[發明專利]一種巖溶地區防滲體滲透性評價水文地球化學模型

在審

• 申請號: 202210494581.3
• 申請日: 2022-05-07
• 公開（公告）號: CN114813510A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 余波;劉勝;鄭克勛;葉建龍
• 申請（專利權）人: 中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N33/18;G01D21/02
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 石誠

1.一種巖溶地區防滲體滲透性評價水文地球化學模型，其特征在于：對巖溶區多個工程的防滲體進行現場調查，對滲漏水取樣做水質檢測獲得各滲排水樣的水化學類型和pH值，同時獲得相應滲水試段防滲體厚度，幕前幕后水位或滲壓，幕后廊道環境中各滲漏水的滲流量、滲水面積，計算出滲透系數，再統計各滲排水樣的水化學類型、pH與滲透系數之間的對應關系，根據對應關系統計建立出不同水化學類型與防滲體滲透性分級對應簡表和不同滲透強度下的水文地球化學過程對應的水文地球化學模型，然后對目標工程待檢防滲體進行滲透性評價時，先檢測待檢防滲體幕后滲漏水樣的水化學類型和pH值，再與建立的“不同水化學類型與防滲體滲透性分級對應簡表和不同滲透強度下的水文地球化學過程對應的水文地球化學模型”進行對照，獲得目標工程待檢防滲體所處的滲透系數區間，快速判定出目標工程防滲帷幕相應部位的滲透性等級、滲流條件、可能的滲漏異常區域和滲漏介質特征，據此得到初步的滲漏處理意見。

2.根據權利要求1所述的巖溶地區防滲體滲透性評價水文地球化學模型，其特征在于：不同水化學類型與防滲體滲透性分級對應簡表和不同滲透強度下的水文地球化學過程對應的水文地球化學模型，其建立過程具體包括有以下步驟：

S1.現場調查、取樣和監測：對巖溶地區多個代表性工程防滲體幕后出水點進行現場調查，并取滲漏水水樣，記為A_n，同時獲得滲水試段對應的防滲體厚度，幕前幕后水位或滲壓，幕后廊道環境中各滲漏水的滲流量、滲水面積；

S2.獲得幕后滲漏水的水化學類型和pH值：將所采水樣A_n進行水質檢測分析，水質檢測的主要指標有：陽離子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺+K⁺；陰離子HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、CO₃^2-、OH^-；pH值，各水樣主要水質指標按舒卡列夫分類——順序命名法進行標示命名，即將水質檢測得到的各滲水樣的各離子濃度毫克當量百分數＞25％的陰陽離子進行組合，以濃度大小順序，按陰離子在前、陽離子在后進行排列，得到各滲漏水樣A_n的水化學類型記為F_n，滲漏水樣A_n的pH值記為pH_n；

S3.獲得滲漏水相應防滲體的滲透系數K：幕后滲漏水點防滲體有鉆孔壓水試驗數據的，采用壓水試驗透水率換算的滲透系數K_n，無鉆孔壓水試驗的，根據各滲水點防滲體厚度，幕前幕后水位或滲壓，幕后廊道環境中各滲水點的滲流量、滲水面積這些監測數據資料，根據達西定律v＝KI反算帷幕滲水區域的滲透系數；

計算步驟如下：

①通過公式計算出防滲體滲水區域的水力比降，

式中：

I——水力比降，無量綱；

H₁——幕前水位，單位m，可采用幕前鉆孔水位，或用庫水位代替；

H₂——幕后水位，單位m，可采用幕后廊道內的鉆孔水位，或用幕后滲壓監測資料換算；

B——帷幕厚度，單位m，可采用防滲體設計厚度，或用帷幕灌漿的排數估算；

②通過公式計算出防滲體滲水區域的滲流速度；

式中：

v——滲漏水流速，單位m/s；

Q——滲水區域內的滲流量，單位m³/s；

A——滲水區域面積，單位m²；

③通過公式計算防滲體滲水區域的滲透系數；

式中：

K——滲透系數，單位cm/s；

v——滲漏水流速，單位m/s；

I——水力比降，無量綱；

S4.滲透系數、水化學類型與pH對應關系統計：整理水樣A_n的水化學類型F_n、pH_n值及各滲水點對應試段的滲透系數K_n數據，統計各水化學類型、pH值與滲透系數之間的對應關系(F_n、pH_n、K_n),根據帷幕體滲透性強弱進行滲透系數區間劃分，對應劃分為“K≥1×10^-4cm/s、1×10^-5cm/s≤K＜1×10^-4cm/s、K＜1×10^-5cm/s”三個等級的區間范圍，從大到小分別為第一等級～第三等級。將(K_n、F_n)和(K_n、pH_n)對應關系按滲透系數區間進行歸類，除去異常數據，得到不同滲透系數區間范圍對應的主要水化學類型和主要pH區間范圍；

S5.不同滲透系數區間幕后滲水的水化學類型特征：根據(K_n、F_n)對應關系，對應三個滲透系數區間的幕后滲水水化學類型中的主要離子成分不同，其中對應滲透系數第一等級的水化學類型和幕前水質接近，其陰離子主要以HCO₃^-為主，SO₄^2-次之，陽離子以Ca²⁺、Mg²⁺為主；對應滲透系數第二等級的水化學類型其陰離子主要以SO₄^2-為主，HCO₃^-次之，陽離子以Ca²⁺、Mg²⁺為主；對應滲透系數第三等級的水化學類型變化復雜，出現Na⁺+K⁺增多、HCO₃^-濃度降低直至消失趨勢，按照水化學類型與pH對應的變化特征，將對應滲透系數第三等級的水化學類型分為兩大類，其中三-1類陰離子以SO₄^2-為主，水化學類型中開始出現CO₃^2-，HCO₃^-濃度降低；三-2類水化學類型的陰離子中均無HCO₃^-，其陰離子以SO₄^2-、CO₃^2-和OH^-為主，或以OH^-、CO₃^2-、SO₄^2-為主，陽離子均以Na⁺+K⁺和Ca²⁺為主；

S6.不同滲透系數區間幕后滲水的pH值特征：根據(K_n、pH_n)對應關系，對應三個滲透系數區間的幕后滲水pH值逐漸增大，其中對應滲透系數第一等級的pH值和幕前水接近，為7.0≤pH＜8.0；對應滲透系數第二等級的pH范圍為8.0≤pH＜9.0；對應滲透系數第三等級的pH值分兩大類，其中三-1類的pH范圍為9.0≤pH＜10.5；三-2類的pH范圍為10.5≤pH＜12.5；

S7.滲透性等級劃分：根據帷幕體滲透性強弱劃分的滲透系數區間，再結合《水利水電工程地質勘察規范》(GB50487-2008)中所示的巖土體滲透性分級對應的滲透性等級類型，對應三個滲透系數區間將滲透性等級劃分為強～中等透水、弱透水和微透水三個等級；

S8.滲透介質特征及處理建議劃分：根據(F_n、pH_n、K_n)對應關系，結合《水利水電工程地質勘察規范》(GB50487-2008)中所示的巖土體滲透性分級對應的巖體特征，對應三個滲透系數區間將滲透介質特征劃分為三個等級；根據前述各對應關系，再結合滲漏處理工程經驗，劃分出針對不同等級滲透系數、滲透性條件對應的三種處理建議等級；

S9.將S4～S8所示的各項對應關系進行整理統計，建立出不同水化學類型與防滲體滲透性分級對應簡表和不同滲透強度下的水文地球化學過程對應的水文地球化學模型。