清远抽水蓄能电站上水库渗漏分析评价

王殿春

(广东省水利电力规划勘测设计研究院,广东 广州　510635)

1　工程概况

清远抽水蓄能电站位于广东省清远市清新县太平镇,距清远市约32 km。枢纽工程由上水库、下水库、输水系统建筑物、地下厂房洞室群、开关站及场内公路等组成。电站设计装机容量1 280 MW(4×320 MW),总投资约50亿元。

该工程上水库位于场区西北部高程约600 m的甘竹顶山间盆地,正常蓄水位为612.5 m,相应库容为1 131.8万m3,死水位为587.0 m,死库容77.34万m3,调节库容1 054.46万 m3。水库布置有一座主坝,六座副坝,坝型均为粘土心墙堆石(渣)坝。

抽水蓄能电站的水库由上水库和下水库两个库盆组成,尤其是上水库,起着蓄能的重要作用,上水库的水极其宝贵,且水库漏水对工程的经济效益和安全运行极为不利,故严格要求上水库具有良好的蓄水条件和防渗条件。

工程地质勘察表明,水库存在库岸和坝基渗漏问题。本文介绍了清远抽水蓄能电站上水库渗漏工程地质勘察与分析成果及处理方案建议,为工程设计及治理提供依据,同时为同类工程地质勘察分析与处理提供参考。

2　水库区工程地质及水文地质条件[1]

通过地质测绘、钻探、现场及室内试验等方法,查明水库区工程地质及水文地质条件,为水库渗漏计算分析及治理提供依据。水库区工程地质略图见图1。

2.1　地形地貌

上水库库内地形较平坦开阔,库底高程一般580～590 m。库内分布有几个小山包,山顶高程为599～614 m。库四周山体较单薄,为低中山环绕,其中东北面甘竹顶最高,山顶高程747.5 m,山体雄厚;西面分水岭高程约630～695 m,北侧约630～660 m,东南面和南面地势较低,山顶高程一般为625～630 m,山体单薄。

上库发育有两条通向库外的冲沟,分布在库区的东南面和南面。主坝址位于东南面的冲沟沟口处,南面冲沟原为白水表小水电站的引水渠,即副坝二位置,除上述两处冲沟分别修建主坝和副坝二外,从主坝右岸由东向西至主坝左岸(甘竹顶),环绕上水库库周共有14个垭口,垭口鞍部高程为594～653 m，其中7个垭口鞍部高程低于或接近正常蓄水位612.5 m,山体较单薄,岩体风化较深,地下水位低,还需修建5座副坝。上水库库周除了主、副坝外,还存在两处较为单薄的分水岭,分布在主坝右岸与副坝二之间,分别为单薄分水岭一和单薄分水岭二。

2.2　地层岩性及岩体风化特征

图1　清远抽水蓄能电站上水库库区工程地质略图

第四系坡积层(Qdl)广泛分布在坡脚及山坡上,平均1.4 m,可塑状。

第四系洪冲积层(Qpal)分布于库盆、冲沟底部,平均1.4 m,可塑或松散状。

2.3　地质构造

上库范围内未发现较大规模的断裂构造,主要发育小断层和裂隙。

已揭露断层主要有30条,以北北东、北东、北北西、北西向为主,库区主要断层分布见图1。库区未发现通向库外的较大断裂,所揭露的断层规模小,多胶结较好,不存在沿断层产生库水严重渗漏条件。裂隙发育受断层影响,走向和断层基本一致,以北北东、北东和北北西向为主。同一地质点上最多见有4组不同走向的裂隙。库区未发现张性裂隙密集带,不存在沿裂隙密集带的渗漏。

2.4　水文地质条件

上水库集雨面积1.001 km2,多年平均径流量164.2万m3。地下水类型主要为基岩裂隙水,来源为大气降水,水位随季节变化。库周冲沟水汇入库内盆地。

上水库库区西面和北面山体较高,分水岭较雄厚,在正常蓄水位612.5 m高程处分水岭厚度一般>300 m,其余库岸山体稍低,分水岭较单薄,在正常蓄水位612.5 m高程处分水岭厚度一般仅为30～80 m。根据钻孔注、压水试验成果表1、表2,全风化带、强风化带和弱风化带上部具中等透水性,弱风化带中下部和微风化带为弱透水性,为相对隔水层。

表1　钻孔注水试验渗透系数统计表

表2　钻孔压水试验透水率统计表

库区植被茂盛,库盆内常年有水流,低洼处沼泽化,库周泉水、沟水向库内低洼处排泄。在库盆西北部和东南部分别筑有2个小水库供发电用,均可正常蓄水,不存在库水下渗现象。上水库蓄水后不会沿库盆底产生渗漏,不需进行库盆底防渗。

