水库渗漏分类与处理措施研究

李会中, 郭 飞, 潘玉珍

(1.长江三峡勘测研究院有限公司,湖北 武汉 430074; 2.河海大学 地球科学与工程学院,江苏 南京 211100; 3.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心,湖北 宜昌 443002)

水库渗漏分类与处理措施研究

李会中1,2,3, 郭 飞2*, 潘玉珍1

(1.长江三峡勘测研究院有限公司,湖北 武汉 430074; 2.河海大学 地球科学与工程学院,江苏 南京 211100; 3.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心,湖北 宜昌 443002)

针对水库渗漏分类研究少、不系统、欠规范之现状,基于广泛查阅文献与系统归纳总结,建立按渗漏部位、渗漏介质及其组合的水库渗漏分类体系,并结合多年来工程实践,提出水库渗漏处理原则与基于水库渗漏类型、防渗条件差异的针对性处理措施,以期提高从业人员对水库渗漏问题理论认知与工程实践技能。

水库渗漏;分类体系;处理措施

水库渗漏是指库水沿透水岩、土带向库外低地渗漏的现象。由于水库渗漏轻则降低水库效益、影响水库正常运行,重则恶化地质条件或周边环境,甚至危及工程安全或给人民生命财产带来损失,因而在水库全生命周期内对水库渗漏问题须给予高度关注[1]。本文分析水库渗漏分类现状,采用综合分类法,提出较完整的水库渗漏分类体系,以期提高或深化专业人员对水库渗漏问题的认识,并结合多年工程经验,针对水库渗漏类型或特点提出较系统的处理措施。

1 水库渗漏分类

1.1 水库渗漏分类现状

国内关于水库渗漏分类的文献主要有：

(1) 崔冠英[2]在阐述水库与坝区渗漏时,指出库水外渗途径有两种,即库区渗漏与坝区渗漏两类,库区渗漏又可分为暂时性渗漏和永久性渗漏,坝区渗漏亦可分为坝基渗漏和绕坝渗漏。

(2) 涂水源等[3]分析了来宾县水库渗漏原因,将来宾县水库渗漏类型分为孔隙型、裂隙型及岩溶型3类。

(3) 周宁[4]总结了鄂西南岩溶地区水库调查勘察实践,结合该区域岩溶水文地质条件及发育特征规律,将该岩溶区水库渗漏类型划分为岩溶管道型和溶隙裂隙型渗漏。

(4) 赵瑞等[5]分析了国内外岩溶水库发展,综述了水库岩溶渗漏及防渗的研究概况,指出按渗漏途径分类的库区坝段渗漏和库区渗漏,其中库区坝段渗漏包括坝基渗漏和绕坝渗漏,库区渗漏包括向邻谷或向远排泄区渗漏,或通过河湾或支谷向下游渗漏。

(5) 吴长敏等[6]分析了毕节岩溶区水库渗漏的成功经验,并对岩溶区水库渗漏进行分类,即按渗漏途径通常将渗漏分为坝区渗漏和库区渗漏两类。

(6) 韩鹏等[7]分析了枣庄市灰岩、变质岩不同区域的水库渗漏量,建立了渗漏量与蓄水量的关系,为工程修建及管理提供参考。指出不同岩性水库渗漏量特点：灰岩区水库日平均渗漏量约为变质岩区水库的3.9倍,同一蓄水量条件下,灰岩区的水库渗漏量大于变质岩区水库。

从上述国内文献表述情况可以看出：

(1) 水库渗漏分类研究较少,分类相对较简单且主要集中在岩溶地区,难以覆盖水库渗漏所有类型,分类尚缺乏系统性；

(2) 水库渗漏分类依据单一,表达上尚欠规范或准确,如上述文献中“渗漏途径”宜为“渗漏部位”,“渗漏原因”宜为“渗漏介质”,“渗漏时间”宜为“渗漏时效”,等等。

1.2 水库渗漏分类体系建立

水库渗漏特征因地形、构造、岩性等差异而有所不同,无论是宽缓地形区水库,还是高山峡谷区水库都可能发生渗漏,水库渗漏条件包括：①地形条件,如存在地形上垭口,库盆地形不封闭；②构造条件,由于断层等构造发育,使本来透水性弱的完整岩体受到破坏,形成渗漏通道；③岩土条件,库周与库底为松散地层时,因透水性强,可能产生大面积或带状渗漏,存在可溶岩时,可能产生岩溶渗漏；④水文地质条件,库盆无隔水层或相对隔水层封闭,且地下水位低于正常蓄水位时,可能存在水库渗漏[10]。

