现代水文地质学在水库建设与维修养护中的运用探索

卢开云

1.东华理工大学水资源与环境工程学院 江西 南昌 330006

2.云南省普洱市景谷傣族彝族自治县水务局 云南 普洱 666499

水是人类赖以生存的、不可缺少的资源。作为水资源一部分，地下水分布广、变化稳定、水质良好、便于应用，是理想的饮用水源，也是生活、工业和农业用水的重要供水水源，在我国，干旱、半干旱的华北和西北地区，地下水是主要的甚至是唯一的供水水源。当代水文地质学研究的是饱和带与非饱和带中的地下水。主要研究地下水与周围环境在相互作用时，水质、水量的时空变化规律以及地下水对周围环境产生的影响，以及探究运用以上规律避害兴利，服务人类，使人与自然相互协调的可持续发展。本文以水库维修养护为例，简单介绍了现代水文地质学中水文地质勘察方法的原理及应用，从而为今后水文地质勘察和水利工程建设工作提供一些参考。

1 工程分析

1.1 水文地质勘察

1.1.1 自然地理概况

景谷县位于云南省西南山区，普洱市西北方向，东与宁洱县相连，南以小黑江为界、与思茅区一水相邻，西与临翔、双江、澜沧隔澜沧江相望，北与镇沅县接壤，东西相距107km，南北相距115.8km，总面积7777k㎡，山区面积占总面积95.5%。境内矿藏资源颇为丰富，种类较多。境内山地、高原、盆地相间分布，属横断山系纵谷区南段无量山脉分支。

景谷县多样性的立体气候特征为许多植物的生长提供了十分适宜的环境条件，境内主要植物有思茅松、菩提树、榕树等，另外还拥有大榕树、大青树、大茶树、松树王、龙血树等名贵树种及数十种名贵兰花。全县林地面积893.8万亩，森林覆盖率达74.72%，活立木蓄积量4832万m3。

1.1.2 工程地质

景谷县位于三江印支褶皱系南端，西以澜沧江深断裂为界，多受经向构造控制，活动强烈。地质构造受东部哀牢山深断裂带和西部澜沧江切割较深的大断裂带的影响，为第四纪活动构造思茅断裂带与澜沧江断裂带之间的弧形块区。境内地质较为复杂，新生代、中生代、古生代地层均有分布，岩性多为红色沙岩、石灰岩、片麻岩、花岗岩。主干断裂平行于深断裂分布，并为后期北西或北东向横断裂所切割或错移，除主干断裂外，多为切割主断裂之横断裂平行派生的次级断裂，在地貌、水系上亦有一定表现。

根据工程区地质构造新近无较大活动迹象，区域地层总体稳定，通过查询《中国地震活动参数区划图》（GB18306—2015）可知，工程区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应地震基本烈度为Ⅶ度，工程地震设防烈度采用Ⅶ度。

1.1.3 水文及气象

全县多年平均降雨量1426.3mm，受地势影响，“立体气候”特点突出，随海拔升高而雨量增多，迎风坡雨量明显多于背风坡。受地形和季风气候影响，降水量年际年内分布不均，每年5月至10月为雨季，降雨量占全年降雨量的85%左右，其中7月至8月降雨较为集中，形成主汛期，10月中下旬雨季结束。气侯属于亚热带山原季风气候区，是典型的南亚热带地区，多年平均气温20.2℃，最热月份在雨水开始前的5～6月，最冷月为1月，极端最高气温达39.6℃，极端最低气温0.2℃，多年平均日照时数2065.3小时，年平均相对湿度78%，多年平均蒸发量900～1400mm，多年平均风速26m/s。因降雨在年际和地区之间分布不均，导致区域性的水、旱灾害交错发生。

1.1.4 水资源概况

景谷县境内境内属澜沧江水系，水能资源丰富，境内有澜沧江、威远江、小黑江等大小河流94条，年总产水量44.16亿m3，理论蕴藏量为76万kW（澜沧江除外），可易于开发利用的23万kW，占总蕴藏量30.26%。截至目前，全县已建成水电站13座，机组20台，装机容量2.93万kW，占可开发总量的12.7%。据调查统计分析，装机容量在500kW以上电站预计可建39座，全县水能资源可开发利用潜力还比较大。

