淺析平原水庫滲漏的危害及防治措施

龍翔 王正成

【摘要】在我國西北及華北地區(qū)修建了大量的平原水庫，平原水庫在調(diào)節(jié)水資源，滿足人們生產(chǎn)和生活的需要的同時，也存在了許多問題。如壩長水淺，蒸發(fā)量大，滲漏損失嚴(yán)重等。本文針對平原水庫的滲漏問題進(jìn)行深入剖析，從滲漏原因、環(huán)境危害、防滲措施等方面討論，分析了防滲措施重要性及選擇方法。

【關(guān)鍵詞】平原水庫；滲漏；防治措施

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對水資源的需求量也逐漸增大。很多地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重地缺水現(xiàn)象，如我國西北地區(qū)，這些地區(qū)擁有豐富的土地資源，但年降雨量小，空氣干燥，作物生長需要消耗大量的水資源。修建平原水庫進(jìn)行蓄水，調(diào)蓄水量，進(jìn)行灌溉。但諸多平原水庫存在著滲漏問題，造成一系列的生態(tài)環(huán)境問題，因此本文對平原水庫的滲漏危害和防治措施進(jìn)行分析，能為水庫設(shè)計和治理提供參考，防止水庫滲漏給人類帶來危害。

1、 平原水庫的特點

平原水庫多建在江河的下游，例如中國的新疆、黃河平原等。河道中的水通過渠道進(jìn)入平原水庫，在水庫中蓄積，在灌溉期，隨渠道進(jìn)入灌區(qū)。平原水庫的建壩材料，多為土、石，方便于就地取材，可以在很大程度上降低工程造價。平原水庫與山丘水庫進(jìn)行比較，有其顯著地特點，平原水庫的壩軸線較長，水庫蓄水面積大，壩高較低；而山區(qū)水庫多建在狹窄的河道峽谷中，其水庫面積較為狹窄，但其水庫的蓄水位高，因而水庫蓄水量大。平原水庫多建在灌區(qū)周邊，便于水通過短距離的渠道就能進(jìn)入灌區(qū)，防止水在渠道上的滲漏和蒸發(fā)損失。由于平原地區(qū)灌區(qū)面積大，耗水量大。平原地區(qū)工業(yè)也較為發(fā)達(dá)，工業(yè)用水量大。平原水庫在農(nóng)業(yè)、工業(yè)方面發(fā)揮著不可替代的作用。

平原水庫水的利用決定水庫的建設(shè)地址較為局限。平原水庫壩基下，含有深厚的透水層，有的壩段壩基下的透水層甚至是無限深。為節(jié)約工程造價，平原水庫的筑壩材料多為就地取材，壩型多為土石壩。壩體及壩基土顆粒間存在著大量的孔隙和裂隙，部分水在高水頭的作用下，進(jìn)入壩體和壩基孔隙，水庫很容易發(fā)生滲漏。水庫的滲漏主要體現(xiàn)在兩方面；一方面水透過壩體，從壩體的下游溢出。另一方面，水透過壩基，從壩基溢出。

2、 平原水庫滲漏的危害

由于壩基及壩體的性質(zhì)決定，平原水庫易發(fā)生滲漏。滲漏的危害很多，例如造成水庫水量的損失、造成下游土地鹽漬化或沼澤化等；當(dāng)滲漏嚴(yán)重時，甚至危及大壩的安全穩(wěn)定，導(dǎo)致潰壩。

2.1浪費大量的水資源

水庫的首要任務(wù)是蓄水，供給人類的生產(chǎn)生活需求。但平原水庫的壩基多為松散顆粒，壩基滲透系數(shù)很大，很容易造成滲漏危害。在余量充沛的季節(jié)，通過平原水庫發(fā)揮作用，將多余的水蓄積起來，在枯水期時加以合理利用。由于地基和建壩材料的滲透系數(shù)均很大，造成大量的水量損失。干旱地區(qū)水分稀缺，溫度較高，空氣中的水分含量很低，水庫的庫區(qū)面積大，因而產(chǎn)生大量的蒸發(fā)，導(dǎo)致水庫的水資源浪損失。

2.2造成下游土地的鹽堿化和沼澤化

平原地區(qū)的農(nóng)業(yè)都較為發(fā)達(dá)，平原水庫建在灌區(qū)及村莊周邊。隨著庫水位的增高，水在水頭壓力下，克服壩體或壩基孔隙間的摩擦力、毛細(xì)管力等，滲漏進(jìn)入下游灌區(qū)，導(dǎo)致灌區(qū)的地下水位升高。干旱區(qū)的氣溫很高，地下水位越高土壤中的水分蒸發(fā)量大。水分受熱時氣相成氣相的水，鹽分隨水到達(dá)土地的表層，造成灌區(qū)地表的鹽漬化，嚴(yán)重影響作物的生長，致使作物減產(chǎn)，影響灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。蒸發(fā)較小的區(qū)域，地下水位不斷升高，會逐漸形成沼澤化，同樣會影響作物的生長。

