一种岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球化学模型制造技术

本发明专利技术公开了一种岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球化学模型，对岩溶区多个工程的防渗体进行现场调查、取样，获得各渗水样的水化学类型和pH；根据防渗体厚度，帷幕前后水位，幕后渗流量、渗水面积等计算渗透系数，再统计各水样水化学类型、pH与渗透系数之间的对应关系，根据对应关系建立不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表和不同渗透强度下的水文地球化学过程对应的水文地球化学模型。对目标工程待检防渗体进行渗透性评价时，将幕后水样的水化学类型和pH，对照建立的防渗体渗透性分级对应简表和水文地球化学模型，可快速获知待检防渗体的渗透系数区间、渗透性等级、渗流条件、渗漏介质特征及初步处理意见等，有效评价防渗帷幕的防渗效果。防渗帷幕的防渗效果。

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球化学模型


[0001]本专利技术涉及一种防渗体渗透性评价水文地球化学模型,特别是一种岩溶地区水库大坝防渗帷幕渗漏评价水文地球化学模型。

技术介绍

[0002]防渗体是水库、矿井和市政工程等地下堵漏、防渗或隔水的重要工程设施，包括防渗帷幕、防渗墙等。例如：水库所在库岸分水岭单薄，在坝基、坝肩及地下厂房等洞室周边的渗流敏感地段，通常需要设置灌浆防渗帷幕，以有效减少库水渗漏，降低对大坝及地下厂房等建筑运行带来的不利影响。防渗帷幕设计的渗透系数一般为10
‑5cm/s量级，建成后的防渗帷幕仍具有一定渗透性，受地质体结构特征、灌浆工艺、防渗材料(主要为水泥)等的影响，尤其是岩溶地区发育岩溶管道、溶蚀裂隙等防渗处理难度大，防渗帷幕施工往往存在一定缺陷，成为帷幕的薄弱环节，后期存在渗漏可能。
[0003]经过帷幕体的渗透水流具有特殊的水文地球化学响应过程,防渗帷幕水泥灌浆材料形成的水泥结石中富含Ca(OH)2，在具有较强溶解性且持续不断的地下水(库水)渗透作用下，帷幕浆液结石中的Ca(OH)2将发生溶出型侵蚀，并与地下水中的HCO3‑
等离子成分发生反应，造成幕后地下水的水质相比幕前地下水水质发生部分离子减少，部分离子成分集聚，即发生水质改变，不同程度的水质类型可以反映帷幕的不同渗透性特征。
[0004]目前，防渗体的防渗效果(渗透性)评价主要依据渗透系数(透水率)指标来进行。采用压水试验、振荡试验等方式获取渗透系数的方式较为直接、可靠，但耗费巨大，勘探测试孔的数量较少，控制范围有限，且工期较长。采用化学动力学可以计算帷幕的渗透系数，即幕后渗水点取样检测后，对水样的离子成分饱和指数进行分析计算，从而获得相应渗透系数，其数据易获取，缺点是渗透水水化学成分中的化学离子众多、络合物成分结构复杂，计算过程较为复杂且影响因素众多，往往导致结果不稳定。因此，找到一种可综合利用现有渗流渗压监测成果、水化学分析测试成果，形成一套以水化学类型为主要判据的岩溶地区防渗体渗透性分析评价方法，将具有重要的应用意义。
[0005]在现有理论及技术体系中，针对水化学类型及地下水循环条件，不同研究人员及高校、科研院所建立了多种针对开启或封闭条件下的天然地质条件下的水文地球化学模型，但针对天然地质条件叠加人工防渗体系的地下水渗流体系，例如水库大坝防渗帷幕等的有限渗流场范围内的水文地球化学模型，目前未见有系统的研究成果，亦未见在防渗体渗透性评价中的应用。

