龐 練，郭 娣，姚雪倩

(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072)

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灰色關(guān)聯(lián)度分析法在水庫滲漏分析中的應(yīng)用

龐 練，郭 娣，姚雪倩

(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072)

利用水化學(xué)資料，針對某水庫下游面和右壩肩滲漏水來源采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行了識別，并利用水化學(xué)分析方法進(jìn)行對照，結(jié)果表明：水庫右壩肩滲漏水主要來自水庫水繞壩滲漏，而大壩下游面滲漏水則主要來源于地下水，其通過地下水腐蝕壩體形成滲漏在壩前滲出，其灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果與水化學(xué)分析得出結(jié)論一致，為水庫滲漏的進(jìn)一步防治提供了參考依據(jù)。

灰色關(guān)聯(lián)度分析；水庫滲漏；判別；水化學(xué)

水庫滲漏問題是水利水電項(xiàng)目建設(shè)中的主要工程地質(zhì)問題。在自然條件下，要求水庫滴水不漏是不可能的，問題在于滲漏所造成的水量損失是否會(huì)影響水庫修建的目的，或產(chǎn)生其他嚴(yán)重的工程地質(zhì)問題[1]。因此，必須對水庫的滲漏問題作出客觀的、科學(xué)的評價(jià)[2]。針對已建成水庫，判定滲漏水來源，對進(jìn)行水庫滲漏處理具有重要的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義。本文引進(jìn)灰色系統(tǒng)理論，借助于水化學(xué)資料，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對某水庫下游面和右壩肩滲漏水來源進(jìn)行了判別。

1 灰色關(guān)聯(lián)度分析法原理

灰色關(guān)聯(lián)分析是20世紀(jì)80年代鄧聚龍教授創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論中的重要內(nèi)容之一，通過關(guān)聯(lián)度來表征系統(tǒng)各因素密切相關(guān)程度，從而決定影響系統(tǒng)的主要因素，為進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)分析提供指導(dǎo)[3]?；疑P(guān)聯(lián)度分析法是根據(jù)諸因素間動(dòng)態(tài)過程的相似性或相異程度來衡量因素間發(fā)展態(tài)勢的一種量化方法，從而來揭示灰色系統(tǒng)的主要特性，達(dá)到認(rèn)識和預(yù)測事物發(fā)展的目的[4]。灰色關(guān)聯(lián)度分析法一般按如下的步驟進(jìn)行[4][5]：

1.1 數(shù)據(jù)列的確定及表示

設(shè)有研究對象若干，將研究的主要序列稱為母序列(或參考序列)，記為x0，另有M個(gè)與母因素有一定關(guān)聯(lián)的子因素序列，稱為子序列，記為xj，即：

母序列：x0={x0(1)，x0(2)，…，x0(N)}，簡記為x0={x0(i)}(i=1，2，…，N)

子系列：xj={xj(1)，xj(2)，…，xj(N)}，簡記為xj={xj(i)}(i=1，2，…，N)

1.2 數(shù)據(jù)的無量綱化處理

在灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算中，對于物理意義不同、量綱不同、數(shù)量級不同、大小相差懸殊的數(shù)據(jù)列，為保證其都具有可比性，一般需進(jìn)行無量綱處理，以便使各數(shù)據(jù)在同一標(biāo)準(zhǔn)下參加計(jì)算[6]。處理方法有多種，這里采用均值化處理[7]，即

(1)

1.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

母序列x0與子系列xj在i點(diǎn)的絕對值關(guān)聯(lián)系數(shù)qj(i)可通過下列公式計(jì)算：

(2)

式中：Δk(i)=|x0(i)-xj(i)|，稱其為i點(diǎn)x0與xj的絕對差值(或?yàn)槟?、子因素距離)；

ξ為分辨率，ζ∈[0,1]，不同的P值對應(yīng)于不同的關(guān)聯(lián)度，它可以用來提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異性，理論證明，ξ值越小，說明分辨率越高，一般取ξ=0.5。

綜合各點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)，則可得到母因素與子因素的總體關(guān)聯(lián)程度指標(biāo)-絕對值關(guān)聯(lián)度γj：

(3)

且，0≤γj≤1，0≤qj(i)≤1。

1.4 關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度的意義

如上所述，關(guān)聯(lián)系數(shù)qj(i)表示了母因素x0與子因素xj關(guān)于點(diǎn)i的相關(guān)性,0≤qj(i)≤1，qj(i)值越大，關(guān)聯(lián)性越好。同樣，關(guān)聯(lián)度γj是衡量母因素x0與子因素xj總體相關(guān)性的一個(gè)量度，γj愈近于1，子因素xj與母因素x0的關(guān)聯(lián)性愈好，因素自身關(guān)聯(lián)度γ00=1。一般地，當(dāng)ξ=0.5時(shí)，γj≥0.8時(shí)表明關(guān)聯(lián)性很好；γj=0.6～0.8，關(guān)聯(lián)性好；γj=0.5～0.6時(shí)，關(guān)聯(lián)勉強(qiáng)；γj<0.5時(shí)，則關(guān)聯(lián)不合格(不顯著)，表明母、子因素基本不相關(guān)。

