水库区典型水文地质问题主要包括水库渗漏问题、水库浸没问题、浸没型岩溶内涝问题、浸没性矿床充水问题、库岸斜坡地下水致灾作用、水库诱发地震问题、特殊水文地质景观问题等。
(1)水库渗漏问题。已经建成的水库表明,因渗漏问题引起失事的大坝占失事工程总数的40.5%。水利部对中华人民共和国成立20多年来全国241座大型水库发生的1000宗工程事故进行整理分类,其中渗漏事故(包括管涌)有317宗,占事故总数的37.1%。从含水介质角度,岩溶渗漏是当前最主要的水库渗漏,水库岩溶渗漏主要勘察方法有岩溶水文地质测绘、溶洞调查、物探、钻探、洞探、水文地质试验、岩溶地下水观测等。需要研究基于主控要素的渗漏类型、特征及识别、渗漏量估算,评价对工程的影响,提出综合对策措施。
(2)水库浸没问题。水库蓄水引起水库周边地带地下水壅高,地下水壅高可使毛管水抬升,当其上升高度达到建筑物地基或农作物和树木的根系,且持续时间较长时,将产生浸没问题。当多年平均降雨量大于蒸发量时,水库浸没一般表现为沼泽化问题;当多年平均蒸发量大于降雨量时,水库浸没一般表现为盐渍化问题。浸没对滨库地区的工农业生产和居民危害甚大。它可使农田沼泽化或盐渍化,农田作物减产;可使建筑物地基条件恶化甚至破坏,影响其稳定和正常使用;可造成附近矿坑充水,采矿条件恶化;可使铁路、公路发生翻浆、冻胀次生灾害。因此,浸没问题可能影响到水库正常高水位的选择,甚至影响到坝址的选择。对浸没问题,需要研究水文地质结构、地下水流动系统、影响水库浸没的关键控制因素、地下水致灾作用,预测评价农作物区土地沼泽化、盐碱化,建筑物区地基软化及沉降,提出对策措施建议。对浸没型岩溶内涝问题需要研究岩溶区水文地质结构及浸没型内涝分类、地下水作用机制分析,进行岩溶内涝灾害风险评价等;对浸没性矿床充水问题需要研究充水通道水文地质结构分析、充水矿床地下水致灾作用,进行矿床充水灾害风险评价等。
(3)浸没型岩溶内涝问题。我国南方的岩溶峰丛洼地或峰林谷地地区,发育众多的地下河系。每年汛期,地下河因当地暴雨而增大流量,由于岩溶管道断面所限使排泄受阻,通过岩溶谷地的天窗或消水洞涌出,淹没谷地中的农田,称为“内涝”。如果此时地表河流水位因上游来水而上涨,淹没了地下河出口,就会循地下河倒灌,顶托了地下河的排泄,发生所谓“两峰遭遇”(即雨量峰与水位峰同时出现),则内涝更加严重。如果在河流上建造水库抬高水位,使地下水排泄基准面相应升高。位于库岸边缘的一些高于水库正常蓄水位的岩溶谷地或洼地,虽不受水库直接淹没,但因库水通过岩溶管道产生回水顶托,使地下河水力坡降减小,地下水流速减缓,导致排泄能力降低,从而壅高地下水位,当达到洼地或谷地地面时就发生浸没、农田受涝现象,称为“浸没型岩溶内涝”。在一些溶蚀洼地、谷地和峰林平原,因水库蓄水或连续降雨条件下,地下岩溶管道排泄受阻,经常发生内涝。这使原本就少有的农田受淹,成为农村经济发展的障碍。因此有必要查明岩溶内涝灾害发生机理和分布特点,并据此提出灾害的防治措施。岩溶内涝灾害是岩溶地区特有的,并且是一种与岩溶生态环境和人类活动密切相关的灾害类型。
(4)浸没性矿床充水问题。矿床充水是指矿体尤其是围岩中赋存地下水的现象,这些地下水与其他水源在开采状态下导致矿坑的不间断涌水,将水源矿坑的途径称为充水通道,水源和通道一起构成了矿床充水的基本条件。在水库工程建设中,水库蓄水后,使得周围的地下水位抬升,含水层规模扩大,加之水库与矿区之间的地形地貌、水文地质条件,有可能因水库的兴建使得原本安全的矿区发生充水问题。矿床突水引起的突发性事故,不仅仅是经济上的损失。有相当一部分矿山的水害,是由勘探时水文地质条件不清楚、充水条件复杂性认识不足或矿井涌水量预测不准确而造成的。因此查明矿场水文地质条件及矿床充水机理对于矿山安全生产、降低开采成本、减少地质灾害等具有重要的理论和实际意义。(www.daowen.com)
(5)库岸斜坡地下水致灾作用。水对岸坡岩土体的作用主要表现为物理作用和化学作用。物理作用主要表现为润滑、软化、泥化作用以及对岸坡的冲磨、淘刷机械作用。润滑、软化和泥化作用反映在力学特性上,使岩土体的强度降低;冲磨、淘刷机械作用使岸坡岩土体遭到了细观或宏观变形破坏。化学作用主要是通过水与岩土体之间的离子交换、溶解作用(湿陷)、水化作用(膨胀)、水解作用、溶蚀作用等使岩土体的微观或细观结构发生变化,一般的化学作用越强烈,其岩土体的强度越容易降低。库水位的反复升降变化对岸坡岩土体产生的动水压力降低了岸坡土体的稳定性,如降低土体的抗滑力、动水压力沿边坡临空面产生的推力使下滑力增加等都可降低岸坡岩土体的稳定性。库岸斜坡地下水致灾作用需要研究库岸斜坡水文地质结构及破坏类型、地下水作用机制分析,进行库岸边坡稳定性评价并提出对策措施。
(6)水库诱发地震问题。因水库蓄水而诱使坝区、水库库盆或近岸范围内发生的地震,叫作水库诱发地震。水库诱发地震早在20世纪40年代就已提出,到了60年代世界上发生4例6级以上破坏性地震后才被人们所重视。我国发震水库有21例,最大震级是新丰江水库地震6.1级,参窝、丹江口和大化的水库地震分别是4.8级、4.7级和4.5级,其他水库地震震级均小于4.0级。我国已建坝高100m以上的水库有10座发震;库容大于20亿m3的水库有9座发震。对于水库地震问题,需要研究水库诱发地震的孕灾条件及控制要素、水库诱发地震机理、基于主控要素的水库诱发地震类型划分及特征识别,进行水库诱发地震灾害预测与防治对策。
(7)特殊水文地质景观问题。水库淹没区库水位的抬升,改变了库区地下水的水动力条件。对于水电工程而言,主要涉及温泉的改变和利用等问题,受深大导水断裂和区域型汇水褶皱控制,深部地下水具有远源补给,循环深、径流时间长的特点,因此具备矿化度、温度高的特点,显示其特殊的水资源价值。水库蓄水后淹没改变了其天然排泄方式,对依赖深部地下水带来的经济价值的周围居民,以及不能替代的人文景观都产生影响。已有学者对江娅水库、泸水电站、大岗山电站、建古水电站等温泉的形成机理,温泉的水化学特征进行了分析,并提出库水淹没对其影响,以及恢复处理措施。对于特殊水文地质景观问题需要进行模式划分,研究区域性汇水结构方式、混合特征演化特征研究、水流特征模型,进行水文地质景观问题评价。
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