技术实现思路

[0006]防渗体是水库、矿井和市政工程等地下堵漏、防渗或隔水的重要工程设施，工程防渗体主要采用以水泥为主的材料。对防渗帷幕水泥灌浆材料形成的帷幕体结构，如图2所示，上游为水库，下游为尾水，大坝坝基内设置灌浆廊道，廊道设置防渗帷幕，幕后设置排水孔。幕体中水泥结石富含Ca(OH)2，具有较强的溶解性。岩溶地区的幕前地下水(库水)的主
要离子成分一般以Ca
2+
、Mg
2+
、Na
+
+K
+
等阳离子和HCO3‑
、SO
42
‑
、Cl
‑
等阴离子为主。在持续不断的地下水(库水)渗透作用下，帷幕浆液结石中的Ca(OH)2将发生溶出型侵蚀，并与地下水中的Ca
2+
、HCO3‑
等离子成分发生反应，反应过程如下：
[0007]Ca(OH)2→
Ca
2+
+2OH
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0008]Ca
2+
+OH
‑
+HCO3‑
→
CaCO3↓
+H2O
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0009]幕体渗透性强弱随上述水文地球化学过程反应强度有所不同。本专利技术主要针对以下两种情况：如果幕体所在岩体本身渗透性强，但吸浆量小，灌浆效果差，岩体中充填的水泥结石少，形成的帷幕渗透性强，渗流快，幕后地下水和幕前地下水水质几乎不存在明显的改变。
[0010]如果幕体所在岩体本身渗透性强，且吸浆量大，灌浆效果好，幕体中的水泥结石丰富，形成的帷幕渗透性弱，地下水通过幕体的渗透持续时间长，上述水文地球化学作用充分，幕后地下水与幕前地下水的水质相比，HCO3‑
、Ca
2+
和Mg
2+
将减少，生成CaCO3沉积于幕体或幕后，幕前地下水不断补给的溶解度较大的Na
+
+K
+
、SO
42
‑
等离子成分逐渐集聚，浓度增大，随着HCO3‑
进一步减少，甚至消失，Ca(OH)2继续溶解，将产生游离OH
‑
，其浓度逐渐增加，pH值逐渐升高，因为碳酸平衡关系，将出现游离的CO
32
‑
离子。不同的帷幕灌浆效果，不同的帷幕渗透性，上述水文地球化学过程反应程度的不同，将产生不同程度的水质改变，形成不同水化学类型的幕后渗流水，因此不同的水化学类型可以反映帷幕的不同渗透性特征。
[0011]本专利技术的目的是根据上述原理和大量岩溶地区防渗体实际观测资料建立一种应用于岩溶地区防渗体渗透性评价的水文地球化学模型，即根据防渗体地下水有限渗流场范围内不同渗透强度下幕后渗漏水流的水文地球化学过程对应的地下水水质、pH值等指标与防渗体渗透系数等级的对应关系统计，建立不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表和不同渗透强度下的水文地球化学过程对应的水文地球化学模型。在对防渗体渗透性评价应用时，先检测待检防渗工程幕后渗漏水(钻孔水)的水化学类型和pH值，再对照建立的防渗体渗透性分级对应简表和水文地球化学模型，可快速获得待检防渗区域所处渗透系数区间，进行渗透性分析，有效评价防渗体的防渗效果，并提出初步处理建议。
[0012]本专利技术的技术方案：一种岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球化学模型，对岩溶区多个工程的防渗体进行现场调查，对渗漏水取样做水质检测获得各渗排水样的水化学类型和pH值，同时获得相应渗水试段防渗体厚度，幕前幕后水位或渗压，幕后廊道环境中各渗漏水的渗流量、渗水面积，计算出渗透系数，再统计各渗排水样的水化学类型、pH与渗透系数之间的对应关系，根据对应关系统计建立出不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表和不同渗透强度下的水文地球化学过程对应的水文地球化学模型，然后对目标工程待检防渗体进行渗透性评价时，先检测待检防渗体幕后渗漏水样的水化学类型和pH值，再与建立的“不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表和不同渗透强度下的水文地球化学过程对应的水文地球化学模型”进行对照，获得目标工程待检防渗体所处的渗透系数区间，快速判定出目标工程防渗帷幕相应部位的渗透性等级、渗流条件、可能的渗漏异常区域和渗漏介质特征，据此得到初步的渗漏处理意见。
