黄土地区调蓄池渗漏分析

李 鹏

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 712000）

黄土地区调蓄池渗漏分析

李 鹏

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 712000）

黄土地区调蓄水池的新建越来越多，其渗漏特性、渗漏计算及防渗处理问题亟需解决。通过对陕北定边县陡沟调蓄池黄土库区地质条件说明、渗漏类型识别、渗漏原因分析及渗漏方法计算，认为黄土地区调蓄池渗漏损失量主要以前期对库底及库周土层的饱和需水量为主，渗漏类型主要为临时渗漏，而后期土层饱和后渗漏即永久渗漏量对库区蓄水影响不大。进而提出通过引水工程取用临时渗漏量，对地下水取用困难的永久渗漏型水库进行防渗处理。

黄土地区；临时渗漏；永久渗漏；分析

陡沟调蓄池位于定边县红柳沟镇陡沟村以西天然凹地处，为盐环定定边供水提升改造工程的调蓄水池，是以供水为主的Ⅳ等小（1）型工程，总库容963万m3，属Ⅳ等小（1）型工程。堤型为土堤，正常蓄水位高程1510 m，最大堤高40 m[1]。

与常规峡谷型水库不同，陡沟蓄水池为黄土地区蓄水池，其主要渗漏为前期对库底土的饱和需水量，饱和后渗漏量很小，而水库建成蓄水仅饱和库底黄土层就需要大量的水，从而形成了渗漏问题，如有大裂缝存在，渗漏将更加严重，如富平县街子水库，每日渗漏3万～5万m3，对于干旱区中小型水库，渗漏量较为客观。本文通过陡沟调蓄池库区渗漏量进行计算，论述该类库区渗漏问题评价中的计算方法，为今后黄土地区调蓄水池渗漏量的计算提供参考依据。

1 蓄水池区地质条件

1.1 地形地貌

蓄水池位于鄂尔多斯地台斜向的陕北台凹，属陕甘宁盆地中部盆地形平原，为下白垩系向斜部分，呈单斜构造。池区地貌主要为堆积侵蚀黄土斜坡及风洪积平原，其中黄土斜坡以5°～10°的缓坡逐渐过渡到平原。

1.2 地层岩性

池区地面高程1492～1510 m，沟内坡降0.05，两侧边坡较缓，出露地层主要为第四系黄土、黄土状土及砂壤土层，其中黄土及黄土状土层土质均一，主要分布在库区两岸，砂壤土层主要分布于沟心，根据地质勘察沟心部位上覆土层厚度在40 m左右，地层单一，下覆白垩系泾川组砂泥岩层。

1.3 水文地质

工程区为干旱的大陆性气候，降雨量少，蒸发量大，地下水主要受大气降水补给，池区目前为一干沟，无流水，勘探点揭示70 m范围内未见地下水位，蓄水后主要持水层为黄土层孔隙及裂隙。

1.4 岩土层渗透系数

通过对各岩土层进行室内试验分析，上覆黄土、黄土状土、砂壤土层渗透系数 K=2.0×10-5～9.45×10-5cm/s，属微透水性，孔隙率n=43%～51%，饱和度Sr=17.4%～52.5%。

2 池区渗漏问题分析

2.1 渗漏类型分析

根据池区地形条件，池区黄土粱峁两岸有低邻谷分布，左岸为陡沟，右岸为泉子沟，两岸邻谷分布如图1，对池区邻谷渗漏分析如下：

图1 邻谷分布示意(图中两岸水位高程为推测水位)

（1）陡沟调蓄池与陡沟邻谷间黄土粱宽度相对较窄处正常蓄水位1510 m处，宽度约500 m，与泉子沟宽度约400 m，陡沟调蓄池沟谷底高程1475～1510 m，陡沟沟谷底高程1460～1465 m，泉子沟沟谷底高程1440～1450 m。

（2）根据野外调查，陡沟调蓄池与陡沟、泉子沟沟道内无常流水，枯水期地下水位低于沟底，据沟谷间农户家机井调查结果显示，邻谷间黄土梁存在地下分水岭，但低于正常蓄水位。

（3）分水岭处地层结构可分为两层，上部为第四系中上更新统风、洪积黄土状壤土夹古土壤，下部为白垩系K1z6泥岩、砂岩，基岩分布高程1430～1440 m，低于水库正常蓄水位。

（4）黄土渗透系数 3.71×10-5cm/s＜1×10-4cm/s，属于弱透水层；黄土状壤土渗透系数 7.45×10-5cm/s＜1×10-4cm/s，属于弱透水层。

经过对分水岭地形地貌、地层结构以及地层渗透性的综合分析，邻谷渗漏对水库蓄水影响较小，水库蓄水初期存在暂时性渗漏，但水库永久渗漏轻微，对水库蓄水运行影响不大。

2.2 库区临时渗漏及其渗漏量计算

由于池区沟谷均为干沟，缺少季节性河流，为解决其缺水问题，利用池区洼地做水库盆地，蓄积外来引水，库身全部坐落于黄土中，根据前述基本地质条件，地下水位埋深较大，库底主要组成为Q3eol黄土、Q2eol+pl黄土状壤土夹古土壤及Q3al+pl砂壤土，根据试验结果，渗透系数为2.0×10-5～9.45×10-5微透水，可不考虑蓄水后堤基及堤肩渗漏问题，含水率w=5.9%～13.3%，饱和度Sr=17.4%～52.5%,含水率较低，且远未饱和。

