红崖山水库渗漏问题分析研究

任仓钰

(甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃 兰州 730000)



红崖山水库渗漏问题分析研究

任仓钰

(甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃 兰州 730000)

红崖山水库从1960年1月开始蓄水至今已经55 a了，虽经天然落淤、多次防渗处理，但目前水库渗漏问题依然存在，在一定程度上影响了水库效益的正常发挥。根据勘察、物探测试、渗漏量观测资料分析水库产生渗漏的原因，坝址区的工程地质条件与水文地质条件决定了渗漏不可避免，对渗漏量较大的重点坝段(东坝3+600～3+900)进行垂直防渗处理，为加高扩建工程渗控设计提供科学依据，也为今后同类工程防渗漏处理积累宝贵的经验。

坝基；渗漏；渗漏量；渗漏密集点；垂直防渗

民勤红崖山水库为平原型、亚洲最大的沙漠水库，库区约25 km2，建筑物包括大坝、输水洞、泄洪闸、溢洪道等。始建于1958年，1960年1月开始蓄水，经初建、续建、扩建和除险加固工程，东坝现状坝长6 600 m，西坝现状坝长为1 306 m，现状库容万0.993亿 m3，计划加高扩建后库容1.48亿 m3，水位抬高1.23 m。

红崖山水库的库盆为巨厚的第四系松散层。水库西岸不存在永久渗漏问题；黑山头是连接红崖山水库东、西坝一基岩残丘，相对高差60～70 m，为相对不透水的花岗岩，也不存在渗漏问题；水库南面是石羊河汇入口，地面高程大于正常蓄水位，不存在渗漏问题；水库东岸则为人工在巨厚的第四系地层上所围填的人工库岸(东坝)，存在坝基渗漏问题；西坝位于黑山头～红崖山之间，为人工填筑坝体，存在坝基渗漏问题。根据实测从1959年至2011年水库淤积物厚度2.45～4.0 m，库内天然落淤形成的铺盖，对水库的防渗堵漏发挥了极其重要的作用。

因此，红崖山水库的渗漏主要是东坝、西坝的坝基渗漏。

1 坝址区地质条件

红崖山水库的大坝分西坝、东坝。

1.1 西坝坝基工程地质与水文地质条件

西坝位于红崖山与黑山头之间，现状坝长1 306 m，最大坝高16.5 m，坝顶高程1 484.80 m，为粘土心墙加斜墙坝型。坝址区原河床覆盖层厚度1～8 m，为第四系冲洪积的细砂、中砂和含砾砂组成，其下为新近系(N2)棕红色砂岩、泥岩、加里东期粗粒花岗岩；左坝肩为第四系下更新统(Q1pl)洪积层，岩性为青灰色泥质砂岩和泥钙质胶结的砂砾岩；右坝肩为黑山头粗粒花岗岩。在西坝修筑过程中，对坝基进行了开挖清基，但清基不彻底，根据钻孔揭示：坝体下部遗留有厚度0.43～2.9 m的(Q4alp)含砾砂层(见表1)。下伏新近系红色砂岩、泥岩，泥钙质胶结，其透水率1.51 Lu，为相对不透水坝基岩体。

表1 西坝坝基覆盖层未清基遗留层厚度统计表

西坝坝体下部遗留的(Q4alp)冲洪积含砾砂层，成为西坝坝基产生渗漏的主要通道。

1.2 东坝坝基工程地质与水文地质条件

东坝现状坝长6.6 km，坝顶高程1 485.10～1 484.50 m，最大坝高16.5 m，东坝主要布置于石羊河东岸的荒漠、沙地上，坝基主要为第四系冲洪积细砂、中砂层，据东坝轴线南端钻孔孔深50m未见基岩，根据区域地质资料分析第四系覆盖层厚度在150～200 m。在坝基的表层普遍分布一层黑灰色淤泥质细砂层，坝基细砂、中砂厚度较大，结构松散～中密，透水性强，在填筑坝体时，对坝基未做防渗处理，坝基存在渗漏问题。