3　水位观测成果及分析

环绕上水库库岸主坝、6座副坝及其间库岸共布置49个地下水位长期观测孔,观测时间自2005年9月29日—2007年7月5日,历时1年零9个月。

主坝、各副坝及其间的库岸均布置了地下水位长期观测孔,并进行了地下水位长期观测,其中主坝各观测孔地下水位观测成果见图2,东南西面分水岭观测成果见图3,北面西分水岭观测成果见图4。

图2　主坝地下水位观测成果

图3　东南西面分水岭地下水位观测成果

根据钻孔水位观测资料统计,从主坝至副坝五,观测孔地下水位绝大部分在575～609 m之间,低于正常蓄水位612.5 m,水位变化幅度一般4～18 m。另外山体普遍较单薄,岩体风化较深,强风化厚度较大,弱风化顶板大多在正常蓄水位以下,存在库岸渗漏问题,需进行防渗处理。

地下水位在山脊部位多处于弱风化带中部,埋藏较深;在冲沟、垭口部位处于强风化带中下部,埋藏较浅。在北面冲沟发现多处季节性泉水,出露高程在600～620 m,这些冲沟较宽缓,局部形成沼泽地。

根据上水库环库水文地质剖面图分析,上水库库岸需防渗总长约2 500 m,约占库周分水岭总长度的60%,其中主、副坝坝顶长约1 200 m,约占防渗总长的50%。

4　水库渗漏计算及分析

根据工程地质勘察成果,按式(1)[2]计算水库各段、各风化带的渗漏量,计算结果见表3。

Q=BKiH

(1)

式中:B为分水岭渗漏段总长度(m);K为渗透系数(m/d);i为水力梯度;H为渗漏段的厚度(m);Q为渗漏量(m3/d)。

表3　水库库岸渗漏量计算结果表

由表3可以看出,未作防渗措施前,就建筑位置而言上水库渗漏主要发生在主坝右岸—副坝五右坝肩和西垭口—副坝六地段,副坝五—西垭口和副坝六—北垭口三有少量渗漏,北垭口三—主坝左岸基本无渗漏;就岩土层而言,上水库渗漏主要发生在强风化岩层中,占总渗漏量的80.6%,全风化土有少量渗漏,3 Lu线以下渗漏量约占总量的0.3%,所以建议水库防渗可以3 Lu线为防渗下限线,帷幕深度10～60 m,一般为25 m左右。

5　水库渗漏评价及处理建议

上水库岩性主要为石英砂岩、粉砂岩,基底为花岗岩,均为非可溶性岩石。弱风化带中下部—微风化岩石属弱—微透水层,为较好的相对隔水层。根据地质测绘及钻孔资料,库区未发现通向库外的较大断裂,所揭露的断层规模小,大多胶结好,不存在沿断层产生库水严重渗漏条件,库盆内常年有积水,库周有泉水出露,冲沟水补给库盆。在库盆西南部和东南部分别筑有2个小水库供发电用,均可正常蓄水,未发现库水下渗现象。因此,预测上水库蓄水后不会沿库盆底产生渗漏,不需进行库盆底防渗。

综合岩土体渗透性并结合钻孔长期观测资料分析,地下水位多在强风化带下部—弱风化带中部。由于全风化带风化不均,夹较多强风化夹层,这些夹层也为渗漏的通道,因此,全风化带、强风化带、弱风化带上部是可能产生库水外渗的主要部位。

根据地形地貌和地层岩性条件结合钻孔水位长观资料,上水库主、副坝之间库岸及主、副坝坝基存在渗漏问题。经分析计算表明:上水库渗漏主要发生主坝右岸—副坝五右坝肩和西垭口—副坝六地段的全—强风化带中,总长约2 500 m,约占库周分水岭长度的60%,主坝及各副坝坝基也存在明显渗漏。需要进行防渗处理。由于全风化—弱风化带上部较厚,建议采用垂直防渗(防渗墙+帷幕)措施进行处理,以3 Lu线为防渗下限线,帷幕深度10～60 m,一般为25 m左右。由于上水库渗漏地段连续,建议坝基防渗和库岸防渗连成整体。

6　结语

根据工程地质勘察及钻孔地下水位长期观测成果,对清远抽水蓄能电站上水库的渗漏情况进行了分析,对库岸渗漏和坝基渗漏量进行了计算分析,提出了水库防渗处理措施建议,为工程设计提供依据,对同类工程渗漏勘察评价及处理具有参考应用价值。

参考文献：

[1]王殿春，等.广东清远抽水蓄能电站可行性研究阶段可行性研究报告[R].广州：广东省水利电力勘测设计研究院,2007.

[2]水利电力部水利电力规划设计院.水利水电工程地质手册[M].第一版.北京：水利电力出版社,1985.