淺談山丘區(qū)小型水庫“臺地型”滲漏的認(rèn)識

程守金

（山東省臨沂市水利勘測設(shè)計院，山東 臨沂 276001）

1 引言

臺地是一種山丘區(qū)溝谷兩岸隆起的呈帶狀分布的階梯狀地貌，山丘區(qū)臺地往往一面順山坡、嶺坡，坡度平緩，其余三面較陡，直立于周圍的低地。以往許多土質(zhì)臺地多被小型水庫作為天然防滲體加以利用，一般建壩于此，或作為筑壩取土料場，從經(jīng)濟學(xué)角度來說，省時省力，有一定的普遍性。近幾年來，隨著小型水庫除險加固、抗旱提升等地質(zhì)勘察工作開展，發(fā)現(xiàn)有些臺地巖土組成性質(zhì)垂向有明顯差異，臺地存在透水層，水庫發(fā)生不同程度滲漏問題，此種滲漏形式稱之為“臺地型”滲漏。

2 基本情況

魯東南山丘區(qū)分布面積較大，沿山丘溝谷兩岸多分布有土質(zhì)臺地，構(gòu)成山間臺地地貌。這些土質(zhì)臺地多發(fā)育山丘溝谷前沿，微傾向于溝谷，臺地多呈階梯型，頂部較為規(guī)則平整，寬度20 m～50 m，個別寬度大于100 m，上下階梯之間相對高度3 m～5 m，個別高度大于10 m，臨近溝谷側(cè)陡立，臺地下伏基巖多為花崗質(zhì)侵入巖。

山丘區(qū)小型水庫壩型多以土石壩為主，壩殼填筑料比較豐富，防滲體土料一般比較匱乏，土質(zhì)臺地因其多由弱透水性壤土組成，成為筑壩壩址首選，許多小型水庫大壩沿土質(zhì)臺地走勢修筑而成，這些水庫建成后，壩后出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，如陳家莊水庫、黃崖水庫、金斗水庫等，由于勘測經(jīng)費不足，多年來滲漏原因沒有進(jìn)一步查明，滲漏水現(xiàn)象未得到有效處理。

3 臺地巖土組成及滲透性

以往對臺地認(rèn)識不足，臺地一般由巨厚層壤土組成，當(dāng)?shù)乩习傩账追Q“黃土臺”“黃土梁”，一般認(rèn)為是均質(zhì)的天然防滲體。小型水庫筑壩前未進(jìn)行地質(zhì)勘察工作，未能查清臺地的巖土組成及性質(zhì)，蓄水后，壩后腳出現(xiàn)滲漏水，一般根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗認(rèn)為壩體填土質(zhì)量差。近幾年，隨著小型水庫除險加固、抗旱提升等工作開展，陸續(xù)對全市200 多座小型水庫進(jìn)行了地質(zhì)勘察，發(fā)現(xiàn)有64 座修筑于土質(zhì)臺地，其中巖性由單一壤土組成的臺地約占1/3，如東近臺水庫、皇臺水庫等，巖性由巨厚層壤土中夾碎石土、中粗砂、砂質(zhì)壤土、黃土質(zhì)壤土其中一種或兩種組成的臺地約占2/3，如陳家莊水庫、黃崖水庫等，特別是壤土夾中粗砂比較普遍，臺地巖土性質(zhì)不均一，具有垂向異性。典型均質(zhì)臺地見圖1，典型非均質(zhì)臺地見圖2，臺地巖土組成統(tǒng)計見表1。

圖1 東近臺水庫均質(zhì)臺地

圖2 姜莊水庫非均質(zhì)臺地

表1 臺地巖土組成統(tǒng)計表

根據(jù)臺地巖土條件，通過現(xiàn)場分段分層注水試驗，查明碎石土、中粗砂、砂質(zhì)壤土、黃土質(zhì)壤土滲透系數(shù)3.1E-04 cm/s～3.5E-02 cm/s，具強～中等透水性，是臺地中的相對透水層，壤土滲透系數(shù)3.0E-05 cm/s～7.7E-05 cm/s，具弱透水性，是臺地中的相對隔水層。臺地巖土滲透性統(tǒng)計表見表2。

表2 臺地巖土滲透性統(tǒng)計表

4 滲漏分析

均質(zhì)的單一壤土組成的臺地一般不存在滲漏問題，滲漏往往發(fā)生在非均質(zhì)臺地中。非均質(zhì)臺地存在強～中等性透水層是發(fā)生滲漏的內(nèi)部條件；另外大壩填筑時，壩前相對隔水的壤土層被取土用作筑壩料，透水層被揭穿，與庫水連通，這是發(fā)生滲漏的外部條件。以上因素共同作用，形成了滲漏通道，從而發(fā)生“臺地型”滲漏，表現(xiàn)為壩后腳出現(xiàn)片狀滲水匯成明流，近壩地面飽和軟化等。