2 水库渗漏分析

红崖山水库渗漏问题一直存在，虽经天然落淤、多次防渗处理，但目前水库渗漏依然严重，在一定程度上影响了水库效益的正常发挥。

2.1 西坝渗漏量观测

西坝坝体有防渗心墙加斜墙，坝基由于清基不彻底，遗留厚0.43～2.9 m第四系(Q4alp)冲洪积含砾砂层，该层位于不透水的新近系(N2)基岩面以上，厚度不均一，为强透水层，该层构成西坝坝基主要渗漏通道。

西坝布置了1个量水堰(4号量水堰)，据4号量水堰2009～2014年观测的渗漏量为61.87～114.45万 m3/a，6 a平均渗漏量75.63万 m3/a(见表2)，占年观测渗漏总量的8.55%，均摊到1.306 km长坝段上，单宽渗漏量579.1 m3/a·m。

分析4号量水堰(西坝)2009～2014年库水位与月溢出渗漏量关系图，发现后4年连续观测资料规律性比较强，当库水位升降时，渗漏量较稳定，有随库水位升降而增减的现象，但变化不大。说明西坝渗漏量较稳定，粘土心墙防渗体系的防渗效果较好。

2.2 东坝渗漏量观测资料分析

红崖山水库东坝较长，坝基为深厚覆盖层(大于50.0 m)，坝基渗漏问题突出。

东坝坝后目前设有1、2、3号量水堰，各量水堰的位置、测控的坝段见表2。根据3个量水堰2009～2014年的连续观测资料，渗漏量统计见表3。东坝2009～2014年观测渗漏量624.71～981.07万 m3/a，平均渗漏量808.64万 m3/a。

表2 东坝量水堰位置及各堰测控坝段的桩号

表3 红崖山水库坝后渗漏量观测统计表

1号量水堰测控东坝0+000～0+810段的坝后渗漏量。2009～2014年观测的渗漏量为15.48～29.63万 m3/a，平均23.78万 m3/a，占东坝6年总平均渗漏量(808.64万m3/a)的2.94%，平均单宽渗漏量293.6 m3/a·m。该段为粘土斜墙坝型，渗漏量相对较小，分析其原因，一是该坝段为粘土斜墙坝型，坝体防渗效果好；二是该段坝前库内原始地形较低，落淤层厚度相对较厚，落淤铺盖层的防渗效果显著；三是该坝段坝基地层中有厚度较大的淤泥质粉质粘土层，起到隔水的作用，因此该段坝基的渗漏量小。

2号量水堰测控东坝0+081～2+920段的渗漏量，坝高由16.5 m逐渐降低到11.6 m。2009～2014年观测的渗漏量为380.14～652.01万 m3/a，平均渗漏量520.96万 m3/a(见表3)，占东坝6年总平均渗漏量(808.64万 m3/a)的64.42%，均摊到2.11 km长坝段上，单宽渗漏量2 469.0 m3/a·m，是东坝平均单宽渗漏量(1 418.7 m3/a·m)的1.74倍，该段渗漏问题突出。

分析该段渗漏量大的原因：一是因为0+081～2+920段，坝高相对较大(16.5～11.6 m)、库水位与坝后第1条排水渠的水位差较大(6.31～9.37 m)；二是库内原始地形相对较高，落淤厚度相对较薄；三是坝基以细砂、中砂为主，坝基未做防渗处理，因此东坝0+081～2+920段渗漏量大。