1.2 水库维修养护工程施工中存在的问题分析及处理

1.2.1 芒局水库

（1）基本情况

芒局水库坝址位于景谷县永平镇南东侧勐嘎河支流芒局小河中上游。芒局小河为勐嘎河的一级支流，属澜沧江水系，距县城70km，始建于1988年，为小（二）型水库工程，水库总库容12.45万m3，为均质土坝，以农业灌溉为主、兼顾人蓄下游防洪的水利蓄水工程，承担着下游300 余亩农田灌溉，水库保护着下游500多人、800多亩耕地，免遭洪水威胁。

（2）水库运行存在的问题

1、溢洪道工作桥护栏锈蚀。2、进库道路受雨水冲刷损毁。3、水库无管理房。4、老涵洞渗水严重。5、斜拉闸拉杆及闸板锈蚀。6、坝面白蚁危害严重。7、坝脚淤积，排水不畅。8、缺水库管理安全警示标志。9、无备用电源。

（3）工程维修养护方案

1、对溢洪道工作桥护栏除锈后进行防腐刷漆处理。2、对进库道路进行修复。3、新建水库管理房。4、用C20混凝土对老涵洞进行封堵。5、对斜拉闸拉杆及闸板进行除锈保养。6、拦河坝下游坝坡先进行白蚁治理除巣，然后对整个坝面采取药物防治，以达到全面灭除白蚁。7、清理坝脚淤积。8、制作安装安全警示牌1块。9、配备备用电源。

（4）维修养护主要工程量

表1 芒局水库维修养护主要工程量表

1.2.2 牛屎河水库

牛屎河水库位于景谷县永平镇境内，在勐戛河二级支流牛屎河上游，属澜沧江水系，始建于1966年，距镇政府16km，径流面积0.88km2，总库容13.89万m3，以农业灌溉为主，最大灌溉面积800亩。

（2）工程目前运行存在的问题

1、斜拉闸及拉杆锈蚀严重。2、管理房庭院未硬化。3、进库道路受雨水冲刷严重。4、大坝顺流右岸坝肩与山体结合部有渗漏。5、无安全警示标志。6、缺备用电源。

（3）工程维修养护方案

1、对斜拉闸及拉杆进行除锈防腐保养 。2、采用C20砼浇筑管理房地坪36㎡。3、对进库路面采用机械开挖扩宽，而后铺垫砂石。4、对大坝顺流右侧坝肩与山体结合部进行灌浆防渗处理。5、制作安装安全警示牌1块。6、配备备用电源。

（4）维修养护主要工程量

表2 牛屎河水库维修养护主要工程量表

1.3 工程事故分析

从以上两个工程的施工过程中可看出，对于水库目前存在问题的发生，以及由此造成工程量的增大，有很大的原因是水库建设较为久远，且建设初期，由于工程技术滞后，致使在开展水文地质勘察时，勘察不到位，从而造成施工不够精细，从而致使水库存在隐患。由此可见，不论是在水库建设，还是病险水库维修养护中进行水文地质勘察，都是及其重要的[2]。

2 水文地质勘察在水库维修、渗漏处理中的运用分析

一般来讲，水文地质勘察的主要内容有：地质条件勘察、水文地质勘察、岩溶区的岩溶发育特征分析等。在水库维修、渗漏处理中，尤其是在渗漏处理中，需要对地质条件、水文地质及岩溶发育特征等进行充分的勘察分析，从而制定出具体可行的实施方案。

2.1 地质条件勘察分析

首先应该对工程区的地形地貌进行全面勘察。通过工程区周边的地形地貌进行勘察，根据勘察结果充分比较分析其对于水库工程区地下水的影响。一般来讲，当河水位低于库水位或者水库间的分水岭比较单薄时，比较容易引起水库渗漏。

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其次是应该对工程区的地质构造进行勘察。一般而言断层、裂隙、褶皱等地带，断层破碎较为明显，容易形成水库渗漏通道。

