王 向 明

(晉中市瀟河流域管理局,山西 晉中 030600)

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松塔水電站大壩下游河床庫(kù)水滲漏出逸問(wèn)題研究

王 向 明

(晉中市瀟河流域管理局,山西 晉中 030600)

摘要：松塔水電站為新建工程，攔河大壩為壩高62.6 m的均質(zhì)土壩，下閘蓄水后下游河床約1 km～10 km范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏出逸。通過(guò)對(duì)滲漏出逸區(qū)的地質(zhì)勘察及綜合分析確定滲漏出逸的主要原因?yàn)閴位鶟B漏及兩岸繞滲，同時(shí)與大壩修筑前該河段原有的泉水出流通道有直接關(guān)系。由于壩址區(qū)地質(zhì)情況比較復(fù)雜，在滲漏通道準(zhǔn)確定位方面仍存在較大困難，需在設(shè)計(jì)處理方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展地下水滲流動(dòng)態(tài)觀測(cè)及三維滲流數(shù)值模型分析，確定滲漏通道的準(zhǔn)確空間位置及特性，以求圓滿解決松塔水電站水庫(kù)滲漏問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)滲漏；原因分析；壩基及繞壩滲漏；處理措施

1　工程概況

松塔水電站工程位于山西省壽陽(yáng)縣西草莊村瀟河主流——松塔河上，距壽陽(yáng)縣城25 km，距晉中市城區(qū)44 km，控制流域面積1 174 km2，設(shè)計(jì)庫(kù)容9 740萬(wàn)m3，是一座以城市生活、工業(yè)供水以及水力發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的中型水利樞紐工程，為晉中城區(qū)和壽陽(yáng)縣提供城市及工業(yè)用水2 200萬(wàn)m3，年均發(fā)電量349萬(wàn)kW·h，為瀟河灌區(qū)提供農(nóng)業(yè)灌溉用水885萬(wàn)m3[1]。

松塔水電站樞紐工程由大壩、供水發(fā)電洞、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道及壩后發(fā)電站組成。攔河壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩高62.6 m，壩頂長(zhǎng)度為539 m，壩頂寬度10 m，壩腳設(shè)褥墊式排水。正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容9 170萬(wàn)m3，導(dǎo)流泄洪洞設(shè)在大壩左岸約40 m的岸坡上，位于溢洪道和供水發(fā)電洞之間，最大泄洪量594 m3/s。供水發(fā)電洞緊靠大壩壩頭左端，為圓形有壓隧洞內(nèi)襯鋼管，壓力鋼管后接電站機(jī)組，設(shè)計(jì)流量2.6 m3/s。溢洪道位于大壩左岸約186 m處，凈寬40 m，采用寬頂堰形式，為5孔弧形閘門(mén)控制，最大泄洪量1 326 m3/s[2]。

2　大壩下游河床滲漏出逸情況

2011年底水庫(kù)下閘蓄水后壩址處斷流，庫(kù)水位開(kāi)始抬升，到2012年5月底庫(kù)水位高程從下閘蓄水時(shí)的970 m已升至約1 001 m，上升了31 m。在此期間大壩下游10.3 km范圍內(nèi)河道內(nèi)來(lái)水只有三處原有的河邊泉水有出流，分別為距大壩1.3 km的老龍?zhí)丁?.5 km的豬咀橋以及10.3 km趙金莊，在大壩下游5 km的范圍內(nèi)流量小于0.1 m3/s，在大壩下游10.3 km的范圍內(nèi)流量小于0.2 m3/s，三處原有的河邊泉水出流量在水庫(kù)下閘蓄水前后及半年多時(shí)間內(nèi)基本無(wú)變化。但隨著2012年汛期入庫(kù)水量的增大，庫(kù)水位高程從2012年5月底的1 001 m升至2012年10月底1 014.50 m的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大壩下游河床滲漏出逸情況嚴(yán)重。實(shí)地巡查發(fā)現(xiàn)：大壩下游1.0 km以內(nèi)無(wú)異常無(wú)地下水出逸，距大壩下游1 km處開(kāi)始河道左右岸有地下水出逸，大壩下游1.0 km～1.6 km處庫(kù)水滲漏出逸比較明顯，河道內(nèi)滲水流量也明顯增加。大壩下游10.3 km范圍內(nèi)三處原有的河邊泉水出流均明顯增大，再往下游則基本穩(wěn)定未見(jiàn)異常。隨著入庫(kù)流量減少至0.2 m3/s，從2013年1月1日到2月25日庫(kù)水位從1 014.12 m降至1 013.42 m，下降了70 cm，平均每天下降1.25 cm，推算水庫(kù)日滲漏量為5.2萬(wàn)m3，水庫(kù)滲漏嚴(yán)重。松塔水電站平面布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1松塔水電站平面布置示意圖

