王 向 明

(晋中市潇河流域管理局,山西 晋中 030600)



松塔水电站大坝下游河床库水渗漏出逸问题研究

王 向 明

(晋中市潇河流域管理局,山西 晋中 030600)

摘要：松塔水电站为新建工程，拦河大坝为坝高62.6 m的均质土坝，下闸蓄水后下游河床约1 km～10 km范围内出现严重的渗漏出逸。通过对渗漏出逸区的地质勘察及综合分析确定渗漏出逸的主要原因为坝基渗漏及两岸绕渗，同时与大坝修筑前该河段原有的泉水出流通道有直接关系。由于坝址区地质情况比较复杂，在渗漏通道准确定位方面仍存在较大困难，需在设计处理方案的基础上进一步开展地下水渗流动态观测及三维渗流数值模型分析，确定渗漏通道的准确空间位置及特性，以求圆满解决松塔水电站水库渗漏问题。

关键词：水库渗漏；原因分析；坝基及绕坝渗漏；处理措施

1　工程概况

松塔水电站工程位于山西省寿阳县西草庄村潇河主流——松塔河上，距寿阳县城25 km，距晋中市城区44 km，控制流域面积1 174 km2，设计库容9 740万m3，是一座以城市生活、工业供水以及水力发电为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用的中型水利枢纽工程，为晋中城区和寿阳县提供城市及工业用水2 200万m3，年均发电量349万kW·h，为潇河灌区提供农业灌溉用水885万m3[1]。

松塔水电站枢纽工程由大坝、供水发电洞、导流泄洪洞、溢洪道及坝后发电站组成。拦河坝为碾压式均质土坝，坝高62.6 m，坝顶长度为539 m，坝顶宽度10 m，坝脚设褥垫式排水。正常蓄水位对应库容9 170万m3，导流泄洪洞设在大坝左岸约40 m的岸坡上，位于溢洪道和供水发电洞之间，最大泄洪量594 m3/s。供水发电洞紧靠大坝坝头左端，为圆形有压隧洞内衬钢管，压力钢管后接电站机组，设计流量2.6 m3/s。溢洪道位于大坝左岸约186 m处，净宽40 m，采用宽顶堰形式，为5孔弧形闸门控制，最大泄洪量1 326 m3/s[2]。

2　大坝下游河床渗漏出逸情况

2011年底水库下闸蓄水后坝址处断流，库水位开始抬升，到2012年5月底库水位高程从下闸蓄水时的970 m已升至约1 001 m，上升了31 m。在此期间大坝下游10.3 km范围内河道内来水只有三处原有的河边泉水有出流，分别为距大坝1.3 km的老龙潭、6.5 km的猪咀桥以及10.3 km赵金庄，在大坝下游5 km的范围内流量小于0.1 m3/s，在大坝下游10.3 km的范围内流量小于0.2 m3/s，三处原有的河边泉水出流量在水库下闸蓄水前后及半年多时间内基本无变化。但随着2012年汛期入库水量的增大，库水位高程从2012年5月底的1 001 m升至2012年10月底1 014.50 m的过程中，发现大坝下游河床渗漏出逸情况严重。实地巡查发现：大坝下游1.0 km以内无异常无地下水出逸，距大坝下游1 km处开始河道左右岸有地下水出逸，大坝下游1.0 km～1.6 km处库水渗漏出逸比较明显，河道内渗水流量也明显增加。大坝下游10.3 km范围内三处原有的河边泉水出流均明显增大，再往下游则基本稳定未见异常。随着入库流量减少至0.2 m3/s，从2013年1月1日到2月25日库水位从1 014.12 m降至1 013.42 m，下降了70 cm，平均每天下降1.25 cm，推算水库日渗漏量为5.2万m3，水库渗漏严重。松塔水电站平面布置示意图见图1。

图1松塔水电站平面布置示意图

2013年1月11日在区域内无降水、无径流汇入的情况下，选取较为规则的过流断面进行断面和流速量测，流速量测使用的是南京水利水文自动化研究所生产的XZ-3B型流速仪，依据测量数据推算出的大坝下游河床渗漏水流量值见表1。

