岩溶洼地建库背景下水-气耦合试验相似材料研制

在岩溶洼地建库研究中,为研制出满足水-气耦合模拟试验所需的相似材料,以砂子、普通水泥、石膏为原料,设计了4组不同粒径级配的试验组。通过岩石低渗测试技术和核磁共振分析技术,分析了4组不同颗粒级配相似材料的渗透率、孔隙分布及逾渗特征。研究结果表明:在分形维数Df=1.68~2.31范围内,相似材料的渗透率随颗粒级配分形维数增加而线性增大。4组试样中,分形维数越大,则材料内孔隙总量越多,孔径分布越集中,对应的主控孔隙尺寸降低。随着分形维数的增大,灰度阈值升高,逾渗阈值降低,材料越容易发生逾渗。基于实测渗透率,建立了相似材料的渗透率计算模型,计算值与实测值吻合度较高。研究成果成功运用于岩溶洼地模型试验并取得显著效果,为进一步研究水-气作用提供了合适的试验材料。

水电站生态流量中的河道地下水补给需水计算

大坝建设拦断河流,可能造成下游减脱水,减脱水河道内要产生地表径流,首先应满足河道地下径流的补给需水要求。即首先将河道地下孔隙充满,地下水位抬升至河道表面,而地下水处于流动状态,是一个动态平衡过程。就NB/T 35091—2016《水电工程生态流量计算规范》中河道地下水补给需水计算部分,建立了一套河道地下水补给需水定量计算流程和方法,以马马崖一级水电站为例,进行了试算,可作为相关计算和研究的一个参考和借鉴。

地下水典型连通示踪模型的数值模拟

地下水连通示踪试验总是直接体现地层中强导水带(区)的介质和水动力特征,包括强导水带(区)的结构特征、地下水渗流速度和弥散度等。通过建立地下水连通示踪试验4类20个代表性的地质模型,并用V isualMODFLOW模拟它们的示踪剂运移过程及对模拟结果进行分析,总结出了地下水连通示踪试验的适用条件,给出了示踪剂使用量、观测周期的建议值,获得了地下水连通示踪曲线的一般规律,这对地下水连通示踪试验的实施及示踪成果的解译具有一定的指导意义。

多元连通示踪试验研究地下水流场的一个工程实例

地下水连通示踪试验是综合分析系统的介质场和势场特征来获取该系统天然流场水动力属性的示踪探测方法。文章介绍了同时使用氯化钠、碱性荧光红8B和钼酸铵3种不同性质的示踪剂(通常只使用单一的示踪剂)对贵州某重化工基地的喀斯特地下水流场实施的4次连通试验,试验较为成功地查清了该基地的喀斯特水文地质情况。该项试验复杂、范围大、精度高,可以视为多元连通示踪试验的一个典型范例。

窄巷口水电站左岸防渗线喀斯特渗漏管道探测研究

本文在系统整理研究窄巷口水电站已有勘察、试验成果的基础上,通过喀斯特地质分析,综合运用各种水文地质测试方法,包括水位观测、地下水温度、电导率测量和示踪试验等,研究库首坝址区左岸防渗线的地下水渗流场、温度场、电导率场等物理场,各物理场相互印证,并以物探和钻探等手段加以验证。在大量勘察、分析工作的基础上,掌握了左岸喀斯特发育的基本规律,查明了主要的渗漏管道的位置、规模和形态,为防渗堵漏处理提供了翔实的地质资料。

岩溶洼地抽水蓄能建库适宜性评价体系及目标优选

为解决岩溶洼地修建抽水蓄能电站选址的实际工程问题,利用DEM数据和ArcGIS平台自动提取岩溶洼地并进行属性分析和计算,开展岩溶洼地建库资源评价及上库库址优选研究。提出洼地坡度、库容、岩组类型、断层、水文地质、上下库竖直距离和距高比7个建库决策关键性影响因子,构建模糊综合评判模型和偏最小二乘通径模型,以生态保护红线和自热保护区为限制性因素,对研究区488个候选洼地进行初步筛选排序。研究结果表明,竖直距离、库容、距高比三个因素对选址决策起到关键性作用;应用GIS地图叠加技术能很好排除因环境因素限制的不可行站点。通过两种模型普选出的前10个优选洼地中共有6个吻合,一致性较好说明评价模型适用性强、评价结果可靠性高;优选出的洼地与指标体系的量化标准基本一致,在工程实例中得到了很好的验证,其中白水塘1#洼地最适合建设抽水蓄能电站。

洪渡河石垭子水电站主要地质特点和工程地质问题

洪渡河石垭子水电站位于贵州岩溶峡谷地区,电站规模较大,勘测周期短。从2004年2月预可研勘察开始至投产发电,仅用了6年半时间即完成一座大型水电站的建设,其中仅用3年时间完成前期勘察设计。电站地质条件复杂,经过周密勘察和地质分析,进行建坝成库论证,调整坝址、坝线和洞线布置,合理优化建基面,圆满解决了防渗、大坝抗滑稳定、高边坡和地下洞室稳定等问题。工程的成功经验可作为今后复杂岩溶峡谷地区水电水利建设的参考和借鉴。