此外，还应对工程区的地层岩性和结构进行勘察分析。一般情况，水库渗漏与岩土体岩层有关，若水库坝基为松散岩类，渗透性较强，易形成河道堵积物，造成库水渗漏流失；若水库坝基位于岩溶区，一般情况下碳酸盐底部的隔水层的隔水效果很差，对阻挡和保存库水不利，亦会引起库水渗漏流失。

2.2 水文地质条件分析

在水库维修、渗漏处理中，除了对地形地貌、地质结构等条件进行全面勘察分析外，还应对水文地质条件进行勘察分析。首先应该确定工程区地下水的类型，其次应该仔细勘察工程区地下水的含水层次、分布以及埋藏深度等情况，充分分析该地区地下水的补给、径流、排泄、水位及其变化情况，及对水库周围地下水分水岭进行勘察分析，一般而言，当地下分水岭比水库正常蓄水位低时，比较容易造成渗漏。

2.3 其他分析

在进行水库渗漏中的水文地质勘察工作时，如果工程区为岩溶地区，还应该对水库建设前后地下水的流量变化、岩溶区地下水的动力特征、岩溶区岩溶的发育强度、规律、岩溶形态和分布规律等进行勘察分析。

此外，还应进行地质分析。一是渗漏通道的主要表现形式。对于岩浆岩地区的水库，一般来说，可能发生渗漏通道主要是砂砾石层以及基岩表面的透水层;对于沉积岩地区的水库其渗漏一般来说主要表现为透水层漏水，而且断层的破碎带也可以形成渗漏的通道；对于第四纪堆积物地区的水库，坝下渗漏的主要通道有河床、古河道以及砂卵砾石层等。二是漏水通道的连通性。地层的结构特征对于松软岩层渗漏通道的连通性具有重要的影响。多层结构水文地质条件下，相对隔水层的条件会影响到漏水，而对于基岩透水层以及岩溶发育地带漏水通道的连通性，其主要影响因素为地质构造。

3 水文地质勘察在水库维修、渗漏处理中的运用手段

在水库维修、渗漏处理中开展水文地质勘察工作，主要方法有钻探和物探、地下水动态观测、水文地质测绘及试验等。

3.1 钻探和物探

在水库维修、渗漏处理中开展水文地质勘察工作，钻探和物探是最准确的方法，一般是通过对工程区进行钻探或者物探，以此来分析确定该区域的水文地质结构、含水层情况及断裂带富水区的具体位置等，从而获取准确的数据信息。通常将钻探技术与物探技术结合使用，更有利于提高勘察的质量及获取数据信息的精准率。通过情况下，需要在工程区可能出现渗漏的岩层内布置至少2组的钻孔，且位于岩溶区的钻孔，其布置的深度须穿过岩溶发育带[3]。

3.2 地下水动态观测

在水库维修、渗漏处理中开展水文地质勘察工作，需要对工程区地下水的动态情况建立一个长期观测网，对于易发生渗漏的区域至少布置2组观测孔，来对工程区地下水的补给、径流、排泄、水位及其变化情况，及水库周围地下水分水岭情况进行勘察统计[4]。

3.3 水文地质测绘及试验

在水库维修、渗漏处理中开展水文地质勘察工作，还应该进行水文地质测绘和水文地质试验。尤其应加强对水库渗漏通道和进出口地段的测绘，包括水库附近的邻谷和分水岭、正常蓄水位以上的第一级阶地带及所有勘测到的岩溶洞穴。主要通过钻孔压（注）水试验、抽水试验等水文地质试验方法，来准确分析水位的变化趋势，提高计算的精确度；示踪试验、岩土层的渗透试验是测定渗透系数的主要方法，能够为水库的渗漏量提供数据依据。

4 结语

综上所述，本文结合两座病险水库的维修养护施工，探究了其病险问题的产生原因（建设时间久远及当时施工技术不高、使用年限长、管理维护较差等），造成现阶段水库出现渗漏，致使水库出现安全隐患。根据调查分析，水文地质勘察工作是水库施工质量的关键，其工作成败与否将与水库建设质量、是否会出现渗漏密切相关。水文地质勘察在水库建设、病险水库维修养护尤其是渗漏处理中具有及其重要的作用，所以在水库建设、维修养护等水利项目工程中要加强水文地质勘察，确保水利工程的施工质量[5]。