通常小型水庫除險加固勘察設(shè)計一般需要對滲漏量做出定量評價，滲漏量的估算一般在劃分臺地巖土體結(jié)構(gòu)類型、確定計算邊界條件基礎(chǔ)上，根據(jù)運行水位條件，分區(qū)、分段進(jìn)行。滲漏量計算采用簡化單層滲漏或雙層滲漏公式。

式中：B 為計算分段長度；H 為上下游水位差；K 為土層滲透系數(shù)；T 為土層厚度；2b 為壩底寬。

年滲漏量計算水位按一年中8 個月（6 月至次年1 月）245 天采用現(xiàn)狀興利水位計算、4 個月（2 月～5 月）120 天采用興利水位與死水位的中值確定。根據(jù)43 座“臺地型”滲漏小型水庫滲漏程度統(tǒng)計結(jié)果，有24 座為中等滲漏，約占55.8%；14 座為嚴(yán)重滲漏，約占32.6%。客觀上由于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，對滲漏量計算結(jié)果進(jìn)行合理分析，結(jié)合調(diào)查運行周期內(nèi)水位降落推算滲漏量，有條件的水庫應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場實測滲漏量，互相印證，以保證計算結(jié)果科學(xué)合理性。43 座小型水庫滲漏程度分類統(tǒng)計見表3。

表3 滲漏程度分類統(tǒng)計表

5 滲漏引起的地質(zhì)問題

水庫大壩滲漏通常引起的地質(zhì)問題為滲透穩(wěn)定及壩后腳近壩地面浸沒。

小型水庫“臺地型”滲漏的滲透路徑較長，水頭不大，通常興利水位條件下實際滲透的水力比降為0.10～0.16，小于允許水力比降，故滲透穩(wěn)定問題一般不大。個別水庫壩前、壩后臺地表層無隔水層，透水層直接出露貫通，特殊條件下存在滲透穩(wěn)定問題。

小型水庫管理程度低，部分水庫壩后腳滲漏水流未能有效疏導(dǎo)、排泄，常常引起的近壩地面飽和軟化，出現(xiàn)浸沒，甚至淹沒現(xiàn)象。多發(fā)生在距離壩腳30 m 范圍內(nèi)，呈片狀分布，有的地面常年不干，造成楊樹等枯死，蘆葦、柳樹等親水作物生長茂盛。

6 滲漏的處理

“臺地型”水庫滲漏的處理應(yīng)在地質(zhì)勘察詳細(xì)查明臺地滲漏層分布、性質(zhì)等基礎(chǔ)上，結(jié)合滲漏量的大小及引起的地質(zhì)問題，科學(xué)合理選擇處理方法。地質(zhì)勘察是設(shè)計采取滲漏處理措施的基本依據(jù)，以往小型水庫除險加固工程中，許多未進(jìn)行地質(zhì)勘察的“臺地型”水庫設(shè)計采用了壩體灌漿、壩后坡貼坡排水、壩基帷幕灌漿等技術(shù)措施，收效甚微。近幾年來，根據(jù)地質(zhì)勘察成果，有針對性地采取了相應(yīng)工程措施，取得了良好效果。

一般來說，對于壩后臺地完整，頂部寬闊，表層有厚層相對隔水層，滲漏量輕微，可不采取工程措施處理，如陳家莊水庫0+000～0+450 段；對于壩后臺地不太完整，表層相對隔水層局部被剝離，滲漏量中等，不存在滲透變形問題，僅壩后出現(xiàn)浸沒現(xiàn)象，可采取開挖截滲溝等一般工程措施處理，如金斗水庫等；對于壩后臺地不完整，表層相對隔水層被剝離，滲漏量嚴(yán)重，局部存在滲透變形問題及浸沒問題，可采取高壓噴射混凝土連續(xù)墻等工程措施處理，如黃崖水庫等。

7 結(jié)語

山丘區(qū)“臺地型”滲漏屬于壩基第四系土層滲漏，易于壩體滲漏混淆，地質(zhì)勘察應(yīng)詳細(xì)查明。

“臺地型”滲漏的原因為臺地存在與庫水相貫通的透水層，其中壤土夾中粗砂臺地結(jié)構(gòu)比較常見，滲漏的處理應(yīng)在地質(zhì)勘察基礎(chǔ)上，科學(xué)合理選定。

魯東南黃土質(zhì)壤土比較少見，只零星分布于山間臺地上部，對其滲透性有了一定的認(rèn)識，其它工程特性有待于進(jìn)一步研究。