四川某水库扩容工程渗漏分析研究

四川某水库扩容工程渗漏分析研究

陈建平1易韡1王伟国2

1.浙江华东建设工程有限公司浙江杭州310030；2.华北水利水电大学河南郑州450011

摘要：在南方岩溶地区建水库或扩建水库，渗漏问题是必须要考虑的因素之一。四川某水库处于岩溶地区，扩容后水库在高水位运转时，可能存在渗漏风险。根据库区岩溶地层出露、地质构造、岩溶发育等基本地质特征及分布规律，从向邻谷和向坝下游两方面进行渗漏分析，为设计及施工提供可靠的地质依据。

关键词：水库扩容；渗漏风险；岩溶地层；岩溶发育

1概述

在岩溶地区兴建水利水电工程，能否成功解决岩溶渗漏问题，是工程成败的关键[1]。四川某水库是一座以农业灌溉、防洪为主，兼有城镇供水和水产养殖等综合利用效益的中型水库。2010年8月，经国家水利部大坝安全管理中心组织专家进行安全鉴定后认为：水库大坝的主要安全问题有洪水复核后坝顶高程不够，绕坝渗流、溢洪道进口山体高陡边坡掉块堵塞溢洪通道、大坝观测设施缺乏等大坝安全隐患。计划采取除险加高措施，水库扩容后，正常蓄水位高程2444m，总库容增至3516.2万m3，设计灌溉面积9.25万亩，每年可以引水约2310万m3，大大改善原灌区的用水不足问题，具有良好的灌溉效益、供水效益、发电效益经济效益和显著的社会效益。

2基本地质条件

2.1地形地貌

水库位于金沙江左岸某支流上游河段，主要由干沟和烟子房沟两条较大支流汇合而成。地处青藏高原东南缘，属川西南高山与高原地貌单元，横断山系。库区属高中山山地侵蚀、剥蚀地貌，区内总体地势西北高，东南低。

2.2地质构造

库区处于一破坏了的背斜的南东翼，背斜轴向NE，核部地层为寒武系，翼部地层为奥陶系。背斜轴部被NE向的宁会断层破坏后，分成北西、南东两翼。北西翼出露了寒武系下统、中统、上统和奥陶系下统地层，岩层倾向北西；南东翼出露了寒武系中统、上统和奥陶系下统地层，岩层产状：N6～20°E，SE∠39～55°。

库区主要发育F1和F2两条较大断层，F1断层为宁-会断裂的一部分，在下店子至板厂垭口一带沿河谷穿过，属压扭性逆冲断层，控制库区基本构架。在库区其产状为：N54°E，NW∠60°。F2断层在库区干沟附近与F1相连，向南经库区左岸山坡呈SE方向穿过阴洞河延伸至右岸大坝坝肩中下部，波状起伏，压扭性逆断层，断层宽约10m。

2.3岩溶

库区岩溶较发育，其中寒武系下统龙王庙组、上统二道水组，奥陶系巧家组地层均存在可溶岩分布，可溶岩主要为盐酸盐岩类的灰岩和白云岩，可溶岩分布总面积约26.67km2，约占水库总流域面积的38.7%。岩溶发育现象主要表现为溶痕、溶孔、溶洞和落水洞等[2]。岩溶的发育受到岩性、地质构造和岩溶水循环交替的控制，而表现为不均一性[1]。

3库区渗漏分析

水库1997年12月全面竣工，至今已安全运行十余年，从水库运行情况和现场调查，目前除坝址左岸存在局部绕坝渗漏现象外，水库未出现明显渗漏问题。水库扩容后，正常蓄水位将抬升约32.1m，现从邻谷渗漏和绕坝渗漏两方向进行论述。

3.1向邻谷渗漏分析

水库西北面与邻谷六华河之间分水岭为花木梁子，花木梁子呈NEE走向，其山顶高程一般为3000～3500m，山体雄厚，河谷间距在10km以上，其间无区域断裂穿越。分水岭以西为中生界相对隔水地层，以东临库为古生界地层倾向库内，也无连续可溶岩层分布，如图2所示。水库蓄水至2444m高程，不会产生向六华河渗漏。