图1 东坝2号量水堰2013年库水位与渗漏量关系图

3号量水堰测控东坝2+920～6+600段的渗漏量，坝高由11.6 m逐渐降低到4.0 m。实际排水渠控制及有渗流溢出的坝段在桩号2+920～5+700段，实际渗流溢出段长2.78 km。2009～2014年观测的渗漏量为214.94～300.03万 m3/a，平均渗漏量266.70万 m3/年，占东坝6年总平均渗漏量(808.64万m3/a)的32.98%，均摊到2.78 km长坝段上，单宽渗漏量959.4 m3/a·m，占东坝平均单宽渗漏量(1 418.7 m3/a·m)的67.63%，东坝2+920～6+600段渗漏量较大。

东坝3号量水堰测控的3.68 km坝段，坝后渗漏出水不均匀，其中东坝3+600～3+900段渗漏量大，尤其在3+728.2～3+890.2段坝后第1条排水渠有10个渗漏点集中分布，占排查到的渗漏点总数的91%。经过地质雷达、高密度电法等物探手段综合探测，结合钻孔勘探验证，在坝体与坝基接触面有一层含砾砂厚度约0.7 m，坝基透水性相对较大。

分析该段渗漏量大的原因：一是库内原始地形高、落淤层厚度最薄处只有0.1 m，最厚处也只有0.6 m，尤其是靠近坝脚处厚度普遍都在0.2～0.3 m之间；二是坝基以细砂、中砂为主，局部见有含砾砂层集中渗漏带。

2.3 东坝渗漏密集点分布及出水特征

2013年10月19日红崖山水库管理处在东坝坝后第1条排水渠共发现4处疑似泉眼冒水点，冒水点位于东坝桩号1+124附近以及3+717～3+867之间，排水渠距离大坝84～150 m。为了彻底查清渗漏点数量、分布位置、逸出特征、渗漏量大小等问题，对东坝后2纵、21横排水渠进行了拉网式排查，其结果：渗漏点主要分布在东坝坝后第1条排水渠桩号3+728.17～3+890.17段，段长162 m。共发现渗漏点、疑似渗漏点10个。

根据探坑揭露，东坝坝后岩土呈双层结构：上部1.2 m粉质粘土，粘粒含量较高，透水性弱，构成微承压顶板盖层，下部为绣黄色细砂层，结构松散，透水性强。排水渠挖除了粉质粘土盖板，渗水从砂层逸出，大部分地段排水渠两侧砂层渠坡上形成面状渗水，在局部形成集中出水点，共排查出集中渗水点10个。集中渗水点呈洞穴状，洞口随溢出水流有沙沸现象，洞口有少量积沙，水流清澈，也没有细砂沿水流方向呈带状堆积的现象。分析认为，这种现象是因为坝后逸出上升段水力比降大、洞穴集中出水点的孔口流速相对较大，带动了细砂颗粒翻滚所致。

由于东坝2+920～6+600段坝后2011年以来堆填了1～6 m不等的清淤料，压覆了排水棱体及原坝后纵、横排水渠，使坝后排水不畅，迫使渗漏逸出点全部后移到第1条排水渠，使得第1条排水渠近年来出现了多处集中渗漏密集点。

2.4 物探测试成果分析

为了查明东坝3+617～3+967段相对集中渗漏段是否存在渗漏通道或集中渗漏带，勘察中采用地质雷达、高密度电法两种物探测试方法，在坝顶、坝后绿化带、坝后公路边进行测试，物探测试结论如下：

布置于东坝轴线(桩号3+618.2～3+718.2段和桩号3+718.2～3+818.2段)的高密度电法测线显示在桩号3+668.2附近及3+753.2附近坝基与坝体接触面附近存在2处疑似渗漏异常。

布置于对应东坝轴线桩号3+568.2～3+968.2段坝后民武公路边地质雷达和高密度电法测线显示有8处疑似渗漏异常点集中分布在桩号3+658.2～3+893.2段，与坝后排水渠底流土集中分布段(桩号3+728.2～3+890.2)有较好的对应关系。

