綜合物探法在青龍堡水庫試蓄水滲漏分析中的應用

符怡森

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550002）

0 引言

試蓄水和試運行期,水庫由于前期地質勘察疏漏或填筑質量不佳常常導致壩體、壩基或庫區滲漏。壩基滲漏原因多為巖溶或斷層作用,而壩體滲漏常常由填筑體局部滲透性系數較大引起。為此,許多學者研究了綜合物探法應用于壩基滲漏源查找、水庫壩體滲漏通道缺陷搜尋,對其理論和實踐運用進行了深入研究[1-3]。由于巖溶發育的隨機性和復雜性,壩體填筑的不均勻性導致搜尋滲漏源、滲漏通道和缺陷尤其復雜。因此,探索出一種可操作性強、信息可靠的綜合物探法是必要的。

充電法是通過向目標體供電使其成為等電位體,提高目標體和周邊介質的電位差,以形成充電效應研究探測體分布的典型特征。偽隨機流場法根據江河湖庫正常水流形成的流速場與管涌、滲漏情形下的異常流速場差別,將一個電極放置在滲漏集中出水點處,另一個置放于水體中,在保證測量區域電流場不受影響的前提下,測量垂直電流密度分布,通過電流場的異常分布判斷滲漏區域和通道。

1 工程概況

綏陽縣青龍堡水庫位于綏陽縣蒲場鎮老水坪的洛水河上,主要任務為向重工業化基地供水,由水源工程、供水管線工程組成,壩型為面板堆石壩,正常蓄水位965.0 m,壩頂高程969.1 m,最大壩高73.1 m,總庫容741 萬m3,工程等別Ⅳ等,工程規模屬小（1）型。

青龍堡水庫于2016 年8 月開工建設,2020 年5 月19 日開始下閘試蓄水。試蓄水后連遇汛期大雨,水庫水位上升較快。6 月13 日試蓄水至933.6 m水位時,下游右岸施工板房渠道893.83 m高程發現SL1 冒水點；6 月15 日庫水位943.5 m時,導流洞堵頭附近穿過導流洞頂板的灌漿孔漏水；6 月18日庫水位944.6 m,左岸下游沖溝原S4 泉水流量增大；6月20 日庫水位945.5 m時,下游右岸稻田889.62 m高程發現SL2 冒水點,同時發現右岸沖溝公路堆渣體不同高程有多個出水點；7 月2 日庫水位960.5 m 時,導流洞右側902.63 m高程出現SL3 出水點；7月7日庫水位965.35 m時,左岸壩腳原S3 附近出現2 個出水點,同時S3 泉水流量增大,分SL4-1、SL4-2、SL4-3 等3 個點出露,高程889.62 m~901.59 m。水庫主要滲漏點分布見圖1。

圖1 水庫主要滲漏點分布圖

2 綜合物探勘察分析

2.1 充電法成果分析

2.1.1 左岸滲漏點（SL4-3）成果分析

為解左岸滲漏點（SL4-3）地下的滲漏通道,確定其發育方向,對SL4-3滲漏點進行充電,受現場條件限制,共布置5條測線。對單支測線進行分析,尋找歸一化電位值U/I的區間極大值突變點進行分析,見圖2。根據地面電位觀測結果繪制等電位線平面圖,見圖3。

圖2 SL4-3單支測線歸一化電位值

由圖可見,在測線范圍內發現兩處等位線延展方向：（1）從SL4-3先向東延伸,后向北庫區方向發育；（2）從SL4-3一直向東延伸。推測滲漏通道見圖3藍色線方向。

圖3 SL4-3等電位平面圖

2.1.2 右岸滲漏點（SL1）成果分析

為了解右岸滲漏點（SL1）地下的滲漏通道,確定其發育方向,對SL1滲漏點進行充電,受現場條件限制,共布置15條測線。對單支測線進行分析,尋找歸一化電位值U/I的區間極大值突變點進行分析,見圖4。根據地面電位觀測結果繪制等電位線平面圖,見圖5。由圖可見,在測線范圍內等位線從SL1先向西北方向延展,后向北庫區方向發育,推測滲漏通道見圖5藍色線方向。

圖4 SL1單支測線歸一化電位值

圖5 SL1等電位平面圖

2.1.3 右岸滲漏點（SL3）成果分析

為了解右岸滲漏點（SL3）地下的滲漏通道,確定其發育方向,對SL3滲漏點進行充電,受現場條件限制,共布置19條測線。對單支測線進行分析,尋找歸一化電位值U/I的區間極大值突變點進行分析,見圖6。根據地面電位觀測結果繪制等電位線平面圖,見圖7。由圖可見,在測線范圍內等位線從SL3緊貼溢洪道向庫區方向延展發育,期間在推測滲漏通道上方發現一地表塌陷區,推測滲漏通道見圖7藍色線方向。

