[发明专利]一种岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球化学模型

权利要求书

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Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺+K⁺；阴离子HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、CO₃^2-、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，SO₄^2-次之，阳离子以Ca²⁺、Mg²⁺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SO₄^2-为主，HCO₃^-次之，阳离子以Ca²⁺、Mg²⁺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SO₄^2-为主，水化学类型中开始出现CO₃^2-，HCO₃^-浓度降低；三-2类水化学类型的阴离子中均无HCO₃^-，其阴离子以SO₄^2-、CO₃^2-和OH^-为主，或以OH^-、CO₃^2-、SO₄^2-为主，阳离子均以Na⁺+K⁺和Ca²⁺为主；

S6.不同渗透系数区间幕后渗水的pH值特征：根据(K_n、pH_n)对应关系，对应三个渗透系数区间的幕后渗水pH值逐渐增大，其中对应渗透系数第一等级的pH值和幕前水接近，为7.0≤pH＜8.0；对应渗透系数第二等级的pH范围为8.0≤pH＜9.0；对应渗透系数第三等级的pH值分两大类，其中三-1类的pH范围为9.0≤pH＜10.5；三-2类的pH范围为10.5≤pH＜12.5；

S7.渗透性等级划分：根据帷幕体渗透性强弱划分的渗透系数区间，再结合《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)中所示的岩土体渗透性分级对应的渗透性等级类型，对应三个渗透系数区间将渗透性等级划分为强～中等透水、弱透水和微透水三个等级；

S8.渗透介质特征及处理建议划分：根据(F_n、pH_n、K_n)对应关系，结合《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)中所示的岩土体渗透性分级对应的岩体特征，对应三个渗透系数区间将渗透介质特征划分为三个等级；根据前述各对应关系，再结合渗漏处理工程经验，划分出针对不同等级渗透系数、渗透性条件对应的三种处理建议等级；

S9.将S4～S8所示的各项对应关系进行整理统计，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。