物探解释的坝体与坝基接触面渗漏异常与钻孔揭示的含砾砂层、粉质粘土透镜体相吻合。物探解译的坝后公路边8处疑似渗漏异常点与排水渠相对密集的渗漏点分布基本吻合。

3 红崖山水库渗漏问题分析评价

通过前面的分析研究：红崖山水库西坝渗漏量小，且渗漏量较稳定。这与西坝特有的工程地质、水位地质条件息息相关：坝基为新近系(N2)棕红色砂岩、泥岩及加里东期粗粒花岗岩为相对不透水岩体；左坝肩为第四系下更新统(Q1pl)洪积层，青灰色泥质砂岩和泥钙质胶结的砂砾岩为相对不渗透层；右坝肩黑山头粗粒花岗岩也为相对不透水岩体。但坝基由于清基不彻底，遗留厚0.43～2.9 m第四系(Q4alp)冲洪积含砾砂层，厚度不均一，为强透水层，该层构成西坝坝基主要渗漏通道。

红崖山水库东坝坝基覆盖层深厚(大于50.0 m)，透水性强，在填筑坝体时，对坝基未做防渗处理，因此东坝坝基渗漏量较大。

其中：东坝0+000～0+810段渗漏量较小；东坝0+810～2+920段单宽渗漏量最大，主要原因是坝体高度大、水头差大，但坝后渗漏点少；2+920～6+600段单宽渗漏量较大，且不均匀，在3+658.2～3+893.2段坝体与坝基接触面存在渗漏带，相应在坝后第1条排水渠出现渗漏点密集分布，渗漏问题的危害性相对突出。分析认为3+600～3+900段是东坝渗漏相对严重的坝段。

4 结语

根据勘察、渗漏量观测资料、物探测试成果综合分析，红崖山水库渗漏主要是坝基的渗漏。

西坝渗漏量小，且渗漏量较稳定。

但东坝坝线较长，坝基为深厚覆盖层(大于50.0 m)，透水性较强，渗漏量大，只有少量粘土斜墙坝型(桩号0+070～1+120)、其余均为分区混合坝型(桩号1+120～6+660)，对分区混合坝段进行垂直防渗投资特大，也不能彻底封闭坝基、技术上有一定的难度，对重点渗漏量较大的坝段(东坝3+600～3+900)进行垂直防渗处理，但悬挂式混凝土防渗墙的防渗效果有限，但至少可以延长渗径、减少渗漏量、对渗透稳定是非常有利的。

分析红崖山水库渗漏特点，具有针对性的对深厚覆盖层渗控设计，为今后同类工程的防渗处理积累宝贵经验。

[1]水文地质手册(第二版).地质出版社.2012.9.

[2]工程地质手册(第四版).中国建筑工业出版社.2007.2.

[3]工程地质学(第十章渗漏、渗透变形观测地质研究).

[4]中小型水利水电工程地质(第二版).水利水电出版社.1995.6.

[5]甘肃省民勤县红崖山水库除险加固工程初步设计报告.甘肃省武威市水利水电勘测设计院.2002.4.

[6]民勤县红崖山水库东坝址总干渠至冯家滩段(0+000～3+000)工程场地地震安全性评价报告.甘肃地震工程研究院.2012.9.

[7]甘肃省民勤县红崖山水库加高扩建工程可研设计报告.甘肃省水利水电勘测设计研究院.2015.3.

[8]甘肃省民勤县红崖山水库加高扩建工程初步设计报告.甘肃省水利水电勘测设计研究院.2016.1.

[9]民勤县红崖山水库除险加固工程前期资料文件汇编.民勤县红崖山水库除险加固工程管理处.2003.

[10]甘肃省民勤县红崖山水库2009～2014年渗漏量观测资料.民勤县红崖山水库管理处.2015.3.

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1004-1184(2016)06-0132-03

2016-10-17

任仓钰(1964-)，男，陕西山阳人，高级工程师，主要从事水利水电工程地质、水文地质勘察设计工作。