综合物探法在青龙堡水库试蓄水渗漏分析中的应用

符怡森

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550002）

0 引言

试蓄水和试运行期,水库由于前期地质勘察疏漏或填筑质量不佳常常导致坝体、坝基或库区渗漏。坝基渗漏原因多为岩溶或断层作用,而坝体渗漏常常由填筑体局部渗透性系数较大引起。为此,许多学者研究了综合物探法应用于坝基渗漏源查找、水库坝体渗漏通道缺陷搜寻,对其理论和实践运用进行了深入研究[1-3]。由于岩溶发育的随机性和复杂性,坝体填筑的不均匀性导致搜寻渗漏源、渗漏通道和缺陷尤其复杂。因此,探索出一种可操作性强、信息可靠的综合物探法是必要的。

充电法是通过向目标体供电使其成为等电位体,提高目标体和周边介质的电位差,以形成充电效应研究探测体分布的典型特征。伪随机流场法根据江河湖库正常水流形成的流速场与管涌、渗漏情形下的异常流速场差别,将一个电极放置在渗漏集中出水点处,另一个置放于水体中,在保证测量区域电流场不受影响的前提下,测量垂直电流密度分布,通过电流场的异常分布判断渗漏区域和通道。

1 工程概况

绥阳县青龙堡水库位于绥阳县蒲场镇老水坪的洛水河上,主要任务为向重工业化基地供水,由水源工程、供水管线工程组成,坝型为面板堆石坝,正常蓄水位965.0 m,坝顶高程969.1 m,最大坝高73.1 m,总库容741 万m3,工程等别Ⅳ等,工程规模属小（1）型。

青龙堡水库于2016 年8 月开工建设,2020 年5 月19 日开始下闸试蓄水。试蓄水后连遇汛期大雨,水库水位上升较快。6 月13 日试蓄水至933.6 m水位时,下游右岸施工板房渠道893.83 m高程发现SL1 冒水点；6 月15 日库水位943.5 m时,导流洞堵头附近穿过导流洞顶板的灌浆孔漏水；6 月18日库水位944.6 m,左岸下游冲沟原S4 泉水流量增大；6月20 日库水位945.5 m时,下游右岸稻田889.62 m高程发现SL2 冒水点,同时发现右岸冲沟公路堆渣体不同高程有多个出水点；7 月2 日库水位960.5 m 时,导流洞右侧902.63 m高程出现SL3 出水点；7月7日库水位965.35 m时,左岸坝脚原S3 附近出现2 个出水点,同时S3 泉水流量增大,分SL4-1、SL4-2、SL4-3 等3 个点出露,高程889.62 m~901.59 m。水库主要渗漏点分布见图1。

图1 水库主要渗漏点分布图

2 综合物探勘察分析

2.1 充电法成果分析

2.1.1 左岸渗漏点（SL4-3）成果分析

为解左岸渗漏点（SL4-3）地下的渗漏通道,确定其发育方向,对SL4-3渗漏点进行充电,受现场条件限制,共布置5条测线。对单支测线进行分析,寻找归一化电位值U/I的区间极大值突变点进行分析,见图2。根据地面电位观测结果绘制等电位线平面图,见图3。

图2 SL4-3单支测线归一化电位值

由图可见,在测线范围内发现两处等位线延展方向：（1）从SL4-3先向东延伸,后向北库区方向发育；（2）从SL4-3一直向东延伸。推测渗漏通道见图3蓝色线方向。

图3 SL4-3等电位平面图

2.1.2 右岸渗漏点（SL1）成果分析

为了解右岸渗漏点（SL1）地下的渗漏通道,确定其发育方向,对SL1渗漏点进行充电,受现场条件限制,共布置15条测线。对单支测线进行分析,寻找归一化电位值U/I的区间极大值突变点进行分析,见图4。根据地面电位观测结果绘制等电位线平面图,见图5。由图可见,在测线范围内等位线从SL1先向西北方向延展,后向北库区方向发育,推测渗漏通道见图5蓝色线方向。

图4 SL1单支测线归一化电位值

图5 SL1等电位平面图

2.1.3 右岸渗漏点（SL3）成果分析

为了解右岸渗漏点（SL3）地下的渗漏通道,确定其发育方向,对SL3渗漏点进行充电,受现场条件限制,共布置19条测线。对单支测线进行分析,寻找归一化电位值U/I的区间极大值突变点进行分析,见图6。根据地面电位观测结果绘制等电位线平面图,见图7。由图可见,在测线范围内等位线从SL3紧贴溢洪道向库区方向延展发育,期间在推测渗漏通道上方发现一地表塌陷区,推测渗漏通道见图7蓝色线方向。