[0013]前述的岩溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球化学模型，其特征在于：对岩溶区多个工程的防渗体进行现场调查，对渗漏水取样做水质检测获得各渗排水样的水化学类型和pH值，同时获得相应渗水试段防渗体厚度，幕前幕后水位或渗压，幕后廊道环境中各渗漏水的渗流量、渗水面积，计算出渗透系数，再统计各渗排水样的水化学类型、pH与渗透系数之间的对应关系，根据对应关系统计建立出不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表和不同渗透强度下的水文地球化学过程对应的水文地球化学模型，然后对目标工程待检防渗体进行渗透性评价时，先检测待检防渗体幕后渗漏水样的水化学类型和pH值，再与建立的“不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表和不同渗透强度下的水文地球化学过程对应的水文地球化学模型”进行对照，获得目标工程待检防渗体所处的渗透系数区间，快速判定出目标工程防渗帷幕相应部位的渗透性等级、渗流条件、可能的渗漏异常区域和渗漏介质特征，据此得到初步的渗漏处理意见。2.根据权利要求1所述的岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球化学模型，其特征在于：不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表和不同渗透强度下的水文地球化学过程对应的水文地球化学模型，其建立过程具体包括有以下步骤：S1.现场调查、取样和监测：对岩溶地区多个代表性工程防渗体幕后出水点进行现场调查，并取渗漏水水样，记为A
n
，同时获得渗水试段对应的防渗体厚度，幕前幕后水位或渗压，幕后廊道环境中各渗漏水的渗流量、渗水面积；S2.获得幕后渗漏水的水化学类型和pH值：将所采水样A
n
进行水质检测分析，水质检测的主要指标有：阳离子Ca
2+
、Mg
2+
、Na
+
+K
+
；阴离子HCO3‑
、SO
42
‑
、Cl
‑
、CO
32
‑
、OH
‑
；pH值，各水样主要水质指标按舒卡列夫分类——顺序命名法进行标示命名，即将水质检测得到的各渗水样的各离子浓度毫克当量百分数＞25％的阴阳离子进行组合，以浓度大小顺序，按阴离子在前、阳离子在后进行排列，得到各渗漏水样A
n
的水化学类型记为F
n
，渗漏水样A
n
的pH值记为pH
n
；S3.获得渗漏水相应防渗体的渗透系数K：幕后渗漏水点防渗体有钻孔压水试验数据的，采用压水试验透水率换算的渗透系数K
n
，无钻孔压水试验的，根据各渗水点防渗体厚度，幕前幕后水位或渗压，幕后廊道环境中各渗水点的渗流量、渗水面积这些监测数据资料，根据达西定律v＝KI反算帷幕渗水区域的渗透系数；计算步骤如下：
①
通过公式计算出防渗体渗水区域的水力比降，式中：I——水力比降，无量纲；H1——幕前水位，单位m，可采用幕前钻孔水位，或用库水位代替；H2——幕后水位，单位m，可采用幕后廊道内的钻孔水位，或用幕后渗压监测资料换算；B——帷幕厚度，单位m，可采用防渗体设计厚度，或用帷幕灌浆的排数估算；
②
通过公式计算出防渗体渗水区域的渗流速度；式中：v——渗漏水流速，单位m/s；
Q——渗水区域内的渗流量，单位m3/s；A——渗水区域面积，单位m2；
③
通过公式计算防渗体渗水区域的渗透系数；式中：K——渗透系数，单位cm/s；v——渗漏水流速，单位m/s；I——水力比降，无量纲；S4.渗透系数、水化学类型与pH对应关系统计：整理水样A
n
的水化学类型F
n
、pH
n
值及各渗水点对应试段的渗透系数K
n
数据，统计各水化学类型、pH值与渗透系数之间的对应关系(F
n
、pH
n
、K
n
),根据帷幕体渗透性强弱进行渗透系数区间划分，对应划分为“K≥1
×
10
‑4cm/s、1
×
10
‑5cm/s≤K＜1
×
10
‑4cm/s、K＜1
×
10
‑5cm/s”三个等级的区间范围，从大到小分别为第一等级～第三等级。将(K
n
、F
n
)和(K
n
、pH
n
)对应关系按渗透系数区间进行归类，除去异常数据，得到不同渗透系数区间范围对应的主要水化学类型和主要pH区间范围；S5.不同渗透系数区间幕后渗水的水化学类型特征：根据(K
n
、F
n
)对应关系，对应三个渗透系数区间的幕后渗水水化学类型中的主要离子成分不同，其中对应渗透系数第一等级的水化学类型和幕前水质接近，其阴离子主要以HCO3‑
为主，SO
42
‑
次之，阳离子以Ca
2+
、Mg
2+
为主；对应渗透系数第二等级的水化学类型其阴离子主要以SO
42
‑
为主，HCO3‑
次之，阳离子以Ca
2+
、Mg
2+
为主；对应渗透系数第三等级的水化学类型变化复杂，出现Na
+
+K
+
增多、HCO3‑
浓度降低直至消失趋势，按照水化学类型与pH对应的变化特征，将对应渗透系数第三等级的水化学类型分为两大类，其中三
‑
1类阴离子以SO
42
‑
为主，水化学类型中开始出现CO
32
‑
，HCO3‑
浓度降低；三
‑
2类水化学类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：余波，刘胜，郑克勋，叶建龙，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：