潮州供水枢纽工程水库渗漏分析

车林源

(广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635)

1 工程简介

潮州供水枢纽工程坝址位于韩江下游潮州市南郊江东洲岛头部的东溪、西溪分叉附近，由东溪闸坝和西溪闸坝组成。工程等别为1 等大型工程，为水源性供水枢纽工程，兼顾发电、改善航运、美化环境等作用。枢纽主要建筑物有拦河闸、发电厂房、通航船闸和两岸连接土坝等。

工程于2001年5月完成可行性研究，2001年10月完成初步设计，2002年7月进入施工阶段，至2006年7月建设基本完成。该工程是广东省首个建于8 度地震区、深厚软基上的大型水利枢纽工程，该工程为河道型水库，正常蓄水位10.5 m，相应库容4 900 万m3，较原河道水位抬升约6～7 m，蓄水后库水仍在原河道内，但部分地段水位高于两岸堤后地表，库水倒灌补给两岸地下水形成渗漏。

2 水库渗漏分析［1，2］

2.1 地形地貌

工程坝址位于韩江下游潮州市南郊江东洲岛头部(见图1)，正常蓄水位10.5 m 时，库区迴水至潮安归湖镇，长约21 km。库区地貌可划分为2 个单元:在坝址上游约11 km 的竹竿山以北为低山丘陵区，向南为韩江三角洲平原区。竹竿山以北河道两侧以低山丘陵为主，山顶高程一般为100～500 m，山体雄厚，库岸稳定，两岸地表水、地下水均补给河水。工程蓄水后，库水位仍在原天然河道之内，两岸地下水分水岭远高于库水位，不存在深切邻谷，库盆岩性为花岗岩，属非可溶岩层。因此，竹竿山以北库区不存在渗漏问题。竹竿山以南为韩江三角洲冲积平原，地面平坦开阔，地势较低，该段库区为平原河道型水库，河床高程约2～5 m，两岸以堤防挡水为主，建库前从竹竿山至枢纽坝址左岸已修筑有意东堤、东厢堤，右岸修筑有北堤、城堤、南堤，为广东仅次于北江大堤的第二大堤防。

意东堤长5.4 km，堤顶高程16.5～18 m，堤后为半封闭的山前平地，地面高程约11～9 m，宽1～2 km，后缘大部分被山体环绕，仅在东南端存在宽约200 m的狭小谷口。蓄水前靠近意东堤附近的部分地表水、地下水汇入韩江，后缘靠山附近分布有一条意溪河，主要是拦截山上流出的地表水，附近的地表水汇入意溪河，意溪河向东南通过谷口流向库外下游。

东厢堤—东溪坝址处长约3.3 km，堤顶高程14～15.3 m，堤后为大片农田区，地面高程约8～7 m，地势由堤脚向东南倾斜，地表水亦向东南排泄，东南侧与坝址下游相连。

北堤长2.8 km，堤顶高程17.5～18 m，堤后为潮州市郊，地面高程约10～8.5 m，地势由堤脚向西南倾斜，地表水向亦向西南排泄。

城堤长约2.3 km，堤顶高程16～17 m，堤前分布有宽约50～60 m 的阶地，地面高程约13～14 m，堤后为潮州市区，从堤脚向城内地势逐渐降低(向西倾斜)，地面高程由12～13 m 逐渐降至7～8 m，地表水向西南排泄。

南堤—西溪坝线长约3.1 km，堤顶高程14.6～16.5 m，堤后为潮州市区及南郊，地面高程约10～8 m，地势由堤脚向西倾斜，地表水向西排泄。

图1 枢纽工程位置图Fig.1 Location drawing of key project

水库正常蓄水位比堤后地面高，库水将通过堤基向堤内渗漏。意东堤后为相对封闭的山前小平地，地表水、地下水排泄不畅，水库蓄水后渗漏有限，主要是产生浸没影响;其它堤段堤后为广袤的平原，地表水系较发育，地下水排泄较畅顺，是水库蓄水后主要渗漏段，下面主要对这些堤段从地层岩性组成、水文地质条件等方面进行分析，估算各堤段渗漏量。