纪村水电站防渗墙及铺盖区地下水渗流示踪分析

纪村水电站铺盖廊道扬压力观测值近年有增大趋势,2000年后当库水位超过54 m时,右无砂管排水量出现陡增,为此防渗墙和防渗铺盖的防渗性能受到特别关注。从物理化学示踪和地下水流速流向和垂向流的示踪看,防渗墙和铺盖的防渗性能总体是好的,但存在局部小的渗漏点。右无砂管排水量由通过防渗墙、防渗铺盖及斜墙伸缩缝入渗的库水和右土坝基岩中沿F16断层集中渗透的地下水组成,后者是右无砂管排水量的重要组成部分,占74.7%,同时也是铺盖廊道扬压力呈增大趋势的主要原因。今后防渗重点应该是对F16断层的处理。

基于Hoek-Brown方法的强度参数取值及水电工程应用与案例分析

西部水电工程普遍处于高应力和复杂地质环境下,强度参数取值受到岩性多样化、围压效应等因素的影响,引入和使用Hoek-Brown参数取值方法,有助于更好地服务于水电工程实践。对比了Hoek-Brown经验取值方法与水电经验取值方法,介绍了Hoek-Brown经验取值方法中与影响因素分别相关的岩性指标、地质强度指标独立参数的具体取值依据与实现过程,并阐述了与西部水电工程密切相关的实际应用方法,分别进行了锦屏二级水电站、锦屏一级水电站应用验证,证明了Hoek-Brown经验取值方法在西部水电工程中的高适应能力。

地下水碳酸平衡检查系统

文章主要研究地下水在不同温度和CO2 分压条件下碳酸三种存在形式与 pH值的关系 ,以便更有效地对地下水水质资料进行可靠性检查。分析认为HCO-3 出现峰值的分界 pH0 值 ,纯水在CO2 分压 1～ 1 0 5Pa,温度 0～ 30℃时的变化范围为 7 92～ 8 6 0 ,碳酸盐岩地下水的变化范围为 8 2 8～ 8 5 7。pH0 值随温度的升高而降低。石灰岩和白云岩的 pH0 十分接近 。

Hoek—Brown强度参数取值及水电工程应用方法对比研究

岩体强度和地应力之间的矛盾导致的应力型破坏在我国西部水电开发过程中比较普遍地出现,岩体强度参数取值因此成为西部水电工程实践中重要的环节之一,直接影响着工程问题的解决方案。针对我国水电行业岩体取值方法所考察因素与Hoek—Brown方法的差异,本文在论述岩性、围压条件、岩块破损对岩体强度参数取值影响的基础上,重点讨论了水电经验取值方法与Hoek-Brown经验取值方法的差异及其在西部复杂条件下的适用性。结论如下:(1)岩性、围压水平和破损特性对强度参数的影响不容忽视;(2)水电经验取值方法适用于低围压条件,在西部水电工程中适用性相对较差;(3)HoekBrown经验取值方法同时考虑了岩石材质、围压效应和破损效应的影响,既能实现中东部地区水电工程岩体力学参数取值经验的延续,也适用于西部水电工程的高应力环境和复杂地质环境。

基于活度计算的碳酸平衡研究

研究考虑活度情况下地下水开放系统在不同温度和CO2分压下碳酸的3种存在形式与pH值之间的关系。分析地下水中CO2分压为10～105Pa,温度为0～30℃变化时pH0的变化情况,发现在一定CO2分压下,pH0值随温度的升高而降低并趋于一个稳定的值。在一定温度下,pH0值随CO2分压的升高而降低。但不论地下水的温度和CO2分压如何变化,pH0=7 92～8 60。这些结论更符合地下水实际情况,更有利于对水分析资料的审查。

马家沟水库大坝渗漏示踪分析

从温度、垂向流和流向三个方面分析马家沟水库大坝河床段沥青混凝土心墙的渗漏情况。依据ZK6孔有强烈的流水声,坝体段温度示踪曲线与库水温度随深度增加而降低的规律完全一致,孔中以水平流为主,同时还存在向下的垂向流,得出了ZK6孔附近心墙发生了裂缝性渗漏;根据坝体内地下水流向异常状况,得出ZK7与ZK7 1之间、ZK7 2与ZK8之间的心墙上分别存在裂缝性渗漏部位的结论。

沸石-膨润土阻隔屏障阻控锰渣堆场氨氮污染

以沸石和膨润土为基础材料制备阻隔屏障,该文通过力学实验、渗透实验、微观表征、吸附实验、离心实验和数值模拟实验,探究阻隔屏障对锰渣堆场氨氮污染的阻控效果。结果表明:阻隔材料的最佳质量配比为沸石∶膨润土=3∶2,水泥质量占整个体系质量配比的50%;沸石的加入提升了阻隔材料的抗渗性能和力学性能,使其最小渗透系数达到2.049×10^(-10)m/s,最大抗压强度达到3.36 MPa;沸石让阻隔材料内部结构变得均匀且紧密,显著提升了阻隔材料对氨氮的吸附能力;阻隔材料对氨氮的吸附过程更符合准二级动力学模型和Freundlich模型,并且该吸附属于吸热过程;随着氨氮溶液的渗透,阻隔材料渗透系数呈现逐渐减小并稳定的趋势;利用Visual MODFLOW对氨氮在地下水中运移的过程进行数值模拟,经过5000 d后阻隔屏障仍未被击穿。沸石-膨润土阻隔屏障对锰渣堆场氨氮污染表现出了优异的阻控效果。

