(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

壩基滲流是影響大壩安全穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。水庫(kù)蓄水后，在水頭壓力作用下，庫(kù)水可通過(guò)壩體、壩基和壩肩向下游滲漏。水電站壩基滲漏引發(fā)的災(zāi)害性事故屢見(jiàn)不鮮，滲漏不僅影響水庫(kù)的蓄水效益，而且可能威脅壩體的安全。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，滲漏問(wèn)題引起的失事事故占失事工程總數(shù)的40.5%[1-2]。為了對(duì)壩基滲流進(jìn)行控制，壩基中通常會(huì)布置防滲帷幕、排水孔、排水廊道等滲控措施。及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩基滲漏異常，防微杜漸是當(dāng)今水電站滲控安全研究的重要課題，正確分析出現(xiàn)的滲漏問(wèn)題并有針對(duì)性的進(jìn)行防滲處理,對(duì)保證水庫(kù)的蓄水效益和壩體的安全具有重大意義[3]。

水電站大壩壩基滲漏通道監(jiān)測(cè)及準(zhǔn)確判定是一項(xiàng)非常困難的課題，滲漏原因的探查和滲漏量的計(jì)算主要通過(guò)有限的鉆孔直接揭露，或借助于大量地球物理勘探手段。由于高密度電阻率法、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法、流場(chǎng)法和瞬變電阻法等方法的多解性和不確定性，地球物理勘測(cè)手段在解決滲漏通道埋深大而空間尺寸相對(duì)較小的壩基滲漏問(wèn)題時(shí)存在一定的局限性，操作性不強(qiáng)，且分辨率不高，在壩體整體的滲漏監(jiān)測(cè)中往往達(dá)不到應(yīng)有的效果[4]。

快速準(zhǔn)確地查明壩基滲漏的主要來(lái)源及滲漏通道走向等情況，以科學(xué)合理地實(shí)施預(yù)防及除險(xiǎn)加固措施，及時(shí)處理壩基滲漏帶來(lái)的各種危險(xiǎn)隱患，具有十分重要的意義。

觀音巖水電站為金沙江中游河段規(guī)劃的8個(gè)梯級(jí)電站中的最后1個(gè)梯級(jí)電站。樞紐主要由攔河大壩、泄洪沖沙建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。攔河大壩為由左岸、河中碾壓混凝土重力壩和右岸黏土心墻堆石壩組合而成的混合壩。正常蓄水位1134m，裝機(jī)容量3000MW。觀音巖水電站水庫(kù)蓄水之后，部分壩段基礎(chǔ)排水孔滲水量相對(duì)較大，部分壩段滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)的滲水壓力較高，壩后兩岸地下水位較蓄水前有明顯抬高。

本文通過(guò)對(duì)觀音巖水電站上下游河水、灌漿洞出水點(diǎn)、壩體滲水點(diǎn)、河水、溪水、泉眼水等外圍環(huán)境及廊道內(nèi)排水孔的水溫和pH值進(jìn)行檢測(cè)，研究壩基滲水的滲漏量、溫度、pH值等物理量關(guān)系，結(jié)合相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析和研究，確定壩基滲漏的主要來(lái)源及通道走向，把錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)，取得了良好的應(yīng)用效果，可為水庫(kù)、水電站等堤壩工程中滲漏通道的監(jiān)測(cè)提供借鑒。

1 觀音巖電站水溫和pH值監(jiān)測(cè)

1.1 儀器選擇

觀音巖水電站消力池、出水口深部水溫、大壩上游近壩深部水溫檢測(cè)采用銅電阻溫度計(jì)直接測(cè)試，溫度測(cè)試范圍-30.0℃～70.0℃，溫度測(cè)量誤差±0.5℃。

上下游河水、灌漿洞出水點(diǎn)、壩體滲水點(diǎn)、河水、溪水、泉眼水等周邊環(huán)境水溫和pH值測(cè)試使用CLEANPH200便攜式酸堿度測(cè)試儀的溫度電極和pH電極檢測(cè)。測(cè)試儀主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 便攜式酸堿度測(cè)試儀主要技術(shù)參數(shù)