2013年1月11日在區(qū)域內(nèi)無(wú)降水、無(wú)徑流匯入的情況下，選取較為規(guī)則的過(guò)流斷面進(jìn)行斷面和流速量測(cè)，流速量測(cè)使用的是南京水利水文自動(dòng)化研究所生產(chǎn)的XZ-3B型流速儀，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)推算出的大壩下游河床滲漏水流量值見(jiàn)表1。

表1　大壩下游河床滲漏水流量實(shí)測(cè)值

3　大壩下游河床滲漏出逸滲水情況分析

3.1壩址區(qū)水文地質(zhì)情況

壩址區(qū)為河谷地形，較為平坦河流呈“S”型，河谷寬約240 m，呈明顯“U”型河谷，河床兩岸為基巖山坡，大部基巖裸露，壩址區(qū)地層主要為第四系地層和三疊系下統(tǒng)劉家溝組地層[1]。第四系地層主要為低液限黏土、低液限粉土和卵石混合土。壩址地下水類型為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種類型[1]。第四系孔隙水含水層主要分布于現(xiàn)代河漫灘及I級(jí)階地下的卵石混合土層，埋深1 m～4 m。碎屑巖類裂隙水含水層為三疊系下統(tǒng)劉家溝組中的長(zhǎng)石砂巖。地下水具有多層性，壩址區(qū)地下水整體趨勢(shì)為由上游向下游、由兩岸向河床逐漸降低，在壩址區(qū)地下水位均低于河水位十余米左右[1]。大壩基礎(chǔ)處理過(guò)程中對(duì)軟弱覆蓋層進(jìn)行了全部開(kāi)挖清理，壩基及右壩肩全部為基巖基礎(chǔ)，左壩肩岸坡部分為第四系黃土地層進(jìn)行了高壓旋噴板墻處理，整個(gè)壩基及左右壩肩按設(shè)計(jì)進(jìn)行了基礎(chǔ)帷幕灌漿[3]。

3.2大壩下游河床滲漏量與庫(kù)水位的關(guān)系

依據(jù)水庫(kù)蓄水原始記錄資料，選擇入庫(kù)流量穩(wěn)定及維持時(shí)間較長(zhǎng)的四個(gè)時(shí)段，在1 003 m、1 010 m、1 014 m、1 017 m四個(gè)不同庫(kù)水位情況下計(jì)算水庫(kù)日滲漏量，平均日入庫(kù)量數(shù)據(jù)由水庫(kù)上游水文測(cè)站提供。平均每日蒸發(fā)量依據(jù)當(dāng)?shù)厮木痔峁┑母髟缕骄舭l(fā)量及水面面積計(jì)算，夏季與冬季差別較大。平均每日滲漏量則依據(jù)入庫(kù)量、蒸發(fā)量及庫(kù)容變化推算確定，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　不同庫(kù)水位滲漏量計(jì)算表

由表2可以看出，水庫(kù)滲漏量隨庫(kù)水位的升高增大趨勢(shì)顯著，庫(kù)水位與滲漏量關(guān)系密切。水庫(kù)滲漏日損失水量較大，在距設(shè)計(jì)正常蓄水位1 027 m還差10 m的情況下推算年滲漏已達(dá)2 803萬(wàn)m3，占?jí)沃诽幠昶骄鶑搅髁? 616萬(wàn)m3的60.7%，屬滲漏嚴(yán)重水庫(kù)，嚴(yán)重影響到松塔水電站發(fā)電及供水效益的正常發(fā)揮。

