若羌河山口二級電站引水渠和泄水渠工程地質條件與評價研究

脫云飛,王克勤,張振偉,景世紅,張麗娟

(1.西南林業大學環境科學與工程系,云南 昆明650224;2.云南大唐國際電力公司,云南 昆明650011;3.新疆巖土工程勘察設計研究院有限公司,新疆烏魯木齊 830000)

1 工程概況

若羌河山口二級水電站是一座日調節引水式水電站,以發電為主,兼顧引水灌溉。電站位于若羌縣城以南28.0 km,距若羌河山口一級水電站2.0 km,地理坐標為東經88°10′45″～ 88°12′15″,北緯 38°43′30″～ 38°52′20″,距庫爾勒市 442.0 km,交通方便。該電站年發電量7.2×106kW·h,設計水頭60.0 m,過水流量 4.0 m3/s,工程規模為小(一)型,工程等級為四級[1]。若羌河山口二級水電站建成后將緩解若羌縣城以及鄉鎮工農業生產和人民生活用電和用水不足的局面。該水電站的水渠工程主要有引水渠、泄水渠、事故泄水渠和冬季退水渠,本文主要對若羌河山口二級水電站引水渠和泄水渠工程地質條件進行評價分析[2]。

2 地質概況

若羌河山口二級水電站工程區位于塔里木盆地東南緣-阿爾金山北麓,區域性斷裂主要有:阿爾金山南緣斷裂(F2),若羌河山口斷裂(F1),龍口一帶的斷裂(F3),若羌縣城北的矛頭山斷裂(F4),其中F1斷裂穿越工程區,該斷裂是盆地與阿爾金山的分界斷層,產狀為 40°～ 60°SE∠40°～ 50°,長 200.0 km,破碎帶寬0.7 m～1.0 m,由碎裂巖、角礫巖和斷層泥組成,該斷裂錯斷Q1和Q2地層,可見到元古界地層逆沖到Q1和Q2地層上[3]。

工程區構造活動主要表現在F1斷裂上,在第四系Q1和Q2時期由于受F1斷裂活動的影響,造成元古界(Pt)老地層逆沖到Q1和Q2地層之上,并沿F1斷層在山口水電站以西126.0 km處于1993-09-26發生過一次6.75級地震,在該工程以南75.0 km處沿阿爾金山南緣斷裂發生過一次6.6級地震,以上地震對工程均屬于遠震[4]。據國標GB18306-2001和1/400萬《中國地震動態參數區劃圖》劃分,50年超越概率10.0%的地震動峰值加速度為0.05 g所對應的地震基本烈度為Ⅶ度,故該區為地殼穩定性較好區[5]。

工程區位于阿爾金山北緣的若羌河山前傾斜沖洪積平原上,地形南高北低,河流總體流向為由南向北,引水渠和泄水渠均位于Ⅱ級階地平臺上,地形平坦。巖性為沖積含漂石的砂卵石層,該層主要分布于Ⅰ和Ⅱ級階地上部,厚度大于80.0 m,巖性為沖積砂卵石層(Q4al)分布于河床中。

3 地質條件分析

通過對若羌河山口二級水電站的引水渠和泄水渠的鉆孔探井試驗、顆粒分析試驗、土壤化學分析試驗、注水試驗、擊實試驗和重型動力觸探試驗,推斷出若羌河山口二級水電站的引水渠和泄水渠工程地質條件和工程地質問題,并對其進行評價分析,具體結果如下:

3.1 引水渠工程地質條件

若羌河山口二級水電站引水渠是從K 0+000處引水,渠道沿線地形起伏不大,引水渠沿線位于若羌河洪積平原上,屬Ⅱ級階地平臺,根據引水渠道沿線的地貌和地層巖性,可以將電站引水渠劃分為一個工程地質單元,有灰色～灰白色的卵石,該層最大厚度5.0 m,顆粒呈圓狀或亞圓狀,骨架顆粒呈交錯排列,粒徑為2.0 mm～50.0 mm,還有以花崗巖、石英巖成分為主的漂石,硬度較高,礦物成分以長石、石英和云母為主,以干～稍濕砂土和稍密～中密充填。

通過土工試驗可知引水渠沿線土壤的不均勻系數Cu為7.8～12.9,曲率系數 Cc為1.3～1.9,承載力特征值fak為300 kPa～500 kPa,滲透系數 k為0.15 cm/s～0.23 cm/s,內摩擦角 φ為 38°～45°,比重 Gs為 2.7,最大干密度 2.232 g/cm3～2.331 g/cm3,最優含水率5.637%～5.860%。根據土工試驗可知,引水渠工程的地質屬級配良好的土,屬中強透水性的砂土,干密度大,最優含水率小,沒有地質災害。

3.2 引水渠工程地質條件評價

根據渠道沿線地下水埋深,地層巖性及地下水與地表水的補排關系,利用垂向滲漏公式,其計算公式為:

式中:G為單位長度渠道的滲漏量(cm3/s);k為土層滲透系數(cm/s);A1為系數,與B,H0和渠道邊坡系數m有關,其值查表可得;B為渠水面寬度(cm);H0為渠水深度(cm);L為渠段長度(cm)。