1.2 檢測(cè)方法

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式根據(jù)水量大小分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。

?直接測(cè)量法：當(dāng)測(cè)點(diǎn)的水量較大且溫度電極和pH電極可以同時(shí)放入排水孔時(shí)，則直接測(cè)量排水孔水溫和pH值；

?間接測(cè)量法：當(dāng)測(cè)點(diǎn)的水量較小或溫度電極和pH電極無(wú)法放入排水孔時(shí)，則先用玻璃杯或塑料瓶接滿水后，通過(guò)測(cè)量杯內(nèi)(瓶?jī)?nèi))的水溫和pH值，間接測(cè)量排水孔水溫和pH值。

間接測(cè)量時(shí)，pH值與實(shí)際值無(wú)實(shí)質(zhì)性變化，但水溫可能受環(huán)境溫度影響而升高或降低，因此為確保測(cè)試準(zhǔn)確度，采取措施包括：接水和測(cè)量時(shí)，人體不接觸杯體或瓶體；以最快速度接滿水且一邊接水一邊測(cè)量，盡量獲得更接近的溫度值；多次、不同的環(huán)境溫度下接水測(cè)量，溫度差值在±0.5℃范圍內(nèi)為合格，取平均值為最終檢測(cè)值；若環(huán)境溫度高于測(cè)點(diǎn)水溫，則取測(cè)試溫度的極小值；若環(huán)境溫度低于測(cè)點(diǎn)水溫，則取測(cè)試溫度的極大高。

1.3 結(jié)果分析

1.3.1 上游庫(kù)水及下游河水的水溫

檢測(cè)期間上游庫(kù)水水溫呈現(xiàn)表層較高、底層較低的現(xiàn)象，水溫隨高程降低逐層降低并趨于穩(wěn)定。表面1m內(nèi)水溫最高測(cè)值約為20℃，最低測(cè)值約為16℃，受環(huán)境影響大。底層水溫穩(wěn)定，最終穩(wěn)定值約為14.5℃。

檢測(cè)期間壩后出水口各層水溫較穩(wěn)定，約為15.5℃。此溫度值與進(jìn)水口處水溫值相當(dāng)。

檢測(cè)期間壩后消力池各層水溫較穩(wěn)定，約為16.6℃。此溫度值略高于出水口水溫，與上游淺層庫(kù)水處水溫值相當(dāng)。

綜合分析上游庫(kù)水及下游河水溫度檢測(cè)成果資料，可知上游庫(kù)水的基本溫度不超過(guò)16℃，下游河水與上游庫(kù)水水溫基本一致，均小于17℃。

1.3.2 上游庫(kù)水和下游河水的pH值

檢測(cè)期間，上游庫(kù)水、出水口、下游河水pH值為8.3～8.5，消力池處水的pH值約為8，均呈弱堿性。

綜合分析上游庫(kù)水及下游河水pH值檢測(cè)成果資料，可知pH值最低值大于8.0，呈弱堿性。

1.3.3 壩址區(qū)基礎(chǔ)巖體與地下水溫度及pH值

各基礎(chǔ)巖體溫度監(jiān)測(cè)值基本穩(wěn)定，統(tǒng)計(jì)壩基基礎(chǔ)巖體溫度計(jì)，溫度范圍為19.05℃～23.7℃，平均值21.7℃。

各測(cè)點(diǎn)地下水的溫度均大于23℃，純地下水的pH值小于7，而混入河水的pH值相對(duì)偏高，基本接近于河水pH值。

綜合分析基礎(chǔ)巖體溫度和地下水溫度資料，可知正常地下水的溫度不小于基礎(chǔ)巖體溫度，即22℃，若經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離在地下巖體中滲流，溫度應(yīng)在23℃左右，正常地下水對(duì)應(yīng)pH值小于7。

