王貴軍,閆長斌,王志宏

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,河南鄭州 450003)

河南南陽回龍抽水蓄能電站上庫滲漏計算水文地質(zhì)參數(shù)的驗證

王貴軍,閆長斌,王志宏

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,河南鄭州 450003)

上庫特殊的地形、地質(zhì)條件決定了上庫滲漏的嚴重性,水文地質(zhì)參數(shù)是影響滲漏計算成果的關(guān)鍵因素,勘察設(shè)計階段采用工程類比確定的計算參數(shù)可能存在較大誤差。工程施工后,根據(jù)同一構(gòu)造帶在洞內(nèi)的滲水情況,選擇合理邊界條件和概化模型可以反算構(gòu)造帶的滲透系數(shù),反算后的結(jié)果表明,原滲漏計算采用的滲透系數(shù)是合理的,研究成果為防滲方案的最終確定提供了可靠的依據(jù)。

水文地質(zhì);等效滲透系數(shù);邊界條件;概化模型

1 工程概況

回龍抽水蓄能電站位于河南省南召縣城東北約16 km的江淮分水嶺附近,電站裝機容量為120 MW,由上庫、下庫及引水發(fā)電系統(tǒng)組成。上庫總庫容113萬m3,上庫工程主要包括主壩、副壩等建筑物。主壩為碾壓混凝土壩,最大壩高54 m,壩頂長208 m,壩頂高程900 m,副壩為常態(tài)混凝土重力壩。

由于上庫、下庫庫容較小,枯水季節(jié)補給水量很少,水庫可供調(diào)節(jié)的水量有限,為保證工程正常運行,必須采取有效的滲控措施。經(jīng)估算,上庫的允許滲漏量應控制在600 m3/d左右。因此上庫在防滲處理后的滲漏量就成為方案選擇的關(guān)鍵因素,為此,采用了目前國內(nèi)領(lǐng)先的三維有限元滲流計算方法對比選方案的總滲漏量進行了比較精確的計算,為選定經(jīng)濟合理的工程措施提供了依據(jù)[1]。

2 上水庫的地質(zhì)構(gòu)造特征及水文地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

上庫為一小型集水盆地,庫盆近似扇形,南北長300 m,東西寬250 m,庫盆北西為一峽谷出口,東面為江淮分水嶺,庫盆外側(cè)地形很陡,南側(cè)和北側(cè)均被支溝切割。環(huán)庫盆山梁高程一般為898～960 m。

上庫庫區(qū)基巖巖性主要為燕山晚期細?；◢弾r,局部為似斑狀花崗巖。

上庫構(gòu)造的一個顯著特點是沿溝谷均發(fā)育不同規(guī)模的構(gòu)造破碎帶,有的屬節(jié)理密集帶,有的為斷層。在引水發(fā)電洞的施工中,發(fā)現(xiàn)上庫分布的斷層和節(jié)理帶向下延伸數(shù)百米,在洞內(nèi)有不同程度的滲水或涌水現(xiàn)象,水量大小與構(gòu)造帶的規(guī)模和結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。這些構(gòu)造帶切穿庫盆,形成庫水外滲的通道,構(gòu)成上庫滲漏的主干網(wǎng)絡,對庫盆滲漏起控制作用,主要構(gòu)造帶的特征見表1,其中在洞內(nèi)出露的構(gòu)造帶有L36、L51。構(gòu)造帶在上水庫和引水隧洞的同時揭露,為水文地質(zhì)參數(shù)驗證提供了條件。

表1 主要構(gòu)造帶特征表Table 1 Feature of the main tectonic zone

2.2 水文地質(zhì)條件

由于庫盆處在溝谷包圍之中,庫周山梁單薄,經(jīng)鉆孔長期觀測,水庫周邊地下水位除東南方向因有地表水補給略高于蓄水位,其它部位低于正常蓄水位25～60 m,呈現(xiàn)東南高、西北低的特點,庫盆內(nèi)不存在統(tǒng)一的地下水面,存在零星出水點,地下水受構(gòu)造控制明顯。經(jīng)三維滲流計算,在不防滲條件下滲漏量達11 186 m3/d,存在嚴重的滲漏問題。

3 計算模型建立

3.1 假定條件

(1)假定斷層帶是近于各向同性的均質(zhì)體,滲流符合達西定律,滲透系數(shù)為等效滲透系數(shù)。

(2)假定地表溝底入滲點(斷層在溝底出露)為穩(wěn)定水頭,根據(jù)斷層地表出露情況,在r=600 m的范圍內(nèi),其穩(wěn)定水頭h=50～100 m。

(3)假定斷層厚度均勻,所采用厚度為等效厚度。

3.2 概化模型

引水隧洞穿過的高傾角斷層按垂直考慮,引水下平洞的半徑為r0,設(shè)斷層的滲透系數(shù)為K,斷層平均厚度為d,引水下平洞中心距邊界距離為R,且邊界的水位為h0,引水洞內(nèi)的水位為a,概化模型表示為圖1,邊界條件為:

設(shè)斷層中的地下水向引水洞流動,其流線呈徑向(放射狀)流動。這樣,任一半徑為r(距洞中心距離)的過水斷面呈圓弧狀。所以任一過水斷面上的面積可以表示為弧長與斷層厚度的乘積:

