卡加水库渗漏分析及处理措施研究

贾东彦, 冯永亮, 祁 军

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810000)

卡加水库渗漏分析及处理措施研究

贾东彦, 冯永亮, 祁 军

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810000)

水库渗漏严重影响水利资源的利用,正确分析水库渗漏的原因是采取有效的治理措施的基础。以卡加水库为例,通过现场地质调查,初步判定为右坝脚存在渗漏问题,并进一步从水质分析、岩土体透水性、渗水水量与库水位关系、渗水水量等多方面综合分析,指出坝肩渗漏、绕坝渗漏、邻谷渗漏是水库渗漏的直接原因,其中坝肩渗漏是水库渗漏的最主要原因,并提出相关防渗处理措施。

坝肩渗漏;绕坝渗漏;邻谷渗漏;水库渗漏;青海省

1 工程概况

青海省水资源时空分布不均,可利用量不足[1-2]。 兴修水利工程,实现在空间和时间上对有限水利资源的合理调配,有利于区域经济的发展。卡加水库位于青海省海南州贵南县县城以东20 km的森多乡境内,茫拉河一级支流达布江河下游。属Ⅳ等小(一)型工程。水库总库容688.1万m3,其中兴利库容549.3万m3,防洪库容108.8万m3,死库容30万m3,大坝为均质粘土坝,大坝长360 m,坝高23 m[3]。

坝址区河谷呈不对称“U”型,左岸山体高陡,右岸低缓。坝址左岸基岩直接出露,岩性为第四系下更新统冲积—湖积泥岩,成岩较差,属极软岩;坝址右岸主要地层岩性为风积黄土,厚约2～7 m,下伏冲积—湖积泥岩。右岸在泥岩中分布一层粉砂岩夹层,深度约16.2～16.7 m,厚度约0.5 m。

水库于2014年10月完工试运行,试运行三个月后,右坝脚出现明显渗漏问题。当库水位在3 201.0 m时,渗漏水量为6.984 L/s;当库水位在3 201.4 m时,渗漏水量为7.428 L/s。渗漏量随库水位升高而增加。

达布江河流量较小,平均流量约50～70 L/s,而右坝脚渗漏致使河水流量损失约10%左右,且随库水位升高而增加,渗漏严重影响水库正常蓄水,致使水库经济效益无法充分发挥。

2 渗漏分析

根据现场调查,右岸坝脚土体湿润,部分土体处于饱和状态,局部土体由于流土破坏已发生变形,右坝肩溢洪道出口存在大量渗水(见图1),并汇成溪流。导致右坝脚渗漏的原因可能为:坝肩渗漏、邻谷渗漏、绕坝渗漏。为进一步探究渗漏原因,以下分别从水质分析、岩土体透水性、渗水水量与库水位关系、渗水水量等多方面进行综合探讨。

图1 坝后渗水Fig.1 Dam seepage

2.1 渗漏水来源分析

卡加水库北部毗邻一沟谷,该沟谷呈北东走向,距离坝址处约400 m,沟底高程约3 223～3 233 m(图2)。在水库右岸有泉水出露,经前期验证该泉眼为邻谷渗漏点,实测流量为0.05 L/s左右。临谷河流水量较丰富,水位高出该泉眼约28 m。

图2 邻谷渗漏示意图Fig.2 Schematic diagram of adjacent valley leakage

因此,右坝脚渗漏水的来源有两种可能:一是北部邻谷水;二是库水。

为了查明右坝脚渗漏水的来源,在库区、渗漏点及泉眼各取一组水样,进行水质分析。对水质分析结果进行整理绘制成曲线,如图3所示。

图3 水质分析对比曲线图Fig.3 Comparative curve of water quality analysis

由图3可知,右坝脚渗水与库水水质较相似,而右岸泉水的HCO3-、Na+离子和总碱度、矿化度均较高。由此说明右坝脚渗水主要来源于库水。另外,右坝脚渗水的HCO3-、Ca2+离子和总碱度、矿化度均较高,说明渗水中也有少量北部邻谷的渗流水。

在右岸坝肩开挖过程中,右岸桩号0+324 m左右,有五处泉眼出露,其中泉1位于坝轴线0+324 m纵断面0-058 m处,测得流量为0.03 L/s;泉2位于桩号0-028 m处,流量为0.05 L/s;泉3位于桩号0+003 m处,流量为0.04 L/s;泉4位于桩号0+013 m处,流量为0.041 L/s;泉5位于桩号0+019.5 m处,流量为0.03 L/s,5处泉水共计流量为0.19 L/s,出露高程为3 195～3 196 m[4]。

坝址右岸地层岩性表层为风积粉土层,下伏泥岩。其中风积粉土层分布厚度为7.4 m左右,底部第四系下更新统冲积—湖积泥岩分布连续,厚度大,强度较高。

在深度16.2～16.7 m之间分布粉砂岩(见图4),泥质胶结,胶结较差,厚度约0.5 m,其中含少量砾石,砾石磨圆不好,为角砾,粒径3～6 mm。

图4 右坝脚地质剖面示意图Fig.4 Geological sketch map of right toe

在钻孔中,分别对泥岩、粉砂岩进行注水试验,结果表明:粉砂岩的渗透系数3.4×10-4cm/s,属中等透水层;泥岩渗透系数4.6×10-6cm/s,属微透水层。这表明右岸邻谷渗漏泉水主要是从泥岩的粉砂岩夹层中渗出。

2.2 渗漏水量与库水位关系

根据测量,当库水位在3 201.4 m时,渗漏水量为7.428 L/s;当库水位在3 201 m时,渗漏水量为6.984 L/s。根据前期水库运行情况,当库水位达到3 202 m左右时,渗漏水量为13.0 L/s左右。渗水量随水库水位增长而变化的趋势见图5。