表1　大坝下游河床渗漏水流量实测值

3　大坝下游河床渗漏出逸渗水情况分析

3.1坝址区水文地质情况

坝址区为河谷地形，较为平坦河流呈“S”型，河谷宽约240 m，呈明显“U”型河谷，河床两岸为基岩山坡，大部基岩裸露，坝址区地层主要为第四系地层和三叠系下统刘家沟组地层[1]。第四系地层主要为低液限黏土、低液限粉土和卵石混合土。坝址地下水类型为松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水两种类型[1]。第四系孔隙水含水层主要分布于现代河漫滩及I级阶地下的卵石混合土层，埋深1 m～4 m。碎屑岩类裂隙水含水层为三叠系下统刘家沟组中的长石砂岩。地下水具有多层性，坝址区地下水整体趋势为由上游向下游、由两岸向河床逐渐降低，在坝址区地下水位均低于河水位十余米左右[1]。大坝基础处理过程中对软弱覆盖层进行了全部开挖清理，坝基及右坝肩全部为基岩基础，左坝肩岸坡部分为第四系黄土地层进行了高压旋喷板墙处理，整个坝基及左右坝肩按设计进行了基础帷幕灌浆[3]。

3.2大坝下游河床渗漏量与库水位的关系

依据水库蓄水原始记录资料，选择入库流量稳定及维持时间较长的四个时段，在1 003 m、1 010 m、1 014 m、1 017 m四个不同库水位情况下计算水库日渗漏量，平均日入库量数据由水库上游水文测站提供。平均每日蒸发量依据当地水文局提供的各月平均蒸发量及水面面积计算，夏季与冬季差别较大。平均每日渗漏量则依据入库量、蒸发量及库容变化推算确定，结果见表2。

表2　不同库水位渗漏量计算表

由表2可以看出，水库渗漏量随库水位的升高增大趋势显著，库水位与渗漏量关系密切。水库渗漏日损失水量较大，在距设计正常蓄水位1 027 m还差10 m的情况下推算年渗漏已达2 803万m3，占坝址处年平均径流量4 616万m3的60.7%，属渗漏严重水库，严重影响到松塔水电站发电及供水效益的正常发挥。

3.3下游河床渗漏出逸渗水来源部位的分析

下游河床渗漏出逸渗水来源部位可能的位置为坝址区的坝体、坝体与坝基结合部、坝基及两岸绕渗。对于坝址区的坝体、坝体与坝基结合部的渗漏，从现场情况看可以排除。首先，坝体浸润线尚未形成，大坝坝轴线上游侧测压管内至今处于无水状态，轴线下游侧测压管大部也为无水状态，只有末一排中间位置测压管有水，管内水位处于较低位置无异常。其次，从坝下排水廊道渗水情况看，只有在右坝肩处的岩体裂隙中有渗水情况，经现场量测渗水流量为11.4 m3/h属正常情况，其余部位未见渗水属干状。第三，在坝下游左坝肩位置处水电站厂房基础开挖时观察到，在库水位1 014 m，基础挖至设计高程967.35 m时，基坑内未见坝体及左坝肩方向有渗水，基本为干状，渗水主要来自反方向的河床。第四，大坝填筑中非常注意坝体与坝基、坝体与岸基结合部位的施工，严格按设计进行了基础开挖和处理，坝基与右坝肩为基岩基础，开挖后局部遗留的尖角、反坡采取削坡、混凝土补坡，开挖后局部过程中发现的断层和孔穴采取混凝土回填措施[3]。左坝肩995 m以上部位为土质边坡，结合部位的湿陷性土层也进行了挖除处理，故可以排除坝体、坝体与坝基结合部渗漏的可能性[3]。对于坝基或两岸绕坝渗漏则十分明显，在水库下闸蓄水后，大坝坝址至下游地下水位上升十分明显，位于大坝下游700 m处的吃水井，地下水位由蓄水前河床以下约15 m升至河床高程，大坝下游约4 km处的羊头崖村内的多年枯井出现复流。大坝下游10 km范围内的三处河边泉水均显著成倍增大，在距大坝下游10.3 km处赵金庄段河道内的出溢渗漏水流量由大坝截流后的0.2 m3/s增大到现在0.8 m3/s。