2.2 地层岩性

竹竿山以南库区堤围堤基大部分分布深厚的冲积层，厚约27～95 m，由冲积粘性土、淤泥质土、冲积砂组成，根据形成时代先后顺序，从上往下划分为5 个大层，即:①层、②层为alQ34 河流相冲积层，③层为m +alQ24海陆交互相沉积层，④层为alQ14河流相冲积层，⑤层为alQ33河流相冲积层。其中，①层主要为新近形成的粉细砂—中粗砂;②层根据物质组成细分为:②-1 层灰黄色粉质粘土、粘土，②-2 层中细砂—中粗砂;③层主要为淤泥质土夹淤质粉细砂;④层根据物质组成细分为:④-1 层灰黄色粉质粘土、粘土，④-2 层细砂—中粗砂，④-3 层砂卵砾石层;⑤层主要为含卵石砾砂层。基岩主要为侏罗系凝灰岩、砂质页岩，白垩系含砾凝灰质粉砂岩及少量花岗岩。基岩面分布高程约－3～－90 m，埋深约27～90 m，由北向南倾斜。

堤基第四系地层深厚，从北向南逐渐增厚，厚度20～95 m，由于地处三角洲头部，第四系地层组成复杂多变，归纳各堤段第四系地层结构组成，主要有图2-图5 四种。

第一种结构型式为“砂—粘—砂”(见图2)，第一层为①层及②-2 层砂，与河床砂层相连通，水力联系密切，是产生渗漏主要地层;第二层为③层的淤泥质土及④-1 层灰黄色粉质粘土、粘土，河床及堤后均广泛分布，为相对隔水层;第三层为④-2、④-3、⑤层砂，砂层上覆较厚粘性土层，埋藏较深，与库水联系较弱，为承压含水层，通过该层产生的渗漏较少。

第二种结构型式为“粘—砂—粘土—砂”(见图3)，第一层为②-1 层灰黄色粉质粘土、粘土，较薄，为相对隔水层;第二层为②-2 层砂，分布广，河床与堤后均有分布，与水库水力联系密切，是产生渗漏主要地层;第三层为③层的淤泥质土及④-1 层灰黄色粉质粘土、粘土，较厚，河床及堤后均广泛分布，为相对隔水层;第四层为④-2、④-3、⑤层砂，砂层上覆较厚粘性土层，与库水联系较弱，埋藏较深，为承压含水层，通过该层产生的渗漏较少。

图2 砂—粘—砂型式Fig.2 Form of sand-clay-sand

图3 粘—砂—粘—砂型式ig.3 Form of clay-sand-clay-sand

图4 砂—粘—砂—粘—砂型式Fig.4 Form of sand-clay-sand-clay-sand

图5 粘—砂型式Fig.5 Form of clay-sand

第三种结构型式为“砂—粘—砂—粘土—砂”(见图4)，第一层为①层中细砂，堤基表层，与河床砂层相连通，水力联系密切，是产生渗漏主要地层;第二层为②-1 层灰黄色粉质粘土、粘土，较薄，为相对隔水层;第三层为②-2层砂，分布广，河床与堤后均有分布，水力联系密切，是产生渗漏主要地层之一;第四层为③层的淤泥质土及④-1层灰黄色粉质粘土、粘土，河床及堤后均广泛分布，为相对隔水层;第五层为④-2、④-3、⑤层砂，砂层上覆较厚粘性土层，与库水联系较弱，为承压含水层，渗漏较小。

第四种结构型式为“粘—砂”(见图5)，第一层为②-1 层灰黄色粉质粘土、粘土，③层的淤泥质土及④-1层灰黄色粉质粘土、粘土，厚度大，为相对隔水层;第二层为④-2、④-3、⑤层砂，砂层上覆粘性土层较厚，与库水联系较弱，为承压含水层，渗漏较小。

以上地层组成中的①层及②-2 层砂与河床砂层直接相连，库水主要通过这两层砂层产生渗漏;④-2、④-3、⑤层砂上覆较厚的粘性土层，与库水联系较弱，渗漏量较小。因此，第一种、第二种、第三种地层结构类型为主要渗漏段，第四种地层结构渗漏较小。

