黄河羊曲水电站坝区岩溶发育规律及可能渗漏通道研究

2022-09-11

工程区处于青藏高原的东北边缘地带, 坝址区可溶岩岩性为二叠系下统巨厚层状灰岩, 平面上呈一NW324°～SE144°方向展布的独立山梁, 向两岸及下游倾伏, 被第四系早更新统砂砾岩夹粘土岩覆盖, 整个可溶岩地层被非可溶岩所包围。

1 坝址区地层岩性

坝址两岸基岩裸露, 出露的地层有二叠系下统 (P1) 、第四系早更新统 (Q1) 和第四系全新统 (Q4) 。

2 岩溶发育控制要素

坝址岩溶发育的控制因素主要是气候、地层岩性及构造等因素。

工程区位于黄河上游的青藏高原区, 为干旱少雨高寒地区。区内地下水主要靠大气降水和融雪渗水补给, 向黄河河谷及支沟排泄。区内地下水类型按其埋藏条件可分为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水两类。

灰岩中构造发育, 两岸卸荷带较深, 岩体完整性较差, 且有古岩溶发育, 岩体透透水性相对较强。局部钻孔在钻进中偶有轻微掉钻现象, 分析认为可能存在溶隙、溶穴或构造破碎带等。

3 岩溶发育规律

根据在平硐内实地调查及勘探揭露情况分析, 灰岩溶蚀现象在垂向上集中发育在地表以下150m深度以内, 浅表发育的溶洞、溶孔等主要受断层结构面及构造裂隙的控制, 洞穴延伸方向与岸坡近垂直, 且延伸较短。

横向上主要受卸荷带影响, 卸荷较明显部位主要集中在2570m～2630m高程;横河向由地表向岸里左岸45m～68m段、右岸56m～64m段卸荷强烈, 渗透能力强。总体在垂向上岩体透水性具有明显的垂直分带性, 地表岩层透水性大于地下深处岩层。

4 可能渗透通道分析

坝区内可能渗透通道主要是左右岸溶洞内充填的紫红色、砖红色砂岩、粘土岩等, 由于沉积环境的差异, 形成了许多具有统一流场但又由不同渗透性能的含水层组合而成的统一含水体。从某一层来看, 含水层是均质的切各向同性, 但从含水体的整体来看又是非均质的, 渗透性能仅与空间位置有关。本次选取的PD3和PD4内的岩溶管道可认为是流线与非均质岩层界面平行的情况, 这样就可以利用此种情况下的达西公式进行计算。计算公式为:

式中:Q为含水层的流量 (m3/s)

Km为加权平均渗透系数 (cm/s)

ω为含水层过水断面面积 (m2)

J为含水层的水力坡度

4.1 右岸岩溶管道流量计算

根据现场统计, 位于PD4主硐57.4m处的岩溶管道的走向是与河道平行的, 从下至上大致可分为三层, 依次为粗砂岩、细砂岩及泥屑等, 其厚度分别为0.28m、0.17m和0.06m, 各层的渗透系数依次为2.22×10-5cm/s、1.76×10-4cm/s和3.47×10-5cm/s。通过以上资料, 就可以计算出岩溶管道的流量。

岩溶管道的加权平均渗透系数:

天然状态下通过岩溶管道的流量为:

库区蓄水后通过岩溶管道的流量为:

4.2 左岸岩溶管道流量计算

根据平硐调查资料, 位于PD3主硐9.6m处的岩溶管道的走向是与河道垂直的, 从下至上大致可分为三层, 依次为粗砂岩、细砂岩及泥屑等, 其厚度分别为0.31m、0.15m和0.04m, 各层渗透系数依次为2.01×10-4cm/s、2.87×10-4cm/s和6.42×10-5cm/s。岩溶管道的加权平均渗透系数:

天然状态下通过岩溶管道的流量为:

库区蓄水后通过岩溶管道的流量为:

通过对天然状态与库区蓄水后两种情况下左岸与右岸的岩溶管道的流量计算可以看出, 由于岩溶管道内充填物的影响, 流过岩溶管道的水量很小, 在库区蓄水后, 岩溶管道的渗透性对电站库区的稳定性影响不大。