1.3.4 排水廊道內(nèi)基礎(chǔ)排水孔水溫和pH值

對(duì)排水廊道內(nèi)基礎(chǔ)排水孔的水溫和pH值測(cè)量后，繪制出基礎(chǔ)排水孔溫度及pH值檢測(cè)成果頻率分布統(tǒng)計(jì)圖，如圖1、圖2所示。

圖1 基礎(chǔ)排水孔pH值頻率分布

圖2 基礎(chǔ)排水孔水溫頻率分布

由圖1可知，基礎(chǔ)排水孔滲水pH值主要分布在8～12之間，平均值9.6。此數(shù)值明顯高于上游庫(kù)水的pH值，說(shuō)明壩基地下水受灌漿及混凝土堿性影響大，最終認(rèn)為pH值小于10時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域的滲水可能與上游庫(kù)水相關(guān)，但應(yīng)與其他資料結(jié)合分析。

由圖2可知，基礎(chǔ)排水孔滲水溫度分布主要分布在17℃～23℃，平均值19.9℃。

2 滲水運(yùn)移過(guò)程中水溫與pH值變化規(guī)律

正常情況下，基礎(chǔ)巖體溫度高于上游庫(kù)水溫度，地下水的pH值小于上游庫(kù)水的pH值，因此若庫(kù)水經(jīng)過(guò)地下基礎(chǔ)巖體運(yùn)移，則水溫應(yīng)逐漸升高并逐步接近基礎(chǔ)巖體溫度，pH值逐漸上升并逐步接近混凝土的pH值。結(jié)合溫度與pH值檢測(cè)成果，可以得出在滲水運(yùn)移過(guò)程中水溫與pH值的變化規(guī)律：

?若上游庫(kù)水與下游河水直接相連，則上下游水的溫度和pH值無(wú)變化。

?若上游庫(kù)水經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)巖體內(nèi)部短時(shí)間、短距離的運(yùn)移且滲水量較大時(shí)，則滲水溫度將較上游庫(kù)水溫度有一定升高，但更接近上游庫(kù)水溫度，相應(yīng)的pH值有上升趨勢(shì)，pH值升高不明顯。

?若上游庫(kù)水經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)巖體內(nèi)部短時(shí)間、短距離的運(yùn)移但滲水量較小時(shí)，則滲水溫度將較上游庫(kù)水溫度有明顯升高，滲水溫度介于基礎(chǔ)巖體溫度和上游庫(kù)水溫度之間，相應(yīng)的pH值有上升趨勢(shì)，pH值稍有升高。

?若上游庫(kù)水經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)巖體內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的運(yùn)移但滲水量較小時(shí)，則滲水溫度將升高至與基礎(chǔ)巖體溫度相當(dāng)，pH值應(yīng)有明顯升高。在灌漿洞端頭檢測(cè)出的水溫和pH值即反映這種情況。

?若上游庫(kù)水經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)巖體內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的運(yùn)移但水量較大時(shí)，則滲水溫度將較上游庫(kù)水溫度有明顯升高，滲水溫度介于基礎(chǔ)巖體溫度和上游庫(kù)水溫度之間，pH值應(yīng)變化不明顯。

?經(jīng)檢測(cè)水泥漿液pH值為11.4，混凝土的pH值為12.9，受基礎(chǔ)巖體固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、化學(xué)灌漿處理孔段及混凝土影響區(qū)域，上游庫(kù)水經(jīng)過(guò)時(shí)其pH值將有所提高。pH值提高量的大小與滲水量有關(guān)，若滲水量小則流速小，水在堿性環(huán)境中的時(shí)間更長(zhǎng)，堿濃度增大，表現(xiàn)為pH值增大；水量大則流速大，則水在堿性環(huán)境中的時(shí)間更短，堿濃度更小，表現(xiàn)為pH值減小。滲水pH值受影響因素較溫度更大且更復(fù)雜，應(yīng)結(jié)合溫度、水量、灌漿及混凝土等情況分析。