1.2.1 按渗漏部位分类

根据水库渗漏发生的部位,可将水库渗漏划分为库区渗漏、坝区渗漏2类。

(1) 库区渗漏。库区渗漏产生条件为:①地貌条件上,水库周边存在低邻谷或低洼地,其底面标高低于水库正常蓄水位；②存在连通库内外透水岩土介质且其分布高程低于水库正常蓄水位,如古河道或冰水沉积的砂砾石层,单薄分水岭,较厚的基岩风化壳,裂隙密集带,断层破碎带,溶隙—溶洞等。

库区渗漏主要有两种情形,即从库岸或库盆底穿越地形分水岭向低邻谷或远处低洼地渗漏,或经由河弯地段(地形分水岭)渗向坝下游河道,前者属河间(或流域间)地块渗漏(如图1),后者属河弯地块渗漏(如图2)。

(2) 坝区渗漏。坝区渗漏按具体渗漏部位又划分为坝基渗漏、绕坝渗漏,如图3。坝基渗漏是指水库蓄水后因上、下游水头差,使水库中水沿坝基岩土体中的孔隙、裂隙、断层、溶洞等通道向下游的渗漏,多发生在未进行防渗处理或防渗措施不当之处,坝基渗漏降低了水库的效益,增大了对坝底的扬压力,还可能引起坝基岩土体潜蚀,导致坝基失稳；绕坝渗漏又称坝肩渗漏,是指水库蓄水后,由于上、下游水头差,使库水沿坝两岸岩土体中的孔隙、裂隙、断层、溶洞等向坝下游的渗漏。

1.2.2 按渗漏介质分类

水库渗漏介质一般可分为准均匀介质(孔隙)、裂隙性介质(裂隙)、岩溶性介质(溶洞—溶隙)3类,据此将水库渗漏类型分为孔隙型、裂隙型、岩溶型3类,如表1。

图1 河间地块渗漏示意图Fig.1 The sketch map of massife leakage

图2 河弯地块渗漏示意图Fig.2 The sketch map of meander leakage

图3 坝区渗漏示意图Fig.3 The sketch map of dam area leakage

1.2.3 按渗漏部位—介质组合分类

在上述分类基础上,为准确表述水库渗漏特点,按渗漏部位—介质组合将水库渗漏划分为12种类型,如表2。

表1 按渗漏介质划分水库渗漏类型Table 1 Classification of reservoir leakage by leakage media

表2 水库渗漏部位—介质组合分类Table 2 Reservoir leakage spot-media combination classification

2 处理措施研究

2.1 处理原则

水库渗漏处理一般遵循以下原则[8-9]：

(1) 查明水库水文地质条件,确定渗漏类型与渗漏条件,估算(计)渗漏量,明确工程影响,确定是否需要防渗处理；

(2) 区别水库渗漏类型,充分利用防渗条件(如隔水层、相对隔水层或相对弱透水层分布等),选择适当防渗处理方案和处理方法；

(3) 防渗处理设计宜先宏观、后具体,即先确定防渗轮廓,再进行防渗结构设计,力求技术可行、经济合理、绿色环保；

(4) 防渗处理材料选择,应结合防渗处理需要,既考虑其防渗性能、耐久性,又兼顾因地制宜。如堵洞或铺盖,应选择块石、黏土等当地材料；灌浆材料,除水泥外,宜适量掺入黏土或膨润土等。

2.2 处理措施

水库渗漏处理措施选择因渗漏类型、防渗条件的差异而有所不同,概括起来主要为避、堵、隔、围、截、导(排)、观8个字,“避”即尽量避开不利地质条件筑坝建库,“观”即进行长期运行观测。一般情况下,库区渗漏多采用堵、隔、围的方法,坝区渗漏多采用堵、铺、截、导(排)的方法。地表具备防渗条件的,可选择地表黏土铺盖、混凝土盖板、土工膜覆盖等,存在较低地形垭口的,可设置挡水坝(墙)或隔离措施；不具地表防渗条件的,则可选择灌浆帷幕(水泥灌浆与化学复合灌浆、高压喷射注浆)、混凝土防渗墙等地下防渗措施。

2.2.1 帷幕灌浆

帷幕灌浆是最常用的防渗处理措施,松散地层一般采用高压喷射注浆,进行充填与胶结,达到防渗效果；基岩则可通过帷幕灌浆封堵产生渗漏的裂隙(成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙等)、构造破碎带、岩溶管道或洞穴等；规模较大的集中渗漏通道,则可采用先堵、后灌的方式处理。

2.2.2 铺盖防渗

在地表用铺盖体防止库水沿孔隙、裂隙、洞穴等介质产生渗漏。对于集中渗漏部位,应先进行点状防堵,后进行面状铺盖。铺盖广泛用于低水头水库防渗或坝前辅助防渗、抽水蓄能电站库盆与库底防渗。防渗材料可选择黏土、混凝土、土工膜等。

2.2.3 防渗墙、截水墙及防渗井

混凝土防渗墙多用于松散的砂卵砾石层或其他堆积层防渗；混凝土或沥青混凝土截水墙常用于截断引起集中渗漏的暗河、管道等；混凝土防渗井适用于处理灌浆效果不良的断层破碎带等。

