于左岸，滲漏路徑2和3位于右岸。

(1)滲漏路徑1：左岸庫(kù)區(qū)庫(kù)水→1#、2#和3#滲漏入水口→D1(1)附近→D1(2)和ZR(1)→ZR(2)→ZR(4)→1#和2#滲漏出水點(diǎn)→滲水引流槽→朵谷河；

(2)滲漏路徑2：右岸庫(kù)區(qū)庫(kù)水→4#、5#和6#滲漏入水口→D2(1)→D4(2)→ZR(3)→ZR(4)→1#、2#和3#滲漏出水點(diǎn)→滲水引流槽→朵谷河；(3)滲漏路徑3：右岸庫(kù)區(qū)庫(kù)水→4#、5#和6#滲漏入水口→D2(1)→D4(1)→4#、5#和6#滲漏出水點(diǎn)→朵谷河。

3.2.2 反磁通瞬變電磁法成果分析

為查明水庫(kù)滲水在大壩、庫(kù)岸等部位的滲漏范圍，采用反磁通瞬變電磁法進(jìn)行探測(cè)。反磁通瞬變電磁法探測(cè)共發(fā)現(xiàn)51個(gè)低電阻率異常區(qū)，推測(cè)巖體破碎帶，富水區(qū)域47個(gè)，斷層及影響帶3個(gè)，從異常區(qū)規(guī)模上看，沿測(cè)線方向的長(zhǎng)度一般為10～40m，高程上主要分布在1770～1800m，根據(jù)異常區(qū)分布的平面和高程分布，與目前彭家莊水庫(kù)滲漏關(guān)聯(lián)性較大的有31個(gè)，關(guān)聯(lián)性較小的20個(gè)。

為方便分析目前彭家莊水庫(kù)滲漏與發(fā)現(xiàn)的低電阻率異常區(qū)之間的關(guān)系，將與水庫(kù)滲漏關(guān)聯(lián)性較大的30個(gè)低電阻率異常區(qū)段平面分布位置繪制成圖，如圖4所示。

圖4 彭家莊水庫(kù)低電阻率異常區(qū)與水庫(kù)滲漏區(qū)域關(guān)系分析成果圖

(1)滲漏路徑1：左岸庫(kù)區(qū)庫(kù)水→1#、2#和3#滲漏入水口→FZ1(1)和FZ1(2)附近→FZ2(1)和FZ2(2)→FZ4(1)→FZ5(1)→FZ5(3)→FZ5(4)→FZ5(5)→FZ7(3)→1#和2#滲漏出水點(diǎn)→滲水引流槽→朵谷河；

(2)滲漏路徑2：右岸庫(kù)區(qū)庫(kù)水→4#、5#和6#滲漏入水口→FZ3(3)→FZ3(1)→FZ2(4)→FZ4(4)和FZ4(5)→FZ5(5)→FZ7(3)→1#、2#和3#滲漏出水點(diǎn)→滲水引流槽→朵谷河；

(3)滲漏路徑3：右岸庫(kù)區(qū)庫(kù)水→4#、5#和6#滲漏入水口→FZ3(4)和FZ3(3)→FZ8(4)→FZ8(6)和FZ9(1)→FZ2(5)、FZ2(6)和FZ2(7)→FZ10(1)和FZ10(2)→FZ11(1)→4#、5#和6#滲漏出水點(diǎn)→朵谷河。

3.2.3 溫度場(chǎng)法成果分析

為查明水庫(kù)滲水在大壩下游等部位的滲漏范圍，本次探測(cè)還在布置的CH01—CH09等9個(gè)水位觀測(cè)孔中開展了鉆孔水體溫度測(cè)試工作，測(cè)試點(diǎn)距為1m/點(diǎn)。

從探測(cè)成果可以分析，孔內(nèi)低溫異常差異不太明顯，僅局部溫度稍低的表現(xiàn)，主要分布在大壩右岸CH01、CH02、CH04和CH05位置，高程1789m以下，表明彭家莊水庫(kù)滲漏主要是發(fā)生右岸。

3.2.4 觀測(cè)孔水位監(jiān)測(cè)成果分析

綜合CH01—CH09孔水位觀測(cè)資料分析，彭家莊水庫(kù)的滲漏主要發(fā)生在右岸，在大壩的過水區(qū)域主要是CH01、CH04位置附近區(qū)域，CH06位置僅為滲漏過水次要區(qū)域。