對于圖1中的過水斷面的面積,洞底以上的圓弧長度可以近似的用h代替,這時,圖中右半部的過水斷面面積為:

圖1 地下水沿斷層向隧洞流動的概化模型Fig.1 Generalized model of underground water along falut to tunnel

則r處的單寬流量為:

例4、原文：(略)我們?nèi)绽锏胶＿厯熵悮とィt的綠的都有，鬼見怕也有，觀音手也有。晚上我和爹管西瓜去，你也去。

解法一:

式③相當于三個單寬流量的代數(shù)和:

各單寬流量代表著所在斷面的流量。

為求解方程式③,可以假設(shè):各斷面的流量不隨r而變化,也就是說各斷面所在的條帶是由流線所圈閉的[2]。

這樣假設(shè)后,就可對式④中各式單獨求解,然后,再按三個流量進行疊加,得到式③的解。

由式④中的第①式,得:

對其積分,并應用邊界條件式①,有:

對式④中的第②式積分得:

然后,得:

此式為引水洞內(nèi)一側(cè)的滲流近似計算式。該式對洞壁水位低于洞中心(即,a

這樣,由實測的洞內(nèi)滲流量、洞壁水位、邊界水位,就可計算出斷層的滲透系數(shù):

當引水洞兩側(cè)的水位不對稱時,設(shè)右側(cè)洞壁水位為a1,右邊界距離為R1,右邊界水位為h1;設(shè)右側(cè)洞壁水位為a2,右邊界距離R2,水位為h2;滲流量計算式為:

根據(jù)引水洞開挖3個月后實測的滲流量(L51是根據(jù)排水設(shè)施出水量估算并減去L36滲漏量,L36是在洞底臨時設(shè)置擋水堰用桶量測)、地下水出露點高度和假定邊界條件,由式⑩可以近似計算出滲透系數(shù)。

從計算公式分析,除邊界水頭h0和邊界距離R外,其它均為實測值,對計算精度影響不大。然而,通過敏感性分析可見,當邊界水頭h0和邊界距離R任意一個發(fā)生變化時,滲透系數(shù)都會隨之變化,變化范圍介于1.43～4.47 m/d之間,說明假定條件的合理性對計算結(jié)果影響較大。

4 結(jié)語

上庫三維滲流計算模型所采用的水文地質(zhì)參數(shù)主要依據(jù)前期地質(zhì)勘察成果類比確定,包括斷層構(gòu)造帶的分布、寬度、產(chǎn)狀、深度等。根據(jù)上庫庫盆開挖后揭露的情況看,L37、L48、L50、L51等大部分斷層構(gòu)造帶的分布、寬度及產(chǎn)狀與計算模型相符。根據(jù)引水下平洞(埋深400 m)開挖后揭露的情況看,主要構(gòu)造帶的性狀與地表出露的情況也基本一致。因此,計算模型所采用的水文地質(zhì)條件與實際情況基本一致。斷層構(gòu)造帶滲透系數(shù)計算采用3 m/d,實際數(shù)值根據(jù)引水平洞L36及L51的滲流推算為0.5～4.5 m/d。因此,原計算模型所采用的水文地質(zhì)參數(shù)是符合實際的。

由于斷層帶的結(jié)構(gòu)不同于均質(zhì)的砂層或砂礫石層,在其寬度內(nèi)存在分帶性,地下水的類型屬裂隙—孔隙水,計算結(jié)果只能是等效滲透系數(shù)。由于本文涉及的案例只有在施工后才能驗證,因此也存在一定的局限性,只是提供一種思路供大家參考。

[1] 王貴軍,劉國玉.南陽回龍抽水蓄能電站上庫三維滲流計算及防滲優(yōu)化研究[J].小水電,2003(6):7-8.

[2] 李澤民,李昂,等.回龍抽水蓄能電站庫盆巖體非連續(xù)介質(zhì)滲流模擬新方法與防滲新工藝研究[R].北京:水利部黃委會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院,清華大學,2003:100-103.

(責任編輯:于繼紅)

Validation of Hydro-geological Parameters for Upper Reservoir Seepage Calculation of Huilong Pumped Storage Power Station in Henan Province

WANG Guijun,YAN Changbin,WANG Zhihong
(Yellow R iver Engineering Consulting Co.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450003)

The special terrain and geological conditions of upper reservoir have resulted in serious leakage of upper reservoir.The hydro-geological parameters are key factors for seepage calculation,while there is a biggish error in calculation parameters confirmed by project comparison method during investigation and design phase.The hydraulic conductivity of tectonic zone has been back calculated through selecting reasonable boundary condition and generalized models after construction,according to the seepage situation in cavity of the same tectonic zone.The results show the hydraulic conductivity adopted in formerly seepage calculation is reasonable.The results have provided credible references for determining the seepage control scheme ult imately.

hydro-geology;equivalent hydraulic conductivity;boundary condition;generalized models

TV139.1;TV743

A

1671-1211(2010)05-0493-03

2010-07-05;改回日期:2010-09-06

王貴軍(1965-),男,高級工程師,水工建筑專業(yè),從事水利水電工程勘察設(shè)計工作。E-mail:wgj651024@126.com