2 水庫滲漏分析

2.1 水庫滲漏現(xiàn)狀

某水庫壩址處為對稱的梯形河谷，地質(zhì)構(gòu)造裂隙發(fā)育，且裂隙間相互切割，巖石多被切割成塊體。

水庫大壩峻工即發(fā)現(xiàn)壩頂兩端出現(xiàn)細(xì)微管絲狀裂縫，沿灰縫發(fā)展，未發(fā)現(xiàn)漏水，采用水泥砂漿勾縫處理，效果良好。1972年開始蓄水，1973年洪期中發(fā)現(xiàn)右岸下游距大壩約40～160 m處，有5處漏水，高程分布在460～471.85 m之間，總滲漏流量25 L/s，庫水位愈高，滲漏流量愈大。1974～1975年，進(jìn)行了加長帷幕灌漿處理，總滲漏流量由25 L/s減少到18～35 L/s，效果不佳。其原因主要是拱端基巖裂隙發(fā)育，巖石破碎，施工時(shí)灌漿質(zhì)量差。雖于1983年進(jìn)行加長帷幕灌漿處理，滲漏量有所減小，但灌漿未按設(shè)計(jì)完成，仍然漏水。據(jù)滲漏觀測記錄結(jié)果表明，其滲漏量從1983年整治后的2.25 L/s增大到了目前的10.5 L/5，且隨庫水位的升高而增大，隨運(yùn)行年限的延長而增大。

水庫在2003年鑒定為“三類壩”，存在右壩肩滲漏、大壩壩體下游面大面積浸潤問題。水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)針對右壩肩滲漏、大壩壩體下游面大面積浸潤問題，采取了壩前澆筑砼防滲面板、右岸帷幕灌漿措施進(jìn)行了治理。除險(xiǎn)加固工程單位工程驗(yàn)收時(shí)，驗(yàn)收小組現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)右壩肩仍見點(diǎn)狀滲漏，大壩壩體下游面浸潤面積較大。

在水庫現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)右壩肩存在較為嚴(yán)重的滲漏，大壩下游面存在大面積浸潤，且在大壩壁面形成淺黃色鈣華類沉積物。

2.2 水樣數(shù)據(jù)處理

本次分析利用研究區(qū)15件水樣的常規(guī)組分含量檢測資料進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析(表1)。

表1 水質(zhì)分析結(jié)果

以水庫水、地下水(鉆孔水)水化學(xué)特征為子序列，水庫水記為x1，鉆孔地下水記為x2，x3，x4。大壩下游面及右壩肩滲漏水、左壩肩地下水水化學(xué)特征為母序列，大壩下游面滲漏水記為x01，x02，x03，x04，x05，x06，右壩肩滲漏水記為x07，x08，x09，x10，左壩肩地下水記為x11，各序列以水中Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、pH、TDS含量大小為量化參數(shù)。

由于各參數(shù)量綱不一，大小不一，需進(jìn)行無量綱化處理，以清除個(gè)別因素的突出影響。此次工作根據(jù)式(1)采用列均值消除法進(jìn)行無量綱化處理，處理后各序列構(gòu)成見表1。

根據(jù)(2)、(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表3。

2.3 水樣數(shù)據(jù)分析

從計(jì)算結(jié)果表3分析，x01、x02、x03和x04與x2關(guān)聯(lián)性好，x05、x06與x2關(guān)聯(lián)性很好；x01、x02、x03、x04、x05、x06與x1關(guān)聯(lián)性也好；x07、x08、x09和x10與x1關(guān)聯(lián)性很好；x11與x4具有很好的關(guān)聯(lián)性。

x01、x02、x03、x04、x05、x06與x2的關(guān)聯(lián)性好于其與x1的關(guān)聯(lián)性；而x07、x09、x10與x1關(guān)聯(lián)性則好于其余x2、x3、x4的關(guān)聯(lián)性。

從整體的分析結(jié)果來看，大壩下游面滲漏水(x01、x02、x03、x04、x05、x06)與地下水(x2、x3)和水庫水(x1)的相關(guān)性都好，相關(guān)度都高，表明大壩下游面滲漏水來源可能是地下水，也可能是水庫水。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)的壩前鈣華現(xiàn)象，可說明壩體滲漏水應(yīng)該主要來自地下水，因經(jīng)檢測地下水對混凝土具有分解類溶出型中等腐蝕性，地下水通過腐蝕壩體混凝土形成滲漏通道后在壩體前滲出形成了鈣華。并且大壩壩體滲漏水偏堿性，地下水呈微堿性，而水庫水呈中性，壩體滲漏水特征與壩址區(qū)(盆中紅層地區(qū))地下水化學(xué)特征相似，地下水通過與壩體間形成的滲漏通道，因徑流循環(huán)不暢，在滲漏通道富集，于大壩壩體呈浸潤狀析出，導(dǎo)致壩體滲漏水PH值偏高。因此，以上分析說明壩體滲漏水主要來源于地下水。

而右壩肩滲漏水(x07、x08、x09、x10)與水庫水(x1)相關(guān)性很好，關(guān)聯(lián)度高，基本可以說明右壩肩滲漏水主要來源于水庫水，因水庫蓄水后，水庫水位始終高于地下水位，兩者間存在壓力差，并且右壩肩砂巖裂隙極為發(fā)育，所以壩區(qū)存在繞壩滲漏現(xiàn)象。

左壩肩地下水(x11)與鉆孔地下水(x04)較為相似，說明壩區(qū)兩壩肩沉積環(huán)境、地層巖性、地化環(huán)境等較為接近，同時(shí)也說明所取地下水樣具有典型性和代表性，能夠反映區(qū)域地下水化學(xué)特征。

以上分析結(jié)果與水化學(xué)分析得出的結(jié)論是一致的。

表2 經(jīng)過無量綱化處理后的序列

表3 灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果

3 結(jié)語

利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對某水庫大壩下游面及右壩肩滲漏進(jìn)行分析，結(jié)果表明右壩肩滲漏水主要來自水庫水繞壩滲漏，而大壩下游面滲漏水則主要來源于地下水，其形成主要是地下水腐蝕壩體混凝土形成滲漏通道在壩前滲出。

[1]張咸恭.專門工程地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社.1988.

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2016-08-14

龐練(1984-)，男，四川西充人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地下水污染調(diào)查評價(jià)方面工作。

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