3.2.5 地質(zhì)資料成果分析

根據(jù)庫(kù)區(qū)滲漏入水口的分布情況結(jié)合地質(zhì)情況分析。

(1)左岸庫(kù)區(qū)1#、2#和3#滲漏區(qū)所在位置巖性為暗紫色砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖為主，巖石互層狀結(jié)構(gòu)，砂巖為透水巖體，泥質(zhì)巖為相對(duì)隔水巖體，其巖石產(chǎn)狀為巖層產(chǎn)狀28°∠30°，逆坡，且水庫(kù)樞紐主要布置于右岸，故受工程施工擾動(dòng)小，滲漏區(qū)域范圍小，滲漏量小，為局部地質(zhì)缺陷導(dǎo)致的滲漏，為該水庫(kù)滲漏的次要區(qū)域。

通過觀測(cè)井觀測(cè)，地下水水位高，且隨長(zhǎng)江水位變化極為明顯，土體滲透力強(qiáng)，滲水量大，施工中采用了三級(jí)降水：在閘塘基坑四周布置第一級(jí)降水，在主基坑四周布置第二級(jí)降水，在基坑最深的中墩位置布置第三級(jí)降水。現(xiàn)場(chǎng)共布設(shè)深井近200口，輕型井點(diǎn)400多延米，有效地降低了地下水水位，減小了孔內(nèi)外水頭差，減少了塌孔現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)右岸庫(kù)區(qū)4#、5#和6#滲漏區(qū)所在位置巖性為暗紫色砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖為主，巖石互層狀結(jié)構(gòu)，砂巖為透水巖體，泥質(zhì)巖為相對(duì)隔水巖體，其巖石產(chǎn)狀為巖層產(chǎn)狀37°∠34°，順坡，且右岸區(qū)域布置有導(dǎo)流洞、引水隧洞和溢洪道等構(gòu)筑物，受工程施工擾動(dòng)大，探測(cè)發(fā)現(xiàn)的滲漏區(qū)域范圍大，滲漏量大，尤其是4#和5#滲漏區(qū)，滲水由導(dǎo)流洞和引水隧洞附近破碎的巖體滲入，通過地質(zhì)缺陷和砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖的層間裂隙滲透至大壩下游地質(zhì)情況薄弱地段，而后滲出，為該水庫(kù)滲漏的主要滲漏方式，4#和5#滲漏區(qū)是該水庫(kù)滲漏的主要區(qū)域。

4 綜合物探成果分析

4.1 庫(kù)區(qū)滲漏入水口

根據(jù)異常區(qū)的大小、滲漏異常值的大小、所在位置的重要性，庫(kù)區(qū)1#—6#滲漏異常區(qū)分為Ⅰ和Ⅱ類，其中4#和5#屬于Ⅰ類；Ⅰ類異常區(qū)表示滲漏范圍大、電流密度異常值大，滲漏量大，是水庫(kù)滲漏的主要滲漏區(qū)域，主要滲漏區(qū)位于導(dǎo)流洞和引水隧洞進(jìn)口附近地段，是滲漏處理的重點(diǎn)區(qū)域，1#—3#和6#異常區(qū)屬Ⅱ類。Ⅱ類異常區(qū)表示滲漏范圍小、電流密度異常值小，屬于散浸類的微小滲漏，是水庫(kù)的次要滲漏區(qū)域，滲漏處理的次要區(qū)域。

4.2 滲漏類型分析

(1)水庫(kù)庫(kù)區(qū)1#—6#滲漏異常區(qū)，從異常區(qū)的電流密度異常變化值幅度和分布范圍分析水庫(kù)的滲漏類型屬于散浸式，推測(cè)為基巖裂隙發(fā)育，巖體破碎導(dǎo)致的滲漏，無(wú)集中滲漏通道。

(2)左岸庫(kù)區(qū)1#、2#和3#滲漏區(qū)所在位置巖性為暗紫色砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖為主，巖石互層狀結(jié)構(gòu)，砂巖為透水巖體，泥質(zhì)巖為相對(duì)隔水巖體，其巖石產(chǎn)狀為巖層產(chǎn)狀28°∠30°，逆坡，且水庫(kù)樞紐建筑物主要布置于右岸，故受工程施工擾動(dòng)小，為局部地質(zhì)缺陷導(dǎo)致的滲漏，為該水庫(kù)滲漏的次要區(qū)域。

(3)右岸庫(kù)區(qū)4#、5#和6#滲漏區(qū)所在位置巖性為暗紫色砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖為主，巖石互層狀結(jié)構(gòu)，砂巖為透水巖體，泥質(zhì)巖為相對(duì)隔水巖體，其巖石產(chǎn)狀為巖層產(chǎn)狀37°∠34°，順坡，且右岸區(qū)域布置有導(dǎo)流洞、引水隧洞和溢洪道等構(gòu)筑物，受工程施工擾動(dòng)大，尤其是4#和5#滲漏區(qū)，滲水由導(dǎo)流洞和引水隧洞附近破碎的巖體滲入，通過地質(zhì)缺陷和砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖的層間裂隙滲透至大壩下游地質(zhì)情況薄弱地段，而后滲出，為該水庫(kù)滲漏的主要滲漏方式，4#和5#滲漏區(qū)是該水庫(kù)滲漏的主要區(qū)域。