图6 SL3单支测线归一化电位值

图7 SL3等电位平面图

2.2 伪随机流场法成果分析

根据现场测试及以往经验,将电位差＜20 mV定为测试的背景值,该区域不渗漏或渗漏较微；电位差≥20 mV为电位差异常区域（可疑渗漏区）。本次测试时库水位高程约943 m；2020 年8 月10 日至11 日,对异常区域进行复核（库水位约926 m）,未发现异常区域与坝后量水堰和泉点有联通关系。伪随机流场法异常统计情况见表1。

表1 青龙堡水库伪随机流场法渗漏分析异常统计表

左岸近坝顶的坝址及邻区存在1个明显异常区（编号为1#）。从异常电位差值看,1#异常整体电位差值较高,其中心部位超过50 mV,推测渗漏程度较严重-严重,从异常分布范围看,1#异常顺坝趾分布规律较明显,渗漏可能与趾板裂隙或缺陷有关,但1#异常由于东边界紧靠山体,因此,不排除山体渗漏的可能。

坝脚趾板房附近存在2个明显异常区（编号为2#、3#）。从异常电位差值看,2#、3#异常整体电位差值较高,其中心部位超过50mV,推测渗漏程度较严重-严重,从异常分布范围看,2#、3#异常位于坝脚趾板附近,渗漏可能与趾板裂隙或缺陷有关,但2#、3#异常位于断层附近,因此,不排除渗漏由地质原因引起。

右岸近坝脚的坝趾及邻区存在2个明显异常（编号为4#、5#）。从异常电位差值看,4#、5#异常整体电位差值较高,其中心部位超过50mV,推测渗漏程度较严重-严重；从异常分布范围看,4#异常顺坝趾分布规律较明显,渗漏可能与趾板裂隙或缺陷有关,但4#异常由于西边界紧靠山体,因此,不排除山体渗漏的可能,5#异常位于面板部位,渗漏可能与面板缺陷有关。

2.3 钻孔孔壁摄像法成果分析

本次对水库渗漏补充勘察进行了4 个钻孔,其中SZK2钻孔从孔深17.3 m~49.5 m段遇多层溶洞或断层破碎带,洞内多为粘土夹碎石充填,上部为灌浆孔回填砂浆,孔内地层结构复杂,从地表下直径108 钢管至孔深50.5 m ,该孔无法进行孔壁摄像；另外原灌浆孔Y69（取水口封堵钻孔）进行实测,其结果分析资料如下：

（1）SZK1在30.7 m以上裂隙发育,见孔壁摄像图物探插图见图8。

图8 SZK1裂隙发育-孔壁摄像图

（2）SZK4在18.2 m以上裂隙发育,见孔壁摄像图物探插图见图9。

图9 SZK4裂隙发育-孔壁摄像图

2.4 结果分析

渗漏带集中在库首坝区高程930 m以上两岸坝肩和坝基,左岸主要为高齿墙与K7 岩溶管道一带,右岸主要为溢洪道控制段、导流洞封堵段与f2 断层带交叉段一带,不存在邻谷渗漏。出水点分布在两岸下游530 m范围内,呈多部位多高程分布,7月7 日库水位超过正常蓄水位635.0 m后泄洪,6 个出水点（带）总渗漏量约765 L/s。渗漏导致地下隐伏型岩溶充填物逐步淘蚀带走,引起左岸大坝下游堆石区与公路路面塌陷,以及溢洪道内侧岸坡局部塌陷,长期渗漏可能危及工程永久安全,并影响水库正常蓄水。

3 结论

在综合分析青龙堡水库设计资料的基础上,采用充电法、伪随机流场法和钻孔孔壁摄像法对水库渗漏状况进行现场检测,查明了渗漏位置、范围和埋深,为确保水库长期安全稳定运行,需对其进行防渗处理。水库大坝下闸运行近一年,库水位经历了洪水期的升降变化。由于库水位升降中大坝下游右侧两岸坡带有8 个渗漏点出露,各点渗漏量总体约Q=860 L/s,远大于青龙堡水库多年平均流量Q=442 L/s,渗漏量为51.4%,也大于水库允许渗漏量的5%（22.10 L/s）。同时,水库蓄水困难,难以满足设计的供水要求和经济效益,一旦发生事故,将严重威胁大坝下游两岸村民及民房的安全,应引起足够重视。因此,渗漏探测工作对保障水库安全运行起到很重要的预警作用,对该水库的渗漏处理是有必要的,应尽早在汛期前实施完成。