水文地质勘察对水库渗漏影响的地质因素

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【摘要】：图10-4水库水位与邻谷水位对渗漏的影响示意图10.1.1.5 岩溶发育特征在岩溶地区,需要查明库区内岩溶的发育强度和发育规律。

10.1.1.1 地形地貌条件

水库附近河谷切割的深度和密度,对水库的渗漏至关重要。当相邻河谷被切割很深,低于库水位,且与水库间的分水岭比较单薄时,由于渗透途径短,水力梯度大,有利于库水渗漏。

在库周围水文网切割深度较大的山区,也容易发生水库渗漏。有时虽分水岭较宽,但由于水库迥水范围内河流的支流发育,将某段的分水岭切割得比较单薄,也可能形成渗漏地段[1]。山区河谷急剧拐弯处(坝址常选在此位置附近),河湾间山脊有时很薄,库水就有可能通过山脊产生渗漏。比较顺直的河谷段,应注意分水岭上的垭口,垭口的两侧或一侧山坡发育有冲沟,使山体变薄,库水也可能通过垭口渗漏[2]。

平原地区的河流有时形成急剧转弯的河曲,若在河弯地段筑坝建造水库,就会在库区与坝下游河流之间形成单薄的河间地块。此时,若上下游之间的水力梯度大,就有可能使库水向下游的河道发生渗漏。库、坝区渗漏途径如图10-1所示。[3]。

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图10-1　库、坝区渗漏途径示意图(据天津大学,1979)

(a)坝下渗漏;(b)绕坝渗漏;(c)向邻谷渗漏;(d)河湾间的渗漏

河流多次改道变迁形成的古河道若通向库外时,库水就会沿着古河道河床堆积物的渗漏通道漏失。如果古河道与邻谷或坝下游河道相连,库水也会沿之漏失[1]。

10.1.1.2 地层岩性及结构

渗透性强烈的岩土体(碳酸盐岩、未胶结的砂卵砾石层)可构成水库的渗漏通道,漏失量与其结构、渗透性有关。

1.平原松散岩类坝基水库

(1)当坝基地层从上到下的组成物质由粗变细时,上部为较强透水层,下部为弱透水层或是隔水层,此时,库水多沿坝基上部强透水层渗漏。

(2)当坝基地层从上到下的组成物质由细到粗,而上部弱透水层在坝前遭水冲蚀或人工取土破坏,则其下伏强透水层——古河道堆积物就成为严重的渗漏通道。

(3)当坝基的地层粗细粒相间,且以粗粒为主时,一般在表层无厚度大、分布完整的黏性土层作为相对隔水层,表层下又多以厚层强透水层为主,夹黏性土薄层或透镜体,此类坝基渗漏及渗透变形一般较为严重。

2.山区水库

(1)山区河谷狭窄,谷坡高陡,当砂卵石层分布于谷底且厚度小于15m时,这种坝基的砂卵石层不厚,而且多由粗碎屑物质组成,其中或有呈透镜体状的砂层分布,但表部没有黏性土覆盖,岩层透水性甚强,渗漏主要发生于坝基。

(2)当山区河谷谷底的砂卵石厚度大于15m时,砂卵石层多以卵砾石和砂组成,其中间或有透镜状的砂层分布,但透水性都很强,而且往往有集中渗流通道存在,渗透变形破坏类型主要是管涌。

(3)当河谷较宽,谷坡上分布有多级基座阶地时,坝基除河谷覆盖层情况与上述基本相仿外,还可能沿阶地基座面上的砂卵石层渗漏。

3.岩溶地区水库

碳酸盐岩中的岩溶洞穴或暗河若与库外相通,可形成严重的径流带或管道流,这是最严重的渗漏通道。当库区强岩溶化的碳酸盐底部无隔水层分布,或虽有隔水层存在,但其埋藏很深或封闭条件很差时,也有可能通过分水岭向邻谷、河谷下游或远处低洼排泄区发生渗漏[2]。

10.1.1.3 地质构造

一般而言,地层变形越大、褶皱比较发育的地段,其地层所受的地应力也越强,各类断层和裂隙也都比较发育。断层破碎带,尤其是横切河谷与邻谷相通的宽大而未胶结的断层破碎带,是形成大水量渗透的通道;具有宽大密集裂隙的岩层也易于造成渗漏。在岩溶地区,断层带上往往发育着岩溶管道。

在地层中夹有透水岩层时,向斜构造要比背斜更利于抗渗漏,这是因为在向斜构造中,隔水层在库区周围封闭得较好[图10-2(a)];而背斜构造的河谷,库水很容易沿着透水岩层向邻近河谷渗漏[图10-2(b)][2]。

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图10-2　褶皱核部的水库(据　张咸恭,1983)

