陕西镇安抽水蓄能电站上库区岩溶渗漏研究

论文摘要

近十几年来,随着中国国民经济的高速发展,中国抽水蓄能电站的建设与发展也日益迅速,在这期间取得了很大成绩。抽水蓄能电站是既能抽水又能发电的水电站。它具有上下水库,充分利用电力系统中某时段多余的电能,把下水库的水抽到上水库内,以势能的形式蓄能,电力系统需要时再从上库放水至下库进行发电。抽水蓄能电站为中国的水电能源发展贡献了巨大的力量,而在复杂地质环境条件下的岩溶地区建设抽水蓄能电站的可行性和安全性评价愈来愈受到重视。拟建的陕西镇安抽水蓄能电站站址位于镇安县西北约47km与宁陕县交界处,北距宁陕县约40km。电站分为上下两库,其中上库一期位于月河右岸支沟—金盆沟,库容1000×104m~3,正常蓄水位1390m,该电站总装机容量2400MW;由于岩溶地区地质条件复杂,属于不良地质体,有必要对拟建的镇安抽水蓄能电站工程上水库岩溶库区的安全性和稳定性条件进行研究。上库二期和下水库都处在侵入岩地带,地质条件较好,因此本文主要对上水库一期做出详细的岩溶渗漏分析。本文从研究区地质环境条件出发,调查了岩溶区域地下水系统的水文地质条件及其水动力特征,查明地表和地下岩溶发育程度及规模,对可溶岩溶蚀的主要分布规律做出总结,评价了岩溶介质的空间渗透性展布特征,在此基础上对可能存在的地下岩溶通道和不同渗漏模式进行分析,研究库坝区可能出现渗漏的不同部位,再通过利用modflow软件进行库区数值模拟,计算出其可能渗漏部位的危险性及库水渗漏量,从而更进一步评价岩溶水库渗漏的影响。论文主要的研究成果有以下几个方面:(1)对研究区的地形地貌、地层岩性、地质构造、区域构造稳定性及岩溶水文地质条件进行了调查、分析,对库区的工程水文地质条件进行了研究。(2)在对研究区内岩溶发育规模、发育程度及分布特征分析的基础上,结合室内实验成果,对岩溶形成机理及溶蚀的分布规律进行了研究,着重分析了地下岩溶介质的溶蚀情况及其水文地质特性,阐明了岩溶介质在库坝区形成岩溶渗漏通道的可能性。(3)通过对研究区岩体钻孔压水试验资料进行成果分析和渗透张量计算,分析岩溶介质的渗透能力,总结出库区可溶岩体在水平和垂向上渗透性能的空间展布特征,以此为模型概化提供依据。(4)在对库坝区存在的渗漏通道及水动力条件进行分析的基础上,对可能发生渗漏的部位尤其是淹没地下分水岭的单薄山脊处和溶蚀较严重的坝基坝肩处进行重点研究。(5)本文运用三维数值分析方法,按照蓄水前、蓄水后和加防渗帷幕三种不同工况下对研究区的地下水渗流场进行了模拟,对几个可能的重点渗漏部位计算出水库蓄水后的渗漏量:坝基渗漏713.63m~3/d,左坝肩渗漏115.79m~3/d,单薄山脊a渗漏131.46m~3/d,这几处为主要的渗漏点,而水库总渗漏量为1140.37m~3/d。(6)通过上述库区岩溶发育特征、岩体的渗透特性以及不同工况下库区渗流场的模拟分析结果,认为镇安抽水蓄能电站库坝区岩溶发育程度较低,对工程的影响不大,而对可能的渗漏部位提出的防渗措施和建议,能够确保其正常安全运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩溶水库的建设与发展综述
• 1.2.2 水库岩溶渗漏的研究
• 1.2.3 抽水蓄能电站渗漏研究
• 1.2.4 岩溶水库防渗研究
• 1.3 研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 区域地质背景
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 气象
• 2.1.2 水文
• 2.2 地层岩性
• 2.3 区域构造
• 2.3.1 断裂
• 2.3.2 裂隙
• 2.4 新构造运动和地震
• 2.5 区域水文地质条件
• 第3章 上库研究区水文地质条件
• 3.1 库区地形地貌
• 3.2 主要工程岩组及其富水性
• 3.2.1 研究区主要工程岩组
• 3.2.2 库区地下水类型及其富水性
• 3.3 水化学特征
• 3.4 地下水补、径、排动态特征
• 第4章 库区岩溶介质特征研究
• 4.1 区域岩溶发育的地质背景
• 4.2 岩溶介质的空间分布特征
• 4.3 岩溶规模及发育程度
• 4.4 不同级别溶蚀空间的水文地质特性
• 4.4.1 岩溶介质溶蚀空间分级
• 4.4.2 溶蚀空间的水文地质特性
• 4.5 库区岩溶水文地质条件分析
• 4.6 可溶岩体的渗透特性研究
• 4.6.1 岩体压水试验成果分析
• 4.6.2 可溶岩溶蚀裂隙发育特征
• 4.6.3 溶蚀对岩溶介质渗透能力的控制作用
• 4.7 可溶岩体渗透特性的空间展布特征
• 4.8 本章小结
• 第5章 库坝区岩溶渗漏问题分析
• 5.1 水库渗漏条件和模式
• 5.1.1 库水渗漏的基本条件
• 5.1.2 渗漏模式分析
• 5.2 库坝区潜在渗漏通道分析及渗漏量评价
• 5.2.1 单薄山脊的邻谷渗漏
• 5.2.2 库区坝基岩溶渗漏
• 5.2.3 库坝段坝肩渗漏
• 5.2.4 可能渗漏通道的渗漏量评价
• 5.3 本章小结
• 第6章 库坝区岩溶渗漏三维数值模拟预测分析
• 6.1 模型的建立
• 6.1.1 模拟范围的确定
• 6.1.2 模型空间离散
• 6.1.3 模型计算单元与边界条件概化
• 6.1.4 参数的选取
• 6.2 模拟方案及模型校验
• 6.2.1 模拟方案
• 6.2.2 模型校验
• 6.3 不同工况下的模拟对比分析
• 6.3.1 天然渗流场分析
• 6.3.2 水库蓄水条件下渗流场分析
• 6.3.3 水库蓄水+防渗帷幕工况下地下渗流场分析
• 6.4 库区不同部位渗漏量评价
• 6.5 合理的防渗措施与建议
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果