2.2.4 封堵、围井与围护(隔)

封堵主要用于堵塞引起集中渗漏的管道、洞穴、构造带；围井适用于库区回水范围内的反复泉或直径较大的落水洞；围护是用围井将水库集中渗水点、漏水洞穴包围起来,也有建坝将水库渗漏部位隔断。

2.2.5 堵塞与喷护

对于库边分散渗漏的溶蚀裂隙,可用水泥砂浆进行喷护阻水,渗漏较宽大的裂隙,先用混凝土塞填实,再辅以喷浆处理。

3 结论

(1) 针对国内水库渗漏研究少、不系统、欠规范等现状,基于广泛查阅文献与系统归纳总结,建立了按渗漏部位、渗漏介质及其组合的水库渗漏分类体系,其中：按渗漏部位分为水库渗漏(河间地块渗漏、河弯地块渗漏)、坝区渗漏(坝基渗漏、绕坝渗漏)2类(4亚类);按渗漏介质分为孔隙型、裂隙型、岩溶型3类;按渗漏部位—介质组合又分为河间(弯)地块孔隙型、河间(弯)地块裂隙型、河间(弯)地块岩溶型等12类。

(2) 结合多年来工程实践,提出了水库渗漏处理原则与基于水库渗漏类型、防渗条件差异的处理措施,处理原则概括为“查明条件、明确影响,区别类型、选择方案,先定边界、再行设计,防渗材料、性价兼顾”,处理措施概括为避、堵、隔、围、截、导(排)、观8个字,从而指明了水库渗漏问题处理的工作思路与解决方法。

[1] 杨启贵,高大水.我国病险水库加固技术现状及展望[J].人民长江,2011,42(12):6-11.

[2] 崔冠英.水利工程地质[M].第三版.北京:中国水利水电出版社,1999:110-120.

[3] 涂水源,方福南.来宾县水库渗漏特征及防治治理探讨[J].广西水利水电,1992(1):50-54.

[4] 周宁.鄂西南岩溶区水库渗漏类型浅析[C]//中国地质学会工程地质专业委员会.西部水利水电开发与岩溶水文地质论文选集.武汉:中国地质大学出版社,2004.

[5] 赵瑞,许模.水库岩溶渗漏及防渗研究综述[J].地下水,2011,33(2):20-23.

[6] 吴长敏,周亚驰.毕节地区岩溶区水库渗漏类型及处理办法[J].中国农村水利水电,2009(10):125-126.

[7] 韩鹏,岳步德,韩晓琳,等.枣市水库渗漏分析[J].水资源保护,2007,23(5):35-37.

[8] 彭土标,袁建新,王惠明,等.水力发电工程地质手册[M].北京:中国水利水电出版社,2011.

[9] 水利电力部水利水电规划设计院. 水利水电工程地质手册[M]. 北京: 水利电力出版社,1985.

[10] 陈建生,董海洲,凡哲超,等.示踪法对小浪底坝区绕坝渗漏通道的研究[J].长江科学院院报,2004,21(2):14-17.

(责任编辑：于继红)

Study on Classification and Treatment of Reservoir Leakage

LI Huizhong1,2,3, GUO Fei2*, PAN Yuzhen1

(1.ThreeGorgesGeotechnicalConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430074; 2.SchoolofEarthScienceandEngineering,HohaiUniversity,Nanjing,Jiangsu211100; 3.CollaborativeInnovationCenterforGeo-hazardsandEco-EnvironmentinThreeGorgesAreaofHubeiProvince,Yichang,Hubei443002)

Most of the dangerous reservoirs due to reservoir leakage,so it is important to deepen the reservoir leakage theory to guide damming.In this paper,the current situation of low,unsystematic and underregulated reservoir leakage classification is studied.According to the leakage position,leakage medium and its combination,the reservoir leakage classification system is established with extensive literature review and systematic summary.Combined with years of engineering practice,put forward principles reservoir leakage and targeted action based on the type of reservoir leakage,leakage conditions differences,in order to improve the employees of leakage reservoir engineering theory and practice cognitive skills.

reservoir leakage; classification system; treatment measures

2017-07-24;改回日期:2017-07-25

国家自然基金面上项目“水库滑坡渗流与蠕变耦合分析”(41372159)。

李会中(1964-),男,教授级高级工程师,硕士,岩土工程专业,从事水利水电(岩土)工程勘察、设计生产与科研工作。E-mail:lihz8@163.com

*通迅作者:郭飞(1987-),男,博士研究生,地质工程专业,从事地质环境与地质灾害研究。E-mail:ybbnui.2008@163.com

TV223.4

A

1671-1211(2017)04-0493-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.030

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170725.1716.002.html 数字出版日期:2017-07-25 17:16