(a)库区位于背斜谷岩层缓倾角易渗漏;(b)库区位于纵向谷向斜部位有隔水层包围而不致渗漏
1—隔水层;2—透水层

如有纵向断层将透水岩层切断,使渗漏通道与邻谷的连通性失掉,这对防止水库渗漏是有利的,如图10-3所示。但也有相反的情况,隔水层被切断,反而使不同的透水层连通起来,成为渗漏通道。此外,在勘察时还应注意断层的透水性,它与断层的性质、时代及其胶结程度有关[2]。

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图10-3　断层切断岩体可能的渗漏通道(据　张咸恭,1983)

10.1.1.4 水文地质条件

地形地貌、岩性及地质结构是决定水库渗漏的必要条件,但不是充分条件,还必须研究水文地质条件,即要进行水文地质分区,确定含水层及隔水层,查明含水构造、地下水补给、径流、排泄条件、地下水的类型、地下水的水位、流向、流速、水力坡度、地下水的化学特征等。其中特别要查清水库周围是否有地下分水岭以及分水岭的高程与库水位的关系,来大致判断库水向邻谷渗漏的可能性[1]:

(1)当地下分水岭高于水库正常高水位时,不会发生渗漏[图10-4(a)]。

(2)当地下分水岭低于水库正常高水位时,如有漏水通道存在,库水就会发生渗漏[图10-4(b)]。

(3)在蓄水前已出现库区河谷的水流向邻谷流去,无地下分水岭,则蓄水后水库将渗漏更严重[图10-4(c)]。

(4)在蓄水前若出现邻谷水流向库区河流流去,无地下水分水岭,但建库后邻谷水位低于水库正常高水位,蓄水后水库仍有可能发生渗漏[图10-4(d)];若邻谷水位高于水库正常高水位,则蓄水后水库就不会发生渗漏[图10-4(e)][1]。

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图10-4　水库水位与邻谷水位对渗漏的影响示意图(摘自张咸恭等,1988)

10.1.1.5 岩溶发育特征

在岩溶地区,需要查明库区内岩溶的发育强度和发育规律。具体包括:①各个地层的岩溶发育强度(溶隙率)、发育方向以及受地质构造作用的控制情况;②岩溶形态及分布规律;③岩溶水的动力特征(包括补排条件、垂直分带性、流动特点)[4];④建坝前后泉水流量的变化及其他动态变化[5]。

10.1.1.6 渗漏通道及其连通性。

1.渗漏通道的存在分析

水库的渗漏通道一般是透水岩层(如松散的砂卵砾石层)、透水带(断层破碎带、裂隙密集带)、岩溶管道等[6]。

(1)岩浆岩地区水库。岩浆岩的透水性一般较弱,库水一般不易发生渗漏。但如有规模大、延伸长的构造破碎带(未充填),或有连通性好的节理裂隙密集带贯穿于库区及岭谷之间,或贯穿于坝址的上下游时,库水也有可能沿之发生渗漏。如当玄武岩中因岩浆冷凝时所形成的柱状节理比较发育时,可形成漏水通道的透水岩层[6]。

(2)沉积岩地区水库。一般是由透水岩石、断层破碎带、节理密集带构成漏水通道。如节理裂隙发育的某脆性岩,只要它们穿过坝基,同时在上游库区和下游河床出现,即可成为漏水通道。此外,如果组成分水岭的岩石是孔隙度大的、结构松散的能透水的砂砾岩,库水有可能会通过砂砾岩发生渗漏[6]。

(3)第四纪堆积物层水库:坝下渗漏通道常见的是古河道、河床和阶地内的砂卵砾石层。当古河道穿过坝基或贯通上下游时,沿之就可能发生严重渗漏;在建坝时如坝下的截水墙太浅,未能将砂卵砾石层全部截断,残留的砂卵砾石层也能成为漏水通道[6]。

2.漏水通道的连通性分析

(1)砂砾石层等松散岩层渗漏通道的连通性主要决定于其地层的结构特征[6]。上游山区河流,河床的沉积物多为单一的粗粒物质,透水层的连通性好。中下游河床的细粒成分增加,地层呈多层、双层结构。双层结构时沉积物上细下粗,上部弱透水层构成了天然防渗铺盖,但若在建坝取土时破坏了此相对隔水层,或它因受河流冲刷已出现了部分损坏,则它就不再具有隔水作用,应将其修补完整。多层结构时,漏水通道的连通性主要受相对隔水层的厚度、延伸情况及其完整性的影响。如其厚度较小,被渗漏水击穿后不再起隔水作用,还有的延伸不远即自行尖灭,起不到隔水作用[6]。

(2)基岩透水层、透水带及岩溶发育管道的连通性则受地质构造的控制。纵向河谷(即岩层走向与河流流水平行)的透水层的连通性往往较好,而横向河谷透水层的连通性往往较差。

10.1.1.7 坝体的组成物质

土石坝如果在建坝时用了含砂砾高的砂土做坝体,或在土料填筑时夯压不实,坝体的渗透性高,可出现坝体渗漏。

水文地质勘察对水库渗漏影响的地质因素

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