因為若羌河山口二級電站引水渠地層為卵石,稍密～中密,滲透系數為0.15 cm/s～0.23 cm/s,利用垂向滲漏公式對引水渠單位長度滲漏量計算,其結果見表1,由表1可知,引水渠地層屬強透水性地層,會造成引水渠水的大量滲漏損失,因此必須對引水渠道進行防滲措施處理。

引水渠沿線地層土壤粒徑小于0.075的顆粒含量為0.1%～0.3%,為卵石層,地下水埋深大于20.0 m,可不考慮土壤的凍脹性和地震液化。根據《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)附錄G“場地環境類型”中G0.1條的規定,確定渠線環境類型為Ⅲ類,通過試驗測得引水渠土壤的腐蝕性評價結果見表2。經過計算分析引水渠沿線土壤對混凝土結構無腐蝕性,對鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。

表1 引水渠單位長度滲漏量

表2 引水渠土壤腐蝕性評價

引水渠地層地下水埋深大于20.0 m,因此不考慮地下水對混凝土的腐蝕性,因此對地表水(若羌河河水)進行化學分析,分析結果見表3。根據生活飲用水衛生標準(GB5749-85)和中華人民共和國農田灌溉水質標準(GB5084-92),從表3可知地表水滿足發電、居民生活用水和農田灌溉用水的水質要求。

表3 地表水化學成份含量

3.3 泄水渠工程地質條件

泄水渠沿線處于若羌河洪積平原上,Ⅱ級階地平臺上,勘探深度5.0 m范圍內出露地層主要為第四系地層,地層內有灰色～灰白色卵石,最大厚度為5.0 m,顆粒呈圓狀或亞圓狀,骨架顆粒呈交錯排列,粒徑2 mm～50 mm,還有以花崗巖和石英巖為主要成分的漂石,硬度較高,礦物成分以長石、石英和云母為主,充填干～稍濕和稍密～中密砂土。

通過試驗可知泄水渠沿線土壤的不均勻系數Cu為36.7～40.9,曲率系數 Cc為 3.4～5.2,屬級配良好的土,承載力特征值 fak為300 kPa～500 kPa,滲透系數 k為0.19 cm/s,屬中強透水性,內摩擦角 φ為38°～45°,比重 Gs為2.7,最大干密度為2.21 g/cm3～2.33 g/cm3,最優含水率為5.52%～5.92%。根據土工試驗可知,泄水渠工程的地質屬級配良好的土,屬中強透水性的砂土,干密度大,最優含水率小,沒有地質災害。

3.4 泄水渠的工程地質條件評價

根據泄水渠道沿線的地下水埋深,地層巖性及地下水與地表水的補排關系,利用公式G=k(B+A1H0)對泄水渠垂向滲漏進行計算,泄水渠單位長度滲漏量計算結果見表4,由表4可知,泄水渠地層為卵石,稍密～中密,滲透系數為0.19 cm/s,屬強透水性地層,會造成泄水渠水的大量滲漏損失,因此必須對泄水渠道進行防滲措施處理。

表4 泄水渠單位長度滲漏量

泄水渠沿線地層土壤粒徑小于0.075的顆粒含量為0.3%～0.5%,該段地層為卵石層,地下水埋深大于20.0 m,可不考慮土壤的凍脹性和地震液化。根據《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)附錄G“場地環境類型”中G0.1條的規定,確定渠線環境類型為Ⅲ類,通過試驗測得泄水渠土壤的腐蝕性評價結果見表5。經過計算分析泄水渠沿線土壤對混凝土結構無腐蝕性,對鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。

表5 泄水渠土壤腐蝕性評價

4 結 語

(1)根據若羌河山口二級水電站引水渠的地質試驗,確定了引水渠的工程地質條件。利用垂向滲漏公式計算得引水渠單位長度滲漏量為1.19×10-2m3/s,引水渠沿線地層屬強透水性地層,滲漏損失較大,必須對引水渠道進行防滲措施處理。引水渠沿線土壤對混凝土結構無腐蝕性,對鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。從引水渠中引入的地表水滿足發電、居民生活用水和農田灌溉用水的水質要求。

(2)根據若羌河山口二級水電站泄水渠的地質試驗,確定了泄水渠的工程地質條件。利用垂向滲漏公式計算得泄水渠單位長度滲漏量為9.79×10-3m3/s,泄水渠沿線地層屬強透水性地層,滲漏損失較大,必須對泄水渠道進行防滲措施處理。泄水渠沿線土壤對混凝土結構無腐蝕性,對鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。

[1] 尤東華.塔里木盆地東南斷隆區若羌河油苗原始有機質沉積環境初探[J].中國西部油氣地質,2005,1(2):170-172.

[2] 乃尉華,張磊,曾勇剛.新疆若羌縣米蘭河沖洪積扇水源地地下水水質評價及保護對策[J].地下水,2006,28(1):40-42.

[3] 郭奕.新疆清(清水河)～若(若羌)公路(G218)天山鞏乃斯溝段的雪害及其防治[J].交通世界(建養.機械),2009,(7):149-150.

[4] 馬明國,宋怡,王雪梅.1973～2006年新疆若羌湖泊群遙感動態監測研究[J].冰川凍土,2008,30(2):189-194.

[5] 楊青,劉曉陽,崔彩霞,等.塔里木盆地水汽含量的計算與特征分析[J].地理學報,2010,65(7):854-861.