甘肃某水库工程坝基渗漏量计算分析

□周延国 □王耀军 □郭晓峰（黄河勘测规划设计有限公司）

1 工程概况

甘肃某水库工程位于甘肃省庆阳市境内的葫芦河上，葫芦河为黄河支流北洛河右岸的一较大支流，河流多年平均径流量2454万m3/a。工程拟建挡水坝是由均质土坝段和混凝土坝段组合而成的复合坝，坝顶长度232.50m，最大坝高25.50m，坝顶高程1148.50 m，正常蓄水位1147 m，总库容704×104m3，工程规模小（Ⅰ）型。

2 莲花寺水库坝址区地质概况

2.1 地形地貌

工程区位于甘肃省东部——陇东黄土高原区，为黄土梁峁丘陵地貌，主要的地貌类型有黄土梁、峁、川台阶地和沟谷。

坝址区河谷两岸呈不对称的“U”型谷。左岸河床以上出露有20～40 m高的基岩，基岩以上为风积马兰黄土（Q3m）；右岸岸坡全部为黄土覆盖，主要由Ⅱ级阶地和阶地以上的防护林区组成。河谷地段主要发育Ⅰ、Ⅱ级阶地，其中Ⅰ级阶地面平坦，阶面高程1135～1137m，宽150～200 m；Ⅱ级阶地面高程1141～1170m，阶面高出河槽10～30m，宽100～200m。

2.2 地层岩性

工程坝址区地层岩性主要由白垩系下统环河华池组碎屑岩（K1h）和第四系松散堆积物（Q）组成。

（1）白垩系下统环河华池组碎屑岩（K1h）为区内第四系地层的基底，岩性为紫红色、棕红色中细砂岩夹同色泥岩。

（2）第四系地层在区内分布广泛，按其物质组成、结构特征和成因类型主要有以下三层：

第一层为第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）黄土状土：主要分布于沿线沟谷的Ⅱ级阶地。该层厚度变化较大，在10～25 m之间，中上部为灰黄色、褐红色中～重粉质壤土，层厚7.30～20.00m；底部为砂砾石层，局部夹粉质壤土，砂砾石层厚4.10～6.00m，土质不均一，为Ⅱ级阶地底部冲、洪积层。

第二层为第四系上更新统风积马兰黄土（Q3m）：主要分布在黄土梁峁顶部，岩性主要为土黄色轻～重粉质壤土。

第三层为第四系全新统冲、洪积（Q4al+pl）黄土状土：主要分布在坝址区河床、漫滩、Ⅰ级阶地及宽缓沟谷中，层厚7～11m，可分为（Q42al）新近冲积黄土和（Q41al+pl）黄土状土两层。其中，新近冲积黄土（Q42al）主要分布在河床和漫滩上部，岩性主要为浅黄色轻～中粉质壤土，厚度0～4 m；黄土状土（Q41al+pl）主要分布在河床、河漫滩Q42al新近冲积黄土之下以及Ⅰ级阶地上，由壤土层和砂砾石层组成，壤土层厚2.40～4.60 m，砂砾石层厚2.70～5.30 m，土质不均一，砂砾石层间夹有粉质壤土。

3 坝基岩（土）体的渗透特性

坝基河床、一级阶地覆盖层的新近冲积黄土（Q42al）和第四系全新统冲、洪积（Q41al+pl）黄土状土上部均为粉质壤土，层厚3.60～7.50m，渗透系数K=7×10-5cm/s，具弱透水性；第四系全新统冲、洪积（Q41al+pl）黄土状土下部为砂砾石层，层厚2.70～5.30m，渗透系数K=5×10-2cm/s，属强透水层。坝基岩体为砂岩、泥质粉砂岩，坝基1100 m高程以上岩体的透水率＞5 Lu，具有中等透水～弱透水性，折合渗透系数为2.90×10-4～5.00×10-5cm/s，1100 m高程以下透水性微弱。库水存在通过松散层和1100 m高程以上岩体向下游渗漏的问题。

左坝肩岩体为砂岩夹泥质粉砂岩，中等透水岩体下限高程为1135 m，折合渗透系数为 2.90×10-4～5.00×10-5cm/s，其余部分透水微弱。库水存在沿1135m高程以上岩体渗漏及左坝肩绕坝渗漏问题。

右坝肩为Ⅱ级阶地，岩性为第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）黄土状土。上部为具有弱透水性的中～重粉质壤土，层厚7.30～20 m，渗透系数K=7×10-5cm/s；底部砂砾石层较密实，层厚4.10～6.00 m，具中等透水，渗透系数为5×10-3cm/s，底部砾石层可能的分布高程为1130～1147 m。右坝肩岩体为砂岩夹泥质粉砂岩，坝基1106 m高程以上岩体的透水率大于5 Lu，具有中等透水～弱透水性，折合渗透系数为2.70×10-4～5.00×10-5cm/s，1106 m高程以下透水性微弱。库水存在通过松散层和1106 m高程以上岩体向下游渗漏以及绕坝渗漏问题。

4 渗漏量计算

天然状态下，依据地形及岩性分布特征将坝段分3段计算。A段为左岸坝肩、B段为河床及漫滩区、C段为右岸坝肩。

边界条件的界定：计算上限为天然地表；计算下限，A段取5Lu透水底界线，B、C段松散层取其底部，基岩取5Lu透水底界线。

渗透系数：粉质壤土的渗透系数取室内试验值的平均值，K为5×10-5cm/s，砂砾石夹壤土层的渗透系数取经验值，K为5×10-2cm/s（Q4al+pl）和5×10-3cm/s（Q3al+pl）；基岩的渗透系数为试验值，平均值K为1×10-4cm/s。

渗流计算公式为：

一是松散层的渗漏量：如果透水层厚度不大，则可用以下近似公式求解：

式中：K为透水层渗透系数；H为坝上、下游水头差；L为坝的底宽（均质土坝宽约150m）；T为透水岩层厚度；B为渗漏段长度。

二是坝基基岩的渗漏量估算：坚硬的节理化岩体坝基的单位渗漏量，可概略按下式计算：

式中：T为裂隙带深度，其余参数的意义同公式（1）。

三是绕坝渗漏量估算：绕坝渗漏是水库形成后渗透水流绕过大坝由坝侧裂隙岩体向下游渗漏。由于两岸坡存在补给河流的地下水流，其方向与渗透水流近于垂直，因此限制了绕坝渗漏带的宽度，坝肩岩石渗透性逾强，补给河流的地下水坡降逾平缓，则绕坝渗漏带宽度越大。当绕坝渗漏带宽度不能确定时，按下列公式进行估算：

式中：H1为正常蓄水位到透水底板的高度；h1为坝下游水位到透水底板的高度；其余参数的意义同公式（1）。

表1 坝基、坝肩渗漏量计算成果表

5 结语

根据上述计算结果分析，自然状态下，坝基渗漏和绕坝渗漏量约占该河流多年平均径流量的3.23%。根据渗漏严重程度定量评价标准，当渗漏量小于河流多年平均流量3%时为轻微渗漏，渗漏量在3%～10%时为中等渗漏，渗漏量大于10%时为严重渗漏，所以该水库坝基渗漏为中等渗漏。鉴于西北地区地表水匮乏，为保证库容以及供水保证率，对坝基、坝肩采取工程防渗措施是有必要的。该工程的主要渗漏部位为B段（河谷段）第四系全新统冲、洪积层和C段（右坝肩），应重点对该部位采取工程防渗措施。