3.4大坝下游河床渗漏出逸问题的地质勘察与渗漏处理设计

为查清坝基或两岸绕渗漏的具体情况，山西省水利水电勘测设计研究院对松塔水电站大坝下游河床库水渗漏出逸问题进行专题勘察，2013年9月提出了松塔水电站工程勘察专题报告，地质勘察主要结论为：水库渗漏对大坝坝体稳定性无影响，坝址区渗漏以右坝肩及绕坝渗漏为主，从右坝肩及右岸钻孔压水试验及地下水位形成的地下水凹槽分析，主渗漏带位于大坝原主河床以右至右岸古河道右边界附近，主渗漏带的长度约为1 070 m[4]。另外左坝肩及左岸也存在绕坝渗漏问题，从左坝肩及左岸钻孔压水资料及地下水等水位线分析，绕坝渗漏量不大[4]。依据勘察专题报告设计单位完成了绕坝渗漏处理设计，具体实施方法为在主渗漏带右坝肩至右岸古河道1 070 m范围以及左坝肩250 m范围内进行帷幕灌浆，形成防渗体系阻挡渗漏通道，灌浆总进尺约6.58万m，总投资约为6600万元[4]。

4　大坝下游河床渗漏出逸问题的处理建议

鉴于处理渗漏投资较大，特别是对大坝修筑前原有的大坝下游河边泉水出流通道尚未能进行准确的定性定量地质勘查分析，为此有必要分析论证优化处理措施确保大坝下游河床渗漏处理达到预期效果，为此建议开展以下两方面的工作。

4.1完善并分析蓄水运行后地下水变化情况

对下闸蓄水后库水位和下游新布设的28个测压管进行定期观测，开展蓄水后地下水动态观测(过程线，相关线，渗流坡降，渗漏量，断面分析，空间关联)分析等；全面评估分析不同库水位情况下渗漏量及准确的地下水动态。在监测资料基础上开展三维渗流数值模型分析，对渗漏通道进行研究论证及精确定位。在实施过程中宜分步分重点进行，在施工中验证有关分析论证并完善处理渗漏设计，从而达到预期效果。

4.2拦蓄出逸渗水解决榆次供水问题

目前从水库至城区的供水管线已铺设完成，由于松塔水电站工程大坝下游河床渗漏出逸渗水量较大问题的出现，使得水库年渗漏损失水量占到年径流量的比值在未达到正常蓄水位的情况下就已高达60.7%，使得水库供水效益难以发挥。鉴于大坝下游10.3 km处的赵金庄河床内的出逸渗水流量稳定在0.7 m3/s～0.8 m3/s之间，赵金庄以下河道污染问题严重，同时水库至城区的供水管线经过赵金庄河床旁。故可在渗漏问题未解决之前，在赵金庄采取低水头拦蓄河床内渗漏水抽取到供水管线的方法解决供水不足问题，以利发挥工程效益。

5　大坝下游河床渗漏出逸问题的反思

松塔水电站水库大坝坝高为62.6 m，是山西省已建均质土坝中最高的[5]。松塔水电站工程从20世纪50年代起，省、市水利部门就进行了多次的坝址及库区勘查论证工作，地质勘察工作应该讲是比较规范的。在帷幕灌浆基础处理施工质量检查中还聘请了专业检测机构进行了大比例的抽查检测未发现异常。在大坝下游河床渗漏出逸渗水问题出现后，建设单位多次邀请国内相关单位的专家进行论证分析同时对处理渗漏设计方案进行评审，由于渗漏通道准确定位及封堵有效性方面仍存在不确定性，部分专家对处理渗漏设计方案有异议。处理水库渗漏不仅投资大同时还存在不确定性的问题，使得松塔水电站水库渗漏问题的处理变得复杂，这说明我们的地质勘察技术手段和渗漏处理技术措施还有待于提高。

参考文献：

[1]郅军超.松塔水电站坝址区右岸绕坝渗漏分析[J].科技情报开发与经济，2009,19(33)：125-126．

[2]赵海军.松塔水电站工程导流泄洪洞无压隧洞的设计[J].科技情报开发与经济，2010,20(31)：220-221．

[3]孙惠兰.松塔水电站大坝坝基处理措施及分析[J].电力学报，2012,(2)：177-180．

[4]山西水利水电勘测设计研究院.山西省松塔水电站工程勘察专题报告[R].太原：山西水利水电勘测设计研究院，2013．

[5]王恩瑞.松塔水电站大坝成功封顶是山西第一高度均质土坝[N].山西日报，2011-10-16(1)．

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

中图分类号：TV221.2

文献标识码：A

文章编号：1672—1144(2014)06—0214—04

作者简介：王向明(1966—)，男，山西长治人，高级工程师，主要从事水利工程施工与工程管理工作。

收稿日期：2014-09-09修稿日期：2014-09-27