3 各區(qū)域來(lái)水通道綜合分析

大壩壩基通常布置有防滲帷幕和排水孔組成的滲控系統(tǒng)。觀音巖水電站防滲帷幕包括壩踵附近的上游帷幕、壩趾附近的下游帷幕及廠房壩段的廠房帷幕。下游帷幕分別與上游帷幕和廠房帷幕銜接，構(gòu)成壩基防滲封閉區(qū)域。防滲封閉區(qū)域內(nèi)從上游到下游依次布置了上游主排、輔助排水、下游主排和廠房排水[5]。對(duì)各排水廊道排水孔滲水量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 排水孔滲水量統(tǒng)計(jì)

結(jié)合滲壓、滲流、水位孔等監(jiān)測(cè)資料以及相關(guān)檢測(cè)資料，進(jìn)一步分析壩基滲水或壓力異常偏高部位與上游水位的相關(guān)性，繪制出水溫、pH值等值線分布如圖3、圖4所示。

圖3 壩基pH值等值線分布

圖4 壩基水溫等值線分布

由圖3、圖4可知，當(dāng)排水通暢時(shí)滲壓值低，排水受堵時(shí)滲壓值高，但各區(qū)域來(lái)水通道有一定區(qū)別：

?9號(hào)壩段基礎(chǔ)滲水水壓主要受左岸帷幕端頭繞滲來(lái)水影響，上游來(lái)水對(duì)其有影響但相對(duì)較小。

?14號(hào)壩段和16號(hào)壩段基礎(chǔ)滲水水壓主要受上游來(lái)水影響，來(lái)水可能穿過(guò)帷幕或者繞過(guò)帷幕底部，左岸來(lái)水對(duì)其有影響但相對(duì)較小。

?河中17號(hào)～19號(hào)壩段滲水與上游庫(kù)水相關(guān)較明顯，滲水主要來(lái)源于帷幕淺部部位。

?右岸20號(hào)壩段以右滲水可能來(lái)源于右岸帷幕端頭繞滲來(lái)水或從22號(hào)壩段～24號(hào)壩段位置的帷幕及帷幕底部繞滲來(lái)水。

?廠房片區(qū)基礎(chǔ)滲水水壓在一定程度上受上游來(lái)水影響較下游或其他方向來(lái)水影響大。

4 滲漏異常區(qū)分析

4.1 異常滲水溫度及pH值確定

上游庫(kù)水和下游河水的基本溫度不超過(guò)17℃，pH值最低值大于8，呈弱堿性；而正常地下水的溫度不小于22℃，對(duì)應(yīng)pH值應(yīng)小于7。結(jié)合水溫和pH值空間變化規(guī)律，將不同區(qū)域的滲水可能與上游庫(kù)水相關(guān)性劃分為以下四類(lèi)異常等級(jí)：

a.一類(lèi)異常。水溫小于17℃、pH值為10.5～11.9，滲水量較大。推測(cè)滲水為透過(guò)帷幕來(lái)水，集中性多點(diǎn)中量滲透，滲水點(diǎn)深度主要在帷幕的淺部～中深部。

b.二類(lèi)異常。水溫為17℃～20℃、pH值為9.7～11.2，滲水量較大。推測(cè)滲水較大可能為透過(guò)帷幕來(lái)水，或繞過(guò)帷幕底來(lái)水，滲水點(diǎn)埋深較大。

c.三類(lèi)異常。水溫較接近地下水溫度(19℃～21℃)、pH值小于10，滲水量較大。推測(cè)存在滲水為透過(guò)帷幕來(lái)水的可能，但可能性較二類(lèi)異常小。

d.四類(lèi)異常。水溫基本接近地下水溫度(或等于地下水溫度，水溫大于21℃)、pH值小于10，滲水量較大?；敬_定滲水不是透過(guò)帷幕來(lái)水，而是繞過(guò)兩岸帷幕來(lái)水或(并混入部分)地下水。

