水化学分析方法在水电工程勘探中的应用

水化学分析方法在水电工程勘探中的应用

贺奎

贺奎

重庆热展建筑工程咨询服务中心重庆400012

[摘要]随着科学技术的不断发展，水利水电行业也有了很大幅度的发展,水电工程有限的勘察及水文地质钻探仅能获取少量水文地质信息,而在工程勘察特别是平硐中,易取得出水点的水样,本文主要对水化学分析方法在水电工程勘探中的应用进行了分析和探究，主要是通过具体的实例，对其进行了分析和总结。

关键词:水化学分析、水电工程、勘探

一、前言

由于岩土中的地下水是地球表层系统中最活跃的环境因子之一，其中地下水在运动过程中与周围地质体发生离子交换等，这样地下水记录了赋存区气象、流经途径的地质条件、水文地质条件等环境信息。然而在水电工程勘探中，最重要的就是对其地质条件的勘探，因此，水化学分析方法是最适合的。

二、工程概况

本工程是自一里水电站，位于四川省北部火溪河梯级开发的第二级，水电站区域属中高山峡谷地貌,火溪河在厂址区流向S45°E—S62°E,在厂址区下游约1km转向S45°E~—S62°E,河谷高程1450m,右岸发育有打雷沟、柴呷里沟、柴呷里下沟,左岸有南一里沟等,谷坡坡度一般40°—50°。沟内常年有水,流量较大,火溪河的汇水范围地形高程为2000—3000m，厂址位于自一里村,距离闸址9.8km，地下厂房洞室布置在右岸,气垫式调压室设计高程1720m，厂址区属中亚热带湿润性季风气候区,年平均降水量为723mm,年均气温为8.6°C。本工程区域内地层主要发育印支期花岗岩夹变质砂岩捕虏体,地下水类型为松散覆盖层中孔隙潜水和基岩裂隙水2种,均接受大气降水补给。基岩岩体赋水性或储水条件主要受风化、卸荷和构造裂隙控制。区内花岗岩裂隙水主要赋存于风化裂隙和成岩裂隙中,变质砂岩裂隙水主要赋存于构造裂隙中。孔隙水主要赋存于坡、残积物和河岸带的冲积层中。本工程主要是为了查明厂房水文地质条件，就必要对岩体裂隙发育状况、地下水来源及补给高程和不同水体的水化学特征进行调查,还要根据平硐出水点情况进行了离子比例分析法、统计分析法和同位素分析法等多种研究,从而试图解决水文地质条件问题。

三、分析方法

平硐揭露有花岗岩、花岗岩和变质石英砂岩的接触带及变质石英砂岩,中高层平硐以花岗岩为主,而低层平硐含砂岩捕虏体较多,沿硐深有淋水、滴水等出水点。通过采集研究区内地表水、河沟水和平硐出水点水系列水化学样,并进行常规水化学成分分析和测试,获取了平硐地下水水化学资料，并且地表水水温多数小于14°C,pH值偏高,一般在8.5以上。地下水主要是指平硐水,即在平硐中不同硐深处所采取的流水或滴水。主要测试化学成分及矿化度等。

1、水化学成分与离子比例分析

该区地表水和地下水的阳离子大多以Ca2+为主,阴离子以HCO-3为主,Cl-和SO2-4含量较低。水化学类型方面,水样多为HCO3-Ca型水,接近表层风化裂隙带的地下水水化学类型多为HCO3.SO4-Ca型水。地下水的TDS的变化范围是53—185mg/L,水样pH值7.5—8.2。地下水TDS在高层平硐较低,过渡到低层平硐偏高。

离子比例分析法是指利用水化学成分中,2个组分或一个2分与几个组分之间的比值来研究某些水文地质化学问题。在这种水化学类型相似,TDS变化较小的水样中,用离子比例分析法可反映出水样的差异性。将研究区的水化学样进行阳离子、Ca2+/Na+和Ca2+/Mg2+计算分析,发现研究区降水和地表水的Ca2+/Na+远远大于地下水,Ca2+/Mg2+总体上是地表水低于地下水。中层平硐出水点径流方向上花岗岩岩性较为均匀,Ca2+/Na+最小;低层平硐出水点径流方向上砂岩捕虏体比较连续,Ca2+/Na+相对较高;Ca2+/Mg2+在地下水中砂岩及接触带处又低于花岗岩出漏的水。G2的Ca2+/Na+相对偏高,与表层风化裂隙带沟通较好,地下水径流较快。

2、灰色关联分析

灰色关联分析是用来分析判断系统中主行为因子与相关行为因子的关系密切程度(这里指样本参数的相似程度)。为确定不同水样与水体之间的相互联系程度,利用研究区19个水样的宏量组分含量资料进行了灰色关联分析。采自径流区的地下水样与排泄区地表水样相关程度较好,关联度达0.867,表明从中层平硐到柴呷里下沟的径流条件较好,流速快;取自南一里沟的地表水和降水的关联度达0.90,说明南一里沟的地表水以接受降水补给为主;低层平硐地下水样与打雷沟地表水样的关联度为0.875,说明低层平硐地下水与打雷沟地表水之间水力联系密切。灰色关联度分析总体上反映出火溪河右岸的地下水水化学类型在径流方向上受岩体风化程度强弱影响而与地表水有着不同程度的联系。这与从主要离子含量曲线分析得出的结论是一致的。

四、分析结果

1、高、中、低层平硐地下水宏量组分的分析反映了地下水的水化学特征是随硐深与平硐揭露的岩性变化、裂隙发育特征、地下水交替快慢程度和水岩相互作用过程而变化。从地下水系统的角度总体来说,受地形地貌及区域构造的控制,火溪河右岸厂址区平硐所采水样点是属同一渗流系统,且通过水化学组分、离子比值及离子浓度变化曲线所反映的趋势分析,得出地下水化学组分在径流方向上反映出流场中岩性的变化及裂隙发育规律等。

2、由同位素测试及计算结果来看,平硐地下水的补给高度为2159~2753m,受风化裂隙与构造裂隙发育控制,硐深愈大相对补给高度愈大,反之愈小。这对水的来源界定起到了很重要的作用。

3、所采水样有地下水、地表水和雨水,所以水样分析结果从一定程度上可以说明地下水与地表水的水力联系,为后期的厂址区裂隙渗透性模拟提供定性的依据。此外,从最长平硐的水化学变化来看,较深处的出水点主要受构造大裂隙控制,是HCO3-Ca型水;中部出水点处为花岗岩和变质砂岩的接触带,为HCO3-Ca型水,HCO-3含量达170.86mg/L,较同一平硐中采的其他水样都高;硐深较浅部的出水点为HCO3.SO4-Ca型水,处于浅表风化裂隙水循环带。总体上TDS偏低,反映出地下水的径流条件和地表、地下水的流程长短及裂隙发育规律。

五、结束语

综上所述，本文主要对水化学分析方法在水电工程勘探中的应用进行了分析，水利水电工程的水文地质勘察是对其工程地质勘察的补充，也是工程地质勘察的一部分，而水化学成分和离子分析法主要结合裂隙测量资料来分析水化学成分及水化学类型和TDS在空间上的变化规律，这样就很更好的对不同水型的特征进行区分。此外，从分析的结果显示，火溪河右岸的地下水水化学，类型在径流方向上受岩体风化程度强弱影响,与地表水有着不同程度的联系，这样就使得其在水电工程勘探中更好的应用。

参考文献

[1]刘思峰,郭天榜,党耀国.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,1999:70-74.

[2]李荣伟，侯恩科.水利水电工程地质勘测的主要方法及其发展[J].四川水力发电，2007（12）.