西南面与邻谷马家沟分水岭高程一般为2700m～3000m，其中最低分水岭为西南侧的板厂垭口（高程约2638m），是水库流域向外的最低分水岭。有F1断层断裂从此经过，而且有部分地层存在可溶岩发育，是库区向邻谷渗漏最薄弱环节。F1断层为压扭性逆断层，断层带内主要充填粘土岩、断层泥，具有相对隔水作用。北东面与邻谷清水河间分水岭高程一般2700～2900m，其中最低分水岭为北东侧的老路垭口（高程约2660m），两河谷之间高程2444m处河间地块水平距离约7km。从区域构造来看，F1断层东北侧在老路垭口切穿分水岭，在库内沿阴洞河上游伸展，不存在连续的可溶岩分布，阴洞河上游河内常年流水，河水位也高于扩容后的水库最高水位，另外在东南侧老路垭口附近高程2700m左右山坡也可见细小泉水流出；说明地下水分水岭较高，远高于水库蓄水位。

3.2坝基及绕坝渗漏分析

坝基及绕坝渗漏主要受坝基岩体裂隙和构造控制，水库坝基以F2断层为界，左岸至右坝肩下部基岩为奥陶系寒下统红石崖组上段(O1h2)石英砂岩、细砂岩为主，节理裂隙较发育，透水率一般为0.63～8.8Lu，属弱～微透水层，此段长约占坝基横断面长度的2/3；右坝右坝肩中上部为红石崖组下段(O1h1)，节理裂隙较发育，岩石透水率一般为1.6～13Lu，以弱透水为主，少量中等透水，此段约占坝基横断面长度的1/3。

坝基岩层缓倾下游，岩体节理裂隙发育，岩体较破碎，层面和节理面连通上下游，岩体以弱透水为主，相对隔水层埋藏深较，因此存在坝基渗漏问题，坝基渗漏根据达西定律估算渗漏量Q=215.1m3/d，说明水库扩容后坝基渗漏量较大，大坝加高需重新进行帷幕灌浆处理。

大坝两岸山坡岩层缓倾下游，岩体卸荷和节理裂隙发育，岩体较破碎，层面和节理面连通上下游，右坝肩受F2断层影响强烈，岩体以弱透水为主，少量中等透水，相对隔水层埋藏深较，因此存在绕坝渗漏问题，估算绕坝渗漏量按下式：

Q=0.366k•h•m•lg(B/r0)[1]

式中Q为渗漏量；k为渗透系数；h为蓄水后上下游水头差；m为等效透水层厚度；B为绕坝渗漏带长度；r0为等效半径。按此粗略估算绕坝渗漏量Q=125.1m3/d，说明水库扩容后绕坝渗漏量较大，大坝加高两岸山坡需进行帷幕灌浆处理。

断层F2斜切大坝右坝肩，破碎带物质组成以泥夹岩块、岩屑型为主，其渗透系数k=2.72～8.28×10-5cm/s，属弱透水层，这主要是由于断层为压扭性构造，泥质含量较高，但受断层构造影响，其两侧影响带岩体破碎，透水性反而强烈。从渗透变形试验成果来看，破碎带临界水力坡降Jcr=1.33～5.30，平均值为2.67，而其破坏水力坡降J=12.90～16.79，平均值15.25。虽然原大坝在施工过程中对F2断层进行混凝土封堵处理，在坝下游平洞内F2断层只见渗漏水现象，但大坝加高后水头压力增大，F2断层及其影响带仍是一条较强渗漏通道，需对其进行防渗处理。

4小结

（1）水库地形封闭条件较好，西北侧和东侧山体雄厚，无区域断裂和连续的可溶岩分布，不存在向其邻谷六华河、碧迹河渗漏的可能；库区岩溶和构造虽然较发育，但由于有相对隔水层存在，岩溶和断层难以形成完整的渗漏通道，水库扩容后，向西南侧马家沟邻谷发生水库渗漏的可能性也很小。因此，水库向邻谷渗漏问题不突出。

（2）水库除险扩容后存在坝基渗漏和绕坝渗漏问题，考虑到坝基和两岸山体以弱透水为主，而原大坝心墙为弱～中等透水，建议心墙采用混凝土防渗墙，坝基和两侧坝肩采用防渗帷幕进行防渗处理。在断层F2附近防渗帷幕应适当加深，并增加灌浆排数。

参考文献：

[1]陆兆溱.工程地质学[M].第二版中国水利水电出版社，2010.1

[2]杨艳娜.新坝水库区岩溶渗漏问题研究[J].人民黄河，2009.8,31（8）：90~91.

[3]王汝华.阿岗水库库区岩溶渗漏研究[J].人民长江，2005，36(9):6~7.