水电工程中地下水渗漏量的估算

黄继　薛伟　肖光莉

[摘要]本文主要考虑的水电建筑物包括大坝、地下厂房以及导流洞三个部位水工建筑物渗漏量的估算.首先查明其不同的工程地质、水文地质条件，从而制定出适宜的边界条件并选用恰当的计算公式和计算参数，对其进行地下水渗漏量的综合估算研究。

[关键词]水电工程 地下水 渗漏量

[中图分类号] TV7 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-127-1

1大坝渗漏量的估算

1.1坝肩绕坝渗漏

边界条件：库区内渗流介质视为均质的渗流介质，地下水在介质中的流动属层流，符合达西定律的适用条件。按均质、各向同性裂隙介质问题处理。

（1）本次计算的是基础开挖后的渗漏量，其中，趾板开挖至弱风化带的顶部，副坝开挖至强风化带的中部（见公式1）。

Q=0.336K□H（H1+H2）lgB/r0 ------------公式1

式中：Q ---为渗流量，m3/d；B ---绕流的外部流线至坝肩的距离，m；H1---绕坝渗漏带上游水位，m；H2---绕坝渗漏带下游水位，m；△H ---上、下游水头差，m；r0---2b/π，为坝肩接头的引用半径，m；K---渗透系数，m/d

（2）本次计算以入渗区为渗流计算的断面。由裘布依方程式可得（见公式2）：

Q=BK■■------------公式2

式中：Q---渗流量，m3/d；H---库水位与渗流底板高程之差，m；h---管水位与渗流底板高程之差，m；K---渗透系数，m/d；B---渗透断面宽，m；L---测压管之间的水平距离，m

1.2坝基渗漏

（1）根据地质资料，水平铺盖厚度为t，渗透系数Kn，透水层厚度T，分别取桩号X，Y，Z为代表断面。各代表断面在不同库水位H1时的实测管水位为H2。采用下式计算单宽渗流量（见公式3、4）：

q=k0■ ------------公式3

Le=1/■------------公式4

式中：q---单宽渗流量，m2/d；T---透水层厚度，m；L---两测压管之间的水平距离，m；0.44---渗流转变的阻力系数；Le---等效长度；K0---坝基的渗透系数

总渗流量为（见公式5）：

Q=qB------------公式5

式中： Q---总渗流量，m3/d；B---控制断面宽度，m

（2）据钻孔资料分析，可以得出在不同蓄水水位时的水力坡度，这时可以采用以下公式（见公式7）：

Q=KIS------------公式7

式中：Q---渗漏量，m3/d；K---渗透系数，m/d；I----地下水水力坡度；S---渗漏面积，m2

（3）本次计算的是土坝基础开挖后的坝基渗漏量.主坝趾板及副坝坝基渗漏量计算采用公式（见公式8）：

K=KBHq， qr=■arcsh■------------公式8

式中： Q---渗漏量，m3/d；qr---引用流量；B---计算段宽度，m；M---坝基下渗透层厚度，m；H---上下游水头差，m；b---坝基宽度之半，m；K---渗透系数，m/d

2地下厂房地下水渗漏量估算

2.1计算公式的选择

（1）洞室上、下游及个洞室两侧，地下水渗漏量按秋加也夫公式（见公式9）近似计算：

式中：Q---渗漏量，m3/d；K---渗透系数，m/d；B---集水建筑物（洞室）的长度，m；H1---影响范围外含水层厚度，m；H2---河边含水层厚度，m；L1---洞室侧面至影响范围外直线距离，m；L2---洞室侧面至河边直线距离，m；H0---承压水头差，即H0=H-h；H---含水层厚度，m；h---集水建筑物（洞室）内水深，m；qr---承压水引用流量。

（2）各洞室顶部，地下水渗入洞室内的渗漏量按卡明斯基近似方程计算（见公式10）：

q=K·■·■

即：Q=K·Sm·Jm------------公式10

式中：q---单宽流量；Q---渗透总流量，m3/d；K---渗透系数，m/d；L---试段长度，m；h1，h2---两过水断面含水层厚度，m；Sm---平均过水断面面积，m2； H1，H2---两过水断面水头值，m；Jm---平均水力坡度。

2.2计算参数的选择原则

渗透系数K，一般应由现场抽水试验求得，但是由于某些原因，会出现前期勘探未进行此项工作，在这样的情况下，K值只能按《钻孔压水试验规范》及有关技术手册介绍的经验公式换算（见公式11、12）：

当试段底部距离隔水层的深度大于试段长度时，

当试段底部距离隔水层的深度小于试段长度时，

式中：K---渗透系数，m/d；ω---单位吸水量，L/min·m·m；L---试段长度，m；r0---试段钻孔半径，m；

平均水力坡度Jm，一般按计算区段有关钻孔汛期地下水位求得。

承压水引用流量qr，采用丘加也夫图表选定，其函数关系式见公式13：

qr=f（α·β）------------公式13

α=R/R+C； β=R/T

其中R为抽水试验影响半径，m；C为洞室一半的宽度，m；T为洞室底至隔水层距离，m；均按施工地质编录图取值。

两过水断面水头值H1，H2按Jm值推算，以各洞室底板为0，以邻近的钻孔汛期地下水位为基础，迭加坝下Xm和Ym洪水位是地下水壅水高度。当壅水低于钻孔水位时，在钻孔水位上迭加；反之，按壅水高度迭加。

3电站导流洞地下水渗漏量估算

3.1非岩溶管道洞段的导流洞地下水渗漏量估算

非岩溶管道洞段主要为沿裂隙和小溶隙通过排水孔发生漏水，此段可按相对均一透水岩体进行计算。计算公式采用《铁路工程水文地质手册》中的经验公式（见公式14）：

式中： Q---渗漏量，m3/d；K---岩体渗透系数，m/d；ω---为导流洞单位长度面积，m2；H1---为蓄水水位，m；H2---为导流洞底板高程，m；

3.2岩溶管道洞段的导流洞地下水渗漏量估算

岩溶管道渗漏还没有成熟的公式可用，从安全角度考虑，以洞壁出水断面为控制，外侧渗漏则按完全贯通管道计算，不计水头损失，水流为紊流，采用以下计算公式（见公式15、16）：

Q=V·ω ------------公式15

式中：Q---渗漏量，m3/d；V---断面平均流速，m/d；H1---为蓄水水位，m；H2---为导流洞岩溶管道底板高程，m；d---为岩溶管道直径，m；l---为岩溶管道长度，m；λ---为管壁系数；ω---为导流洞出露岩溶管道截面积，m2/d；g---为重利加速度，m2/s

4结束语

在当代大、小型水电工程的建设中，水库的渗漏是一个很常见的工程水文地质问题。查明相应的地质-水文地质条件情况，并制定合适的边界条件以及选择恰当的公式、参数是估算水库渗漏量的关键。