4.2 上游帷幕滲漏異常區(qū)分析

上游帷幕滲漏異常區(qū)從左岸至右岸主要分為5個(gè)區(qū)域：

a.異常①區(qū)。該區(qū)域?yàn)槎?lèi)異常區(qū)，位于10號(hào)壩段～16號(hào)壩段，水溫較低(17℃～20℃)、pH值9.7～11.0，滲水量較大。此異常區(qū)通過(guò)帷幕后向右岸下游發(fā)展，水溫和pH值逐步升高，至16號(hào)～18號(hào)壩段下游帷幕結(jié)束。

b.異常②區(qū)。該區(qū)域?yàn)橐活?lèi)異常，位于18號(hào)壩段～19號(hào)壩段，水溫小于17℃、pH值為10.6～11.7，滲水量大。此異常區(qū)通過(guò)帷幕后向右岸下游發(fā)展，水溫逐步升高，pH值變化不大，至第3縱向排水廊道結(jié)束。

c.異常③區(qū)。該區(qū)域?yàn)橐活?lèi)異常，位于20號(hào)壩段右側(cè)～24號(hào)壩段左側(cè)，水溫小于17℃、pH值為10.5～11.4，滲水量大。此區(qū)異常通過(guò)帷幕后，向右岸下游發(fā)展，水溫逐步升高，pH值有一定升高，至24號(hào)壩段～25號(hào)壩段下游帷幕結(jié)束。

d.異常④區(qū)。該區(qū)域?yàn)槿?lèi)異常，位于25號(hào)壩段～26號(hào)壩段，主要表現(xiàn)為水溫較接近地下水溫度(19℃～21℃)、pH值小于10，滲水量較大。此區(qū)異常通過(guò)帷幕后，向下游發(fā)展，水溫逐步升高，pH值變化不大，至第2縱向排水廊道結(jié)束。

e.異常⑤區(qū)。該區(qū)域?yàn)槿?lèi)異常，位于30號(hào)壩段～31號(hào)壩段，主要表現(xiàn)為水溫較接近地下水溫度(19℃～21℃)、pH值小于10，滲水量較大。此區(qū)異常通過(guò)帷幕后，向下游發(fā)展，水溫逐步升高，pH值變化不大，至第2縱向排水廊道結(jié)束。

4.3 下游帷幕滲漏異常區(qū)分析

下游帷幕滲漏異常區(qū)從左岸至右岸主要分為2個(gè)區(qū)域：

a.下游異常①區(qū)。該區(qū)域?yàn)槿?lèi)異常，位于21號(hào)壩段～22號(hào)壩段下游，主要表現(xiàn)為水溫較接近地下水溫度(19℃～21℃)，推測(cè)滲透類(lèi)型主要表現(xiàn)為面積性多點(diǎn)小量滲透，滲水點(diǎn)深度主要在帷幕的底部，主要影響21號(hào)壩段～22號(hào)壩段下游帷幕附近區(qū)域，此區(qū)域滲水也可能同時(shí)受上游異常③區(qū)來(lái)水影響；

b.下游異常②區(qū)。該區(qū)域?yàn)槿?lèi)異常，位于24號(hào)壩段右側(cè)～25號(hào)壩段下游，主要表現(xiàn)為水溫較接近地下水溫度(19℃～21℃)，推測(cè)滲透類(lèi)型主要表現(xiàn)為面積性多點(diǎn)小量滲透，滲水點(diǎn)深度主要在帷幕的底部，主要影響24號(hào)壩段右側(cè)～25號(hào)壩段下游帷幕附近區(qū)域，此區(qū)域滲水也同時(shí)可能受上游異常③區(qū)來(lái)水影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

觀音巖水電站大壩壩基滲漏通道監(jiān)測(cè)及判定，采用水溫和pH值監(jiān)測(cè)的方法，通過(guò)深入分析研究壩基滲水運(yùn)移過(guò)程中的水溫與pH值變化規(guī)律及對(duì)應(yīng)的滲透類(lèi)型，成功確定了壩基滲漏的主要來(lái)源及通道走向。溫度和pH檢測(cè)法具有無(wú)損傷、干擾小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使用的檢測(cè)儀器簡(jiǎn)單且操作方便，可廣泛應(yīng)用于水電站壩基滲漏監(jiān)測(cè)及探查工作中。