3.3下游河床滲漏出逸滲水來(lái)源部位的分析

下游河床滲漏出逸滲水來(lái)源部位可能的位置為壩址區(qū)的壩體、壩體與壩基結(jié)合部、壩基及兩岸繞滲。對(duì)于壩址區(qū)的壩體、壩體與壩基結(jié)合部的滲漏，從現(xiàn)場(chǎng)情況看可以排除。首先，壩體浸潤(rùn)線尚未形成，大壩壩軸線上游側(cè)測(cè)壓管內(nèi)至今處于無(wú)水狀態(tài)，軸線下游側(cè)測(cè)壓管大部也為無(wú)水狀態(tài)，只有末一排中間位置測(cè)壓管有水，管內(nèi)水位處于較低位置無(wú)異常。其次，從壩下排水廊道滲水情況看，只有在右壩肩處的巖體裂隙中有滲水情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)滲水流量為11.4 m3/h屬正常情況，其余部位未見(jiàn)滲水屬干狀。第三，在壩下游左壩肩位置處水電站廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)觀察到，在庫(kù)水位1 014 m，基礎(chǔ)挖至設(shè)計(jì)高程967.35 m時(shí)，基坑內(nèi)未見(jiàn)壩體及左壩肩方向有滲水，基本為干狀，滲水主要來(lái)自反方向的河床。第四，大壩填筑中非常注意壩體與壩基、壩體與岸基結(jié)合部位的施工，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行了基礎(chǔ)開(kāi)挖和處理，壩基與右壩肩為基巖基礎(chǔ)，開(kāi)挖后局部遺留的尖角、反坡采取削坡、混凝土補(bǔ)坡，開(kāi)挖后局部過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的斷層和孔穴采取混凝土回填措施[3]。左壩肩995 m以上部位為土質(zhì)邊坡，結(jié)合部位的濕陷性土層也進(jìn)行了挖除處理，故可以排除壩體、壩體與壩基結(jié)合部滲漏的可能性[3]。對(duì)于壩基或兩岸繞壩滲漏則十分明顯，在水庫(kù)下閘蓄水后，大壩壩址至下游地下水位上升十分明顯，位于大壩下游700 m處的吃水井，地下水位由蓄水前河床以下約15 m升至河床高程，大壩下游約4 km處的羊頭崖村內(nèi)的多年枯井出現(xiàn)復(fù)流。大壩下游10 km范圍內(nèi)的三處河邊泉水均顯著成倍增大，在距大壩下游10.3 km處趙金莊段河道內(nèi)的出溢滲漏水流量由大壩截流后的0.2 m3/s增大到現(xiàn)在0.8 m3/s。

3.4大壩下游河床滲漏出逸問(wèn)題的地質(zhì)勘察與滲漏處理設(shè)計(jì)

為查清壩基或兩岸繞滲漏的具體情況，山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)松塔水電站大壩下游河床庫(kù)水滲漏出逸問(wèn)題進(jìn)行專題勘察，2013年9月提出了松塔水電站工程勘察專題報(bào)告，地質(zhì)勘察主要結(jié)論為：水庫(kù)滲漏對(duì)大壩壩體穩(wěn)定性無(wú)影響，壩址區(qū)滲漏以右壩肩及繞壩滲漏為主，從右壩肩及右岸鉆孔壓水試驗(yàn)及地下水位形成的地下水凹槽分析，主滲漏帶位于大壩原主河床以右至右岸古河道右邊界附近，主滲漏帶的長(zhǎng)度約為1 070 m[4]。另外左壩肩及左岸也存在繞壩滲漏問(wèn)題，從左壩肩及左岸鉆孔壓水資料及地下水等水位線分析，繞壩滲漏量不大[4]。依據(jù)勘察專題報(bào)告設(shè)計(jì)單位完成了繞壩滲漏處理設(shè)計(jì)，具體實(shí)施方法為在主滲漏帶右壩肩至右岸古河道1 070 m范圍以及左壩肩250 m范圍內(nèi)進(jìn)行帷幕灌漿，形成防滲體系阻擋滲漏通道，灌漿總進(jìn)尺約6.58萬(wàn)m，總投資約為6600萬(wàn)元[4]。

4　大壩下游河床滲漏出逸問(wèn)題的處理建議

鑒于處理滲漏投資較大，特別是對(duì)大壩修筑前原有的大壩下游河邊泉水出流通道尚未能進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量地質(zhì)勘查分析，為此有必要分析論證優(yōu)化處理措施確保大壩下游河床滲漏處理達(dá)到預(yù)期效果，為此建議開(kāi)展以下兩方面的工作。