临时渗漏主要发生在蓄水初期，为浸润库底黄土层渗漏类型。其渗漏原因主要由于黄土饱和差较大，存在较大负压，饱和库底的黄土层需要大量水，时间较长，渗漏主要补给浸润库底黄土层，如图2。当下渗水的锋面达到地下水面或不透水层，该阶段的渗漏结束。

图2 库水对围堤区黄土层的浸润

根据勘探调查，池区黄土均质，地下水基本水平，水库蓄水后渗漏是垂直的，当渗透锋面达地下水面或不透水层时，浸润线轮廓在横断面如图3，根据水面宽度、蓄水深度和入渗深度的不同，可将库底划分为若干计算段，根据《黄土地区工程地质》中关于浸润库底黄土层渗漏量的计算公式[2]其浸润饱和库底渗漏量为：

式中：Vi为第 i段饱和库底渗漏量，m3；bi为第 i段水面宽度，m；Hi为第i段水库平均水深，m；hi为第i段库底以下非饱和黄土厚度，m；Li为第i段长度，m；μ0i为第i段库底黄土饱和差，可取黄土饱和含水量与自然含水量之差，以体积比记为孔隙度n与天然体积含水量之差；a为浸润轮廓向外扩散以H计的倍数，一般取3～4。根据以上公式计算如表1，示意图如图3。

图3 围堤区浸润库底黄土层渗漏总量计算示意图

表1 围堤区浸润库底黄土层渗漏量计算

根据计算结果可知，使库底饱和共需水量约1070.8万m3，蓄水前期每日渗漏量为1.43万m3，占每日补给水量的20%左右，经过约2.05年可完成该饱和过程。

2.3 库区永久渗漏及渗漏量计算

库区浸润临时渗漏完成后，随着时间的延长，渗流水向外扩散，随着时间延长，渗流水向外扩散越远，渗流量在不断减小，并最终形成稳定渗流（图 4），即水力坡降随时间增长而变小，根据同类水库运行特点，可用体积法估算其渗漏量，根据达西定律简要计算其渗流量见表 2。

图4 围堤区永久渗漏计算示意

表2 库底黄土层饱和后围堤区渗漏量计算

根据设计提供资料，引水管流量为0.8 m3/s，每日渗漏量占补给量的2%左右，对库区蓄水影响不大。

3 渗漏损失及防渗处理

3.1 渗漏损失评价

由于黄土导水性小，渗透性不大，故陡沟水库邻谷渗漏损失对库区蓄水影响不是很大；邻谷渗漏通过黄土地层的渗漏量虽然不大，但长期浸渗，邻谷斜坡黄土层中固体颗粒间的胶结物软化、溶解和流失，有可能在水动力作用下，土颗粒逐渐被水流带出，发生管涌。或者邻谷斜坡黄土在渗漏水流浸润后，抗剪强度大大降低，使邻谷岸坡产生滑坡，再加上邻谷渗漏地段有严重塌岸的可能，使得渗漏途径缩短，渗漏量不断加大，而渗漏的加大，又进一步增添了邻谷岸坡的不稳定因素。总之，黄土梁构成的水库邻谷渗漏，即使渗漏量不大，也应考虑防渗处理。

黄土地区临时渗漏量较大，但从水资源综合利用考虑，可认为其渗透到有限范围内，把地表水作为地下水储存起来，只是改变了水的蓄存方式，并未造成渗漏损失，在使用时可通过井抽取一部分，目前，国内都有寻找适宜条件，修筑人工补水的地下水库储存水源以防止其被大量蒸发的实例。

3.2 防渗处理

邻谷渗漏的防渗处理应与塌岸处理同时考虑，清除岸坡疏松坡积堆积物，如邻谷原岸坡过陡，应适当削坡。

对陕北地区，引入水源贫乏，当库底渗漏量大，不能发挥蓄水效益，且地下水取用困难时，应对库底进行防渗处理。处理方法是先蓄水一两次，等库水干后，填塞构造裂缝和湿陷裂缝，再整理库底进行原土翻压，或塑料薄膜防渗处理。

4 结语

蓄水池渗漏问题是蓄水池重要的工程地质问题，黄土地区蓄水池渗漏主要在前期临时渗漏，应视其渗漏量大小、补水、取用难易程度等进行区别对待，采取对应的防渗措施。

[1]李鹏,王德辉等.陡沟调蓄池工程工程地质勘察报告[R].陕西西安：陕西省水利电力勘测设计研究院，2017.

[2]乔平定,李增均.黄土地区工程地质[M].北京:水利水电出版社，1990

TU991.13

B

1673-9000（2017）05-0125-03

2017-05-20

李鹏（1985-），男，山西晋中人，工程师，主要从事水利电力勘测设计工作。