2.3 水文地质条件

水库蓄水后，在竹竿山以南库水位大多高于两岸堤后地面，并且两岸地势呈“扇”形向外倾斜，库水补给两岸地下水，两岸地下水向远处河流及枢纽下游排泄。经现场抽水、注水及取样试验，各土层渗透系数见表1。

表1 土层渗透系数值表Table 1 Permeability value table of soil layer

3 渗漏量估算

因为两岸均为冲积平原，透水层厚度基本稳定，采用公式:

式中:Q 为渗漏量(m3/d);B 为渗漏段宽度(m);K 为渗透系数(m/d);H1为正常蓄水位(m);H2为排泄出露水位(m);M 为透水层平均厚度(m);L 为渗径长度(m)。

意东堤后区被环山包围，仅于南东端存一小河沟流出，而且地形稍高，其渗漏量较小，本文不对其渗漏计算。其余各堤段主要通过①层、②-2 层砂产生渗漏，其中东厢堤向东、南方向约2 km 的北溪及东溪渗漏，北堤向西南方向约1.5 km 的西湖渗漏，城堤、南堤向西侧约3 km 的河沟渗漏，北堤、城堤、南堤渗水最终汇入枫溪河，分别以上述地表水体为渗漏计算边界，各堤段参数取值及渗漏量计算见表2。

4 渗漏影响评价

(1)各堤合计渗漏损失量约为34 993(m3/d)，仅占水库日平均来水量的0.32%，渗漏量对库容影响不大，水库可以正常蓄水。

(2)渗漏容易在堤后产生管涌或流土破坏，降低堤土的强度，容易导致堤坡失稳滑塌，须对堤防进行防渗加固处理。

表2 各堤段参数取值及渗漏量估算表Table 2 Each parameter value and estimate table of leakage

(3)渗漏致使两岸地下水位升高，堤后附近低洼地易产生浸没，须对堤基进行防渗及堤后排水处理，消除、降低堤后浸没影响程度。

5 防渗处理

为防止水库渗漏及其产生的危害，对库区堤防进行了防渗加固处理。防渗措施为:堤身迎水面采用混凝土面板铺盖防护至正常蓄水位0.5 m 以上;对堤基采用多轴深搅等厚薄防渗墙及高压定喷防渗墙进行截渗，主要对第一、二、三种地层结构进行防渗处理，防渗墙深入②-2 下部的粘性土层(即③层淤泥土及④-1 层粉质粘土)，将上部①层、②-2 砂层与库水的联系截断;为了保证防渗效果，也对第四种地层结构堤基表层进行了防渗处理(见图2-图5)，有利于防渗墙连续性，同时也防止堤身填土与堤基间产生接触渗漏。

枢纽于2005年9月29 日开始蓄水，监测资料显示，经过防渗处理后，截渗效果明显，堤后未见出现大的渗漏及渗透破坏现象。说明渗漏计算分析正确，防渗处理方案及措施科学合理。

6 结语

潮州供水枢纽工程是广东省首个建于下游三角洲平原河道软基上的大型水库工程，竹竿山以南库区是由两岸堤防围成，蓄水后大部分库水位高于两岸地面，水库蓄水后将通过堤基向外产生渗漏，在堤后产生渗透破坏和较严重的浸没。本文主要从地形地貌、地层岩性、水文地质条件等方面分析了水库产生渗漏的主要地层和部位，分析研究堤基地层结构组成及其水文地质特征，通过渗透计算分析，提出有针对性的防渗处理方案和措施，工程运行7年，证明防渗处理是成功的，对类似工程有一定借鉴意义。

［1］广东省水利电力勘测设计研究院.潮州供水枢纽工程可行性研究报告［R］.广州:广东省水利电力勘测设计研究院，2001.

［2］广东省水利电力勘测设计研究院.潮州供水枢纽工程初步设计报告［R］.广州:广东省水利电力勘测设计研究院，2002.