4.1完善并分析蓄水運(yùn)行后地下水變化情況

對(duì)下閘蓄水后庫(kù)水位和下游新布設(shè)的28個(gè)測(cè)壓管進(jìn)行定期觀測(cè)，開(kāi)展蓄水后地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)(過(guò)程線，相關(guān)線，滲流坡降，滲漏量，斷面分析，空間關(guān)聯(lián))分析等；全面評(píng)估分析不同庫(kù)水位情況下滲漏量及準(zhǔn)確的地下水動(dòng)態(tài)。在監(jiān)測(cè)資料基礎(chǔ)上開(kāi)展三維滲流數(shù)值模型分析，對(duì)滲漏通道進(jìn)行研究論證及精確定位。在實(shí)施過(guò)程中宜分步分重點(diǎn)進(jìn)行，在施工中驗(yàn)證有關(guān)分析論證并完善處理滲漏設(shè)計(jì)，從而達(dá)到預(yù)期效果。

4.2攔蓄出逸滲水解決榆次供水問(wèn)題

目前從水庫(kù)至城區(qū)的供水管線已鋪設(shè)完成，由于松塔水電站工程大壩下游河床滲漏出逸滲水量較大問(wèn)題的出現(xiàn)，使得水庫(kù)年滲漏損失水量占到年徑流量的比值在未達(dá)到正常蓄水位的情況下就已高達(dá)60.7%，使得水庫(kù)供水效益難以發(fā)揮。鑒于大壩下游10.3 km處的趙金莊河床內(nèi)的出逸滲水流量穩(wěn)定在0.7 m3/s～0.8 m3/s之間，趙金莊以下河道污染問(wèn)題嚴(yán)重，同時(shí)水庫(kù)至城區(qū)的供水管線經(jīng)過(guò)趙金莊河床旁。故可在滲漏問(wèn)題未解決之前，在趙金莊采取低水頭攔蓄河床內(nèi)滲漏水抽取到供水管線的方法解決供水不足問(wèn)題，以利發(fā)揮工程效益。

5　大壩下游河床滲漏出逸問(wèn)題的反思

松塔水電站水庫(kù)大壩壩高為62.6 m，是山西省已建均質(zhì)土壩中最高的[5]。松塔水電站工程從20世紀(jì)50年代起，省、市水利部門(mén)就進(jìn)行了多次的壩址及庫(kù)區(qū)勘查論證工作，地質(zhì)勘察工作應(yīng)該講是比較規(guī)范的。在帷幕灌漿基礎(chǔ)處理施工質(zhì)量檢查中還聘請(qǐng)了專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大比例的抽查檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常。在大壩下游河床滲漏出逸滲水問(wèn)題出現(xiàn)后，建設(shè)單位多次邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)相關(guān)單位的專家進(jìn)行論證分析同時(shí)對(duì)處理滲漏設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)審，由于滲漏通道準(zhǔn)確定位及封堵有效性方面仍存在不確定性，部分專家對(duì)處理滲漏設(shè)計(jì)方案有異議。處理水庫(kù)滲漏不僅投資大同時(shí)還存在不確定性的問(wèn)題，使得松塔水電站水庫(kù)滲漏問(wèn)題的處理變得復(fù)雜，這說(shuō)明我們的地質(zhì)勘察技術(shù)手段和滲漏處理技術(shù)措施還有待于提高。

參考文獻(xiàn)：

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DiscussionofLeakagefromtheRiverbedattheDownstreamofSongtaHydropowerStation

WANG Xiang-ming

(JinzhongXiaoheRiverbasinManagementBureau,Jinzhong,Shanxi030600,China)

Abstract：Songta hydropower station is a brand new project,its dam across the river is a soil-based foundation with the height of 62.6 meters.Once the sluice gate was released for impoundment,there were severe cases of leakage and overflow in the downstream river beds within the scope of 1 to 10 kilometers.According to the geological survey of the leakage area and comprehensive analysis,two possible reasons for leakage were proposed：leakage from the dam base and dam bypass leakage on both sides of the dam,which were closely related with the fact that before the dam was constructed,there was a problem of original downstream overflow out of channels.Moreover,because the actual geographical situation was complicated,it was hard to locate the leakage channels.In order to solve the leakage problem thoroughly,further dynamic monitoring of groundwater leakage and three-dimensional numerical model analysis should be done in addition to the designed treatment plan,to determine the accurate leakage location and its characteristics.

Keywords：reservoir leakage;reason analysis;dam base leakage and bypass leakage;corresponding measures

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.043

中圖分類號(hào)：TV221.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672—1144(2014)06—0214—04

作者簡(jiǎn)介：王向明(1966—)，男，山西長(zhǎng)治人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程施工與工程管理工作。

收稿日期：2014-09-09修稿日期：2014-09-27