承压水是充满于两个隔水层之间的含水层中的地下水,传统认识上形成承压水的埋藏条件是上下均有隔水层,中间是透水层,其次是水必须充满整个透水层;承压含水层的顶面承受静水压力是其基本特点(张人权等,2011)。承压水充满在两个隔水层之间,补给区位置较高而使该处具有较高的势能,由于静水压力传递的结果,使其他地区的承压含水层顶面不仅承受大气压力和上覆岩土的压力,而且还承受静水压力,其水面不是自由表面。补给区位置一般较高,通过含水层出露地表接受补给,补给区地下水表现为潜水类型,水由补给区进入承压区,受隔水层限制,通过静水压力的传递,使含水层充满水,补给区往往小于分布区。潜水受重力影响,具有一个自由水面(即随潜水量的多少上下浮动),一般由高处向低处渗流。承压水受隔水顶板的限制,承受静水压力,有一个受隔水层顶板限制的承压水面和一个高于隔水层顶板的承压水位(即补给区和排泄区水位的连线)。承压水是由静水压力大的地方流向静水压力小的地方。此类型承压水主要分布于:①堆积平原冲、洪积含水层;②山间盆(谷)地冲积含水层;③沿海地带滨海平原冲、海积层(秦夏强,2008)。基岩自流盆地中的承压水如图5.1所示。
图5.1 基岩自流盆地中的承压水
图5.2 区域深循环地下水流在排泄端峡谷河床出现的“承压”现象
Hubbert通过地下水流体势的数学分析得出的河间地块示意流网,第一个明确指出无压地下水存在垂直运动,在排泄区地下水表现为上升水流。TÓth在此基础上,形成地下水流系统理论,并被广大学者接受与认可。区域地下水流经深循环流向排泄区,在深切河谷地带地下水出溢之前其总势能都大于位置势能,甚至大于局部地下水流系统水位或河水位,具有较大的压强势能,这样,当钻孔深入到这些具有区域水流的介质中,钻孔中就会出现“承压水”现象,其实这不完全是承压水,而是地下水流动系统排泄端的上升水流;并且在这些深切峡谷地段钻进,随着钻孔深度增大孔内地下水位会不断抬升,这是因为河谷排泄区深度越大,地下水总势能会越高。同样,在盆地地下水流系统中,区域地下水流系统排泄区往往伴生耐碱植被、盐湖、肥皂孔、自流井的分布,区域地下水流上升排泄端在承压性、水化学、温度等方面均与潜水有明显区别(梁杏等,1991;蒋小伟等,2013)。如图5.2所示。(www.daowen.com)
当岩体中发育的裂隙稀疏而不均匀时,导水裂隙相互隔绝或仅局部连通,构成若干个独立的含水裂隙系统。储存于其中的地下水不构成统一的整体,缺乏统一水位,属脉状裂隙水。当钻孔揭露到这种脉状裂隙带时,孔内会出现自流“承压水”现象,其实这是一种“假承压”现象,不是真正的所谓承压含水层中的承压水。裂隙介质中所谓的承压水多属此类脉状水的假承压,如图5.3所示。
其中水电工程枢纽区承压水问题,是工程水文地质问题中较为特殊的一类,并且在峡谷坝区钻孔勘探中较为常见。目前的研究手段一般局限于传统的地质方法进行定性分析,对承压水含水介质及水流系统定量化或半定量化研究不多见。
图5.3 峡谷区裂隙水假承压模式图
在官地水电站枢纽区玄武岩中发育两层承压水,储存于裂隙密集带内,承压水含水层与隔水顶底“板”渗透性差异大;上下层承压水水化学、同位素之间差异明显,两层承压水流量、水头均为衰减过程,对坝基稳定性及防渗造成一定影响(许模等,2000;胡瑾等,2000)。沙湾电站坝基泥质白云岩中发育承压水,储存于向斜核部及其附近地层拉张裂隙带内,上部受泥质白云岩阻隔,成脉状承压水,承压水与河水、潜水水化学、同位素之间差异明显,承压水流量在可研与施工期间变化不大,无衰减过程,承压水对围堰基坑涌水及坝基安全造成危害(成体海等,2008;秦建等,2013)。江垭水库坝址区下伏岩层由隔水与含水岩层互层构成,江垭向斜内部存在深循环承压热水的含水层。该层在江垭向斜下游南翼出露地面接受大气降水补给,通过向斜轴部的深循环,在其北翼大坝上游娄水河谷排泄,出露承压热水,初步分析承压热水为坝区岩体抬升主要原因,对枢纽区建筑物存在潜在威胁(王兰生等,2007)。铜街子坝区玄武岩中所发育承压水受应力释放型浅生时效变形构造影响,储存在缓倾角断层与近水平层间错动带组合内,坝基岩体渗透性不均匀,存在强弱更迭现象,承压水与潜水水化学组分、温度差异明显(张伯华,1992)。其培坝区河床断层带附近揭露自流井,勘察表明在垂向上存在不同的承压含水带,伴有气体逸出;承压水主要储存于花岗片麻岩碎裂带内,其流量与降水、地表水联系不明显,水化学差异较大。承压水具低温热水特征,水头及流量较为稳定,受相对隔水的河床覆盖层阻隔,形成承压富水带(李晓等,2012;邓争荣等,2012)。溪洛渡巨型水利工程枢纽区在河谷底部发现存在两种性质的承压水,一种为裂隙不均匀导致假承压的局部水流系统;另一种为构造盆地内区域水流系统的高温承压水(梁杏等2002;周志芳等,2003)。
从上述实例可以看出,目前峡谷区承压水成因较为复杂,承压水化学组分及温度表现特殊,成因多为上文3种机制或其组合形成。承压水对河谷区水电工程中坝基的稳定性、混凝土的侵蚀作用等方面造成不利影响。
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