岩溶水库渗透破坏型渗漏勘察与评价

以重庆市南川区肖家沟水库蓄水多年之后库首右岸发生的岩溶渗漏为例,探讨了岩溶水库长期运行过程中防渗体系因高压渗透破坏产生的岩溶渗漏的勘察与评价方法。通过地质分析、渗漏历史调查、钻孔、水文地质测试、物探及连通试验等方法,查明了水库右岸岩溶渗漏的范围及原因。水库渗漏边界清晰,渗漏范围主要是右岸可溶岩区的630 m高程以上,防渗体渗透破坏是水库产生渗漏主要原因。其渗漏途径一是沿原封堵堵头的薄弱区域或溶洞封堵体周边发生渗透破坏产生新的通道向下游溶洞出口集中的渗出,二是穿过右岸防渗线绕过右岸坝肩后沿岩体溶蚀裂隙或管道汇入下游右岸岸坡溶洞集中的渗出地表。通过此工程实例,提出了岩溶水库防渗体渗透破坏型渗漏的勘察与评价方法,宜以历史资料分析为基础,初判渗漏成因及范围,采用勘探、试验及物探等多种手段进行验证,为防渗处理提供可靠依据。

基于碳同位素的水电站钙质析出物形成机制研究

根据自然界中碳与工程设施中碳组分的关系,碳的不同物理状态、化学存在形式和同位素组成,设计并进行室内和帷幕廊道的析出物模拟试验,室内防渗帷幕模拟渗透试验和帷幕廊道现场试验。将4类试验进行对比分析,并根据碳酸平衡和同位素分馏理论,研究白色钙质析出物成因和反应机理。通过追踪碳循环,得出水工建筑物或防渗帷幕廊道中白色钙质析出物最可能是混凝土或防渗帷幕遭受溶出型侵蚀作用的结果,碳酸盐类基岩对白色钙质析出物贡献不大。溶出型侵蚀产生的强碱性渗排水在渗流过程中较少参加碳循环反应,需流出暴露于空气,与空气中CO_2反应析出CaCO_3,并发生同位素分馏。

丽江黑龙潭地下水系统温度场特征研究

研究旨在通过地下水温度场的特征来推导岩溶泉域的地下水活动,并验证岩溶地下水系统划分的合理性,文章以黑龙潭岩溶泉域为例,采用对比分析等手段,对泉域地下水温度的时空变化特征进行研究,并探讨各变化特征的指示意义。结果表明:在空间分布上,泉域内地下水温与高程呈反比关系;在时间分布上,降雨作为引起地下水温度变化的主导因子,汛期补给区入渗增加后引起地下水温升高,同时大量的补给加快了地下水径流速度,致使排泄区地下水温降低。此外,还根据不同岩溶系统地下水温度场的差异性特征及其指示意义,验证了黑龙潭泉域系统划分具有合理性。

水文地球化学方法确定隧洞外水压力研究

介绍确定外水压力的水文地球化学方法,通过严格的现场试验,可以发现,在相同的水体或者同一地质单元中,地下水CO2分压与水头之间存在良好的线性关系,通过线性回归处理可得到与隧洞渗水处处于相同水文地质条件下的钻孔中不同水头与对应的CO2分压之间的方程,利用方程以及隧洞渗水处水体中的CO2分压即可反推出外水压力值。经陈村水电站廊道观测孔和句容抽水蓄能电站勘探平硐验证,这种方法是可行的。

地下水水位及水温对水库渗漏的影响

为准确查明岩溶地区水库地质条件和渗漏通道,通常采用地下水位特征和温度特征分析方法。分析水库坝址区地形地貌、地层岩性、地质构造等基本地质条件,在勘探过程中利用电子水位计和温度测试仪观测记录钻孔过程中内外管水位、终孔稳定水位和地表水、地下水温度,形成水位变化折线图和温度等值线图,结合基本地质条件综合分析地下水渗流特征和温度特征,找出异常区,查明主要渗漏通道,为水库防渗处理提供可靠依据,为岩溶地区水库渗漏勘察提供借鉴。

水电工程钻孔抽水试验的技术进展

水电工程钻孔抽水试验是一种在钻孔内进行的含水层原位渗透试验方法。随着近些年新工艺、新技术在抽水试验中的广泛应用,为了完善现有抽水试验内容,本文建议增加测试工具、岩溶地区抽水试验以及潜水含水层完整孔非稳定流抽水试验水位恢复法等方面内容。增加的内容在实际工程中进行了大量应用,并取得了较好的效果。