圖6 SL3單支測線歸一化電位值

圖7 SL3等電位平面圖

2.2 偽隨機流場法成果分析

根據現場測試及以往經驗,將電位差＜20 mV定為測試的背景值,該區域不滲漏或滲漏較微；電位差≥20 mV為電位差異常區域（可疑滲漏區）。本次測試時庫水位高程約943 m；2020 年8 月10 日至11 日,對異常區域進行復核（庫水位約926 m）,未發現異常區域與壩后量水堰和泉點有聯通關系。偽隨機流場法異常統計情況見表1。

表1 青龍堡水庫偽隨機流場法滲漏分析異常統計表

左岸近壩頂的壩址及鄰區存在1個明顯異常區（編號為1#）。從異常電位差值看,1#異常整體電位差值較高,其中心部位超過50 mV,推測滲漏程度較嚴重-嚴重,從異常分布范圍看,1#異常順壩趾分布規律較明顯,滲漏可能與趾板裂隙或缺陷有關,但1#異常由于東邊界緊靠山體,因此,不排除山體滲漏的可能。

壩腳趾板房附近存在2個明顯異常區（編號為2#、3#）。從異常電位差值看,2#、3#異常整體電位差值較高,其中心部位超過50mV,推測滲漏程度較嚴重-嚴重,從異常分布范圍看,2#、3#異常位于壩腳趾板附近,滲漏可能與趾板裂隙或缺陷有關,但2#、3#異常位于斷層附近,因此,不排除滲漏由地質原因引起。

右岸近壩腳的壩趾及鄰區存在2個明顯異常（編號為4#、5#）。從異常電位差值看,4#、5#異常整體電位差值較高,其中心部位超過50mV,推測滲漏程度較嚴重-嚴重；從異常分布范圍看,4#異常順壩趾分布規律較明顯,滲漏可能與趾板裂隙或缺陷有關,但4#異常由于西邊界緊靠山體,因此,不排除山體滲漏的可能,5#異常位于面板部位,滲漏可能與面板缺陷有關。

2.3 鉆孔孔壁攝像法成果分析

本次對水庫滲漏補充勘察進行了4 個鉆孔,其中SZK2鉆孔從孔深17.3 m~49.5 m段遇多層溶洞或斷層破碎帶,洞內多為粘土夾碎石充填,上部為灌漿孔回填砂漿,孔內地層結構復雜,從地表下直徑108 鋼管至孔深50.5 m ,該孔無法進行孔壁攝像；另外原灌漿孔Y69（取水口封堵鉆孔）進行實測,其結果分析資料如下：

（1）SZK1在30.7 m以上裂隙發育,見孔壁攝像圖物探插圖見圖8。

圖8 SZK1裂隙發育-孔壁攝像圖

（2）SZK4在18.2 m以上裂隙發育,見孔壁攝像圖物探插圖見圖9。

圖9 SZK4裂隙發育-孔壁攝像圖

2.4 結果分析

滲漏帶集中在庫首壩區高程930 m以上兩岸壩肩和壩基,左岸主要為高齒墻與K7 巖溶管道一帶,右岸主要為溢洪道控制段、導流洞封堵段與f2 斷層帶交叉段一帶,不存在鄰谷滲漏。出水點分布在兩岸下游530 m范圍內,呈多部位多高程分布,7月7 日庫水位超過正常蓄水位635.0 m后泄洪,6 個出水點（帶）總滲漏量約765 L/s。滲漏導致地下隱伏型巖溶充填物逐步淘蝕帶走,引起左岸大壩下游堆石區與公路路面塌陷,以及溢洪道內側岸坡局部塌陷,長期滲漏可能危及工程永久安全,并影響水庫正常蓄水。

3 結論

在綜合分析青龍堡水庫設計資料的基礎上,采用充電法、偽隨機流場法和鉆孔孔壁攝像法對水庫滲漏狀況進行現場檢測,查明了滲漏位置、范圍和埋深,為確保水庫長期安全穩定運行,需對其進行防滲處理。水庫大壩下閘運行近一年,庫水位經歷了洪水期的升降變化。由于庫水位升降中大壩下游右側兩岸坡帶有8 個滲漏點出露,各點滲漏量總體約Q=860 L/s,遠大于青龍堡水庫多年平均流量Q=442 L/s,滲漏量為51.4%,也大于水庫允許滲漏量的5%（22.10 L/s）。同時,水庫蓄水困難,難以滿足設計的供水要求和經濟效益,一旦發生事故,將嚴重威脅大壩下游兩岸村民及民房的安全,應引起足夠重視。因此,滲漏探測工作對保障水庫安全運行起到很重要的預警作用,對該水庫的滲漏處理是有必要的,應盡早在汛期前實施完成。