图5 渗水量与库水位关系曲线图Fig.5 Curve of water seepage and reservoir water level

由图5可知,渗漏量随库水位的上升而增大,库水位越高,渗流量增加速度越快,表明库水位与右坝脚渗漏水量有直接关系。

2.3 渗漏分析

进一步分析认为,库水可通过两个途径渗漏:绕坝渗漏和坝肩渗漏。

绕坝渗漏主要发生在坝址右岸,粉砂岩夹层中,渗漏量可用下式计算[5]:

(1)

式中:Q为绕坝渗水总量,m3/d;K为透水层的渗透系数,取0.3 m/d;H为水位差,取7 m;B为库岸可能漏水段长度,取200 m;r0为坝肩与岩体接触面处绕坝渗漏流线圆轨迹半径,取2 m。

计算得Q=1.54 m3/d,绕坝渗漏量与邻谷渗漏量相加不到0.3 L/s,远小于总渗漏量。因此,右坝脚的渗漏水与北部邻谷渗漏和右坝肩绕坝渗漏的关系不大,渗漏的发生另有通道。

鉴于库水上升,渗水量增大,坝脚渗水与库水水力联系密切,同时渗水滞后时间短的特征,渗水最大可能通道在坝体与右岸岸坡接触带,该处渗径短,库水可通过坝体边缘的薄弱地带快速渗水至坝脚。由此可见右坝肩渗漏是主要原因。

3 治理措施

根据以上水库渗漏情况的分析,采用排、堵相结合的方法综合治理渗漏问题。

坝肩渗漏量较大,对水库蓄水影响较大,采用堵截方法治理,具体措施如下:采用高压喷射注浆方法进行处理,处理范围在右岸坝体与坝基接触带,处理深度不超过20 m,长度约为86 m,从桩号0+303.66～0+389.90 m段。注浆孔采用单排嵌套布置,孔间距1.0 m,入泥岩约0.5 m,喷射成桩直径约1.6 m,形成的防渗体最小宽1.25 m,根据现场注浆试验,水灰比0.8∶1,比重1.60～1.64 g/cm3,浆压0.1～0.3 MPa,自下而上喷射,泥岩上升速度4 cm/min,坝基7 cm/min,喷射管旋转速度6 r/min。喷射结束后,利用水泥浆对喷射孔进行加压填充补浆,至浆液不再下降为止。

针对邻谷渗漏问题,采取排水处理,将排水体布置于泉眼出露点,形式为贴坡式排水。具体处理措施为:泉眼出露处沿坝上游至坝下游开挖一沟槽,开挖比降1∶50。泉水集中出露点插入一根2.2 m的Φ50塑料渗水管,将水集中排至反滤层的卵石层。反滤层顶部高程由泉水出露点高程控制,高于泉水出露点1 m左右。开挖槽底铺设防渗土工膜,土工膜采用二布一膜复合土工膜,规格为600 g/m2。

绕坝渗漏量极小,对右坝脚渗漏几乎无影响,可不采取治理措施。

4 结语

水库渗漏原因极其复杂,采用多种方法进行综合分析,相互验证,对于正确分析水库渗漏原因极其重要。查明水库渗漏原因后采取相关处理措施可以有效治理水库渗漏问题。

坝肩渗漏是卡加水库渗漏的最主要原因,然而其与绕坝渗漏、邻谷渗漏的交互影响有待进一步探讨。

卡加水库经防渗处理以后,运行近一年来,坝肩质量良好,未出现渗漏问题。

[1] 张占君.论青海高原型水利的建设[J].水利发展研究,2003,8(8):35-38.

[2] 张生福,周善邦.青海“十三五”水利发展规划的思路和措施建议[J].科研,2015(19):191-192.

[3] 王奇红.青海省贵南县卡加水库工程地质勘察报告[R].西宁:青海省水利水电勘测设计研究院,2012.

[4] 冯永亮.青海省贵南县卡加水库右岸坝脚渗漏问题工程地质说明[R].西宁:青海省水利水电勘测设计研究院,2015.

[5] 郭见扬,谭周地.中小型水利水电工程地质[M].北京:水利电力出版社,1995.

(责任编辑：陈姣霞)

Study on the Kajia Reservoirs’ Leakage Analysis and Treatment Measures

JIA Dongyan, FENG Yongliang, QI Jun

(QinghaiSurveyandDesignInstituteofWaterConservancyandHydropower,Xining,Qinghai810000)

Reservoir leakage has serious impact on water resources.The authors correctly analyze the cause of reservoir’s leakage,so that they can take effective control measures.Based on the Kajia Reservoir as an example,through geological survey on field,they preliminary judge that the reservoir’s leakage is on the right of dam,and further from aspects of comprehensive analysis of water quality analysis,rock mass permeability,quantity of seepage water and reservoir water level,quantity of seepage water,point out that the dam abutment leakage,the seepage around the dam and valley leakage are the direct causes of dam leakage,leakage of dam abutment is the most main reason for the leakage of reservoir.They put forward relevant measures for seepage control in order to offer a reference for the similar projects.

dam abutment leakage; seepage around the dam; valley leakage; reservoir leakage; treatment measure

2016-04-22;改回日期:2016-05-02

贾东彦(1981-),男,助理工程师,硕士研究生,地质工程专业,从事水利水电地质勘察工作。E-mail:632904326@qq.com

TV697.3+2

A

1671-1211(2016)03-0404-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.036

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160504.0924.014.html 数字出版日期:2016-05-04 09:24