(4)從滲漏入水口位置的平面分布上來(lái)看，滲漏位置主要集中在大壩右岸，左岸僅有零星分布，大壩位置未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏點(diǎn)。

4.3 滲漏路徑

根據(jù)多種物探滲漏路徑探測(cè)成果分析、水位孔觀測(cè)資料及工程區(qū)地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，推測(cè)了3條滲漏路徑，編號(hào)為滲漏路徑1～3，其滲漏路徑1位于左岸，滲漏路徑2和3位于右岸[6]。

(1)滲漏路徑1：庫(kù)水→以散浸的方式→1#、2#和3#滲漏入水口→D1、FZ1(2)和FZ1(3)附近→FZ2(1)、FZ2(2)和ZR(1)→FZ4(1)→FZ5(1)和ZR(2)→FZ5(3)和ZR(4)→FZ5(4)和ZR(4)→FZ5(5)和ZR(4)→FZ7(3)→1#和2#滲漏出水點(diǎn)→滲水引流槽→朵谷河。

(2)滲漏路徑2：庫(kù)水→以散浸的方式→4#、5#和6#滲漏入水口→FZ3(3)和D2(2)→FZ3(1)和D2(2)→FZ2(4)→D4(1)→FZ4(4)、FZ4(5)和ZR(3)→FZ5(5)和ZR(4)→FZ7(3)→1#、2#和3#滲漏出水點(diǎn)→滲水引流槽→朵谷河。

(3)滲漏路徑3：庫(kù)水→4#、5#和6#滲漏入水口→FZ3(4)、FZ3(3)和D2(2)→FZ8(4)→FZ8(6)和FZ9(1)→FZ2(5)、FZ2(6)和FZ2(7)→FZ10(1)和FZ10(2)→FZ11(1)→4#、5#和6#滲漏出水點(diǎn)→朵谷河。

4.4 滲漏工程部位

(1)滲漏路徑1：在大壩位置的過水區(qū)域在大壩樁號(hào)壩0+130.5m—壩0+168m，高程1770～1805m位置，該區(qū)域包含了FZ2(1)和FZ2(2)低電阻率異常區(qū)，從庫(kù)區(qū)1#、2#和3#滲漏入水口的電流密度變化幅值和規(guī)模看，該區(qū)域?yàn)榇我獫B漏區(qū)。

(2)滲漏路徑2：在大壩位置的過水區(qū)域在大壩樁號(hào)壩0～4.5m—壩0～28m，高程1764～1800m位置，該區(qū)域包含了FZ2(4)低電阻率異常區(qū)，從庫(kù)區(qū)4#、5#和6#滲漏入水口的電流密度變化幅值和規(guī)模看，該區(qū)域?yàn)橹饕獫B漏區(qū)。

(3)滲漏路徑3：在大壩位置的過水區(qū)域在大壩樁號(hào)壩0～40m—壩0～97m，高程1782～1812m位置，該區(qū)域包含了FZ2(5)、FZ2(6)、FZ2(7)和FZ9(3)低電阻率異常區(qū)，從庫(kù)區(qū)4#、5#和6#滲漏入水口的電流密度變化幅值和規(guī)模看，該區(qū)域?yàn)橹饕獫B漏區(qū)。

4.5 綜合物探成果評(píng)價(jià)

通過不同物探方法探測(cè)資料對(duì)比、驗(yàn)證，自然電場(chǎng)法低電位異常區(qū)與反磁通瞬變電磁法低電阻率異常相對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)關(guān)系較好；自然電場(chǎng)法低電位異常區(qū)與水位觀測(cè)孔高水位異常相對(duì)應(yīng)。綜合物探資料成果與工程地質(zhì)分析相對(duì)應(yīng)，經(jīng)對(duì)比分析，綜合物探資料成果較可靠、精度較高，

5 結(jié)語(yǔ)

通過采用綜合物探法探測(cè)，探明了彭家莊水庫(kù)主要滲漏區(qū)域，滲漏重點(diǎn)部位和滲流路徑探測(cè)，查清了水庫(kù)滲漏問題，針對(duì)水庫(kù)滲漏特點(diǎn)，滲漏探測(cè)采用的綜合物探方法和組合探測(cè)成果準(zhǔn)確性和可靠性滿足要求，可為水庫(kù)復(fù)雜滲漏問題的探測(cè)提供借鑒和參考。同時(shí)建議對(duì)滲漏異常區(qū)布置鉆孔，對(duì)物探探測(cè)成果進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充勘察[7]。