2.3威脅大壩的安全穩(wěn)定

隨著平原水庫水的上升，平原水庫的上下游會形成較大的水頭差，在水頭差的作用下，水分通過土壤的孔隙，滲漏到水庫下游。水在土壤孔隙中的滲流過程，實際上是水和土的耦合作用；水在滲流過程中逐漸帶走壩體孔隙周圍中的細(xì)小土顆粒，導(dǎo)致滲流通道逐漸被擴(kuò)大。滲流過程中土體被帶走，滲流通道逐漸增大，土壤的孔隙管徑發(fā)生變化，孔隙壓力改變，影響水在孔隙中流動。隨著滲流的發(fā)展，滲流的水力坡降逐漸增大，當(dāng)滲透坡降大于允許允許坡降，將會嚴(yán)重影響平原水庫大壩的安全，嚴(yán)重時會導(dǎo)致大壩潰壩。

3、 平原水庫滲漏的防治措施

在設(shè)計及建造大壩時必須要考慮大壩的防滲作用，在庫區(qū)、壩體、壩基設(shè)置防滲體，且防滲體在控制滲流量方面一定要效果顯著。且平原水庫滲流量越大，壩后土地鹽漬化的影響范圍越大。鹽漬化嚴(yán)重影響庫區(qū)下游的人類的生產(chǎn)生活，應(yīng)積極的采取相應(yīng)的防滲措施進(jìn)行平原水庫的防滲。

3.1庫區(qū)的防滲

3.1.1土工膜防滲

土工膜防滲屬于水平防滲體。隨著土工膜技術(shù)快速發(fā)展，土工膜防滲因具有優(yōu)越的防滲性能和良好的適應(yīng)地基變形的特性，被廣泛運用于大壩的防滲，數(shù)十年來，土工膜技術(shù)用于土壩、堆石壩等工程上。用土工膜防滲有諸多優(yōu)點，如造價低廉、施工方便、施工工期短、防滲效果好等。防滲體從大的方面分為水平防滲體和垂直防滲體。

3.1.1水平鋪蓋

水平鋪蓋防滲屬于水平防滲體。在平原地區(qū)建立水庫，平原水庫基礎(chǔ)材料及筑壩材料都存在較多的孔隙及裂隙，必然會出現(xiàn)一定程度滲漏問題，目前解決庫區(qū)滲漏的方法有很多，水平鋪蓋是有效的處理方法之一。在深厚覆蓋層建造垂直防滲，工程量大造價高，且工期長。綜合造價及工期等因素，水平鋪蓋適宜深厚覆蓋層的地基情況下。

3.2壩體的防滲

3.2.1黏土心墻

心墻是土石壩壩體的核心，發(fā)揮著重要的防滲作用，心墻位于大壩的中央位置，心墻的填筑的效果直接關(guān)系到大壩的安全運行。心墻材料一般采用黏土，粘土又分為普通粘土和高塑性粘土；粘土心墻的施工順序一般為壩基反濾料的填筑、土工防滲膜的鋪設(shè)、測量放線、黏土料填筑。

3.2.2礫石和碎石土心墻

礫石和碎石土的防滲性能明顯低于粘土，但它有著獨特的優(yōu)越性，礫石和碎石土的側(cè)限抗壓強(qiáng)度低，雨水過后很容易濕化崩解，這類土的自愈能力很強(qiáng)。平原水庫坐落在深厚覆蓋層上，水庫建好后，壩基及壩體很容易產(chǎn)生不均勻沉降，壩體心墻受到不均衡的力，導(dǎo)致心墻破壞。心墻材料采用礫石和碎石，心墻裂縫后可自行愈合，防止?jié)B流破壞進(jìn)一步惡化。

3.3壩基的防滲

3.3.1懸掛式防滲墻

懸掛式防滲墻的防滲墻體只深入地層一定深度，用貫入度進(jìn)行表示，并沒有嵌入弱透水層或不透水層等隔水層。懸掛式防滲墻不能完全控制滲流，不能防止?jié)B漏的發(fā)生，但是它能有效地延長實際的滲徑長度，能集中消減大部分滲透坡降。從而使防滲墻體前后的水力坡降減小，大大提高了壩基發(fā)生滲透變形的臨界水頭。

3.3.2封閉式防滲墻

封閉式防滲墻是指墻體直接嵌入到基巖或相對不透水層一定深度，從而全面截斷滲流，適用于壩基透水層較淺的情況。該種方法能有效地控制滲流，適于干旱區(qū)的平原水庫的防滲處理，能有效的防止下游土地的次生鹽堿化和沼澤化，防止?jié)B漏帶來一系列的危害。

3.3.3半封閉式懸掛墻

半封閉式防滲墻是指墻體隔斷了一個不透水層或相對弱透水層，但在防滲墻下面還存在著透水層。該種方法并沒有完全隔斷庫區(qū)與庫區(qū)外地下水位的交流，平原水庫庫區(qū)的滲漏水可在干旱期補(bǔ)給庫區(qū)外的地下水，庫區(qū)外的地下水在豐水期時補(bǔ)給庫區(qū)，有利于生態(tài)和諧。

4、 結(jié)語

平原水庫的壩基及壩體決定平原水庫易發(fā)生滲漏，滲漏的危害及其嚴(yán)重，例如造成大量水資源損失、水庫下游土地沼澤化或鹽漬化、嚴(yán)重時甚至危害大壩的安全穩(wěn)定。因此，在大壩設(shè)計及建造時，應(yīng)充分考慮大壩的防滲措施。根據(jù)壩基地質(zhì)情況，選擇不同防滲措施；在地質(zhì)條件復(fù)雜或常發(fā)生外力的情況下，可以結(jié)合多種防滲措施，以保證大壩的安全。

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