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1、大坝坝基水质监测相关技术研究摘要：大坝蓄水运行后，水一岩一坝间的物理化学作用突出，坝基水质的形成即是作用的产物。坝基水质特征既反映出渗流状态,又是岩石及帷幕、混凝土性状发生变化的标志，因而坝基水质监测对大坝安全运行至关重要。本文通过对拾余座混凝土大坝坝基水质的调研，提出坝基水质监测的必要性，以及定期、不定期应监测的内容。关键词：水工结构；大坝；评论；水质；0.引言库水在向坝基运移的过程中，所产生的水与坝基岩石之间、水与帷幕及混凝土之间的物理化学作用，导致形成不同的坝基水质特征。依据多年来的水质分析资料，深入地论证纪村大坝坝基水化学特征,得出的结论是：多次工程处理效果明显；酸性库水对坝基岩层已不
2、具侵蚀性，但要防治坝前淤泥层水及两侧土坝坝体水对岩层的侵蚀。本文通过对拾余座混凝土大坝坝基水质的调研，提出坝基水质监测的必要性，以及定期、不定期应监测的内容。2分析与认识2.1坝基水质形成与径流条件密切相关坝基排水孔水的PH及化学类型若与下层库水水质相近，可反映出坝基径流通畅，相反，排水孔水质强碱性化，水化学类型中阴离子出现OH型、C0,一OH型或CO型，则反映坝基径流滞慢，防渗帷幕性状完好。因此坝基水质特征是反映坝基径流条件的重要方面，它是坝基渗流场的重要组成部分，更明确地说，坝基渗流场是由水物理场（水位、渗漏量、水温等）和水化学场共同组成。2.2坝基水质形成是水与岩石、水与混凝土、帷幕间相
3、互作用产物库水作为富含有机质的溶液，在向坝基渗透过程中，必然导致水一岩一坝间的相互作用。因而，坝基水质特征既反映出水一岩一坝作用的强度，又是坝基岩石、帷幕、混凝土性状发生变化的标2.3坝址水环境有利于水中胶粒的迁移和微生物的繁殖从坝址水所处的氧化还原环境特征看，水库水深数十米以上，底层库水多处于还原环境，水中含H2S气体。大坝坝基水在排水孔口出露或溢出孔口，水所处的氧化还原环境出现复杂化。据一些大坝Eh（氧化还原电位）的测试资料，岸坡坝基水多处于氧化环境，河床坝基水多处于氧化还原过渡环境，少数为氧化环境。地下水处于氧化环境，有利于从库水中带来的有机质的完全分解，故坝基水中侵蚀C02含量有的可达
4、3060mgP1.,此又加强了对帷幕和混凝土的腐蚀。铁镒是坝址环境下常见的变价元素，其迁移与富集主要受地球化学环境因素的影响。铁在水PH值大于7的环境中多以胶体迁移，还原环境中有利于铁、镒化合物活化，以低价态迁移，氧化环境则以高价态形成沉淀，大坝廊道内以Fe203、MnO2为主析出物的成因即与此有关。坝基水环境对微生物的繁殖也有重要影响。大黑汀水库坝基水PH值最小为7.5,一般在9以下，水温在915,属适宜微生物生长发育的PH和温度范围。同时水中有一定量的氨态、硝态氮；可利用的有机物(BOD达2.821.7mg1.);以及有足够的铁、硫等无机离子提供有关自养菌的生存，因而具有微生物繁殖的优良环
5、境。坝基水中的细菌可利用有机物产生有机酸，或氧化无机物形成无机酸来腐蚀岩石和混凝土。大黑汀水库近期在廊道中勘察，揭露基础混凝土的28个钻孔中，有50%钻孔岩芯上见有溶蚀现象，主要形态为溶孔，零星分布，局部密集成群发育。由于大黑汀库水属HC03一Ca型，PH偏碱性，对混凝土无腐蚀性，故此是坝基水中微生物参与了腐蚀过程。3水质监测内容研讨目前不少混凝土大坝坝基水质分析内容仅是简分析，而多数是不定期的进行，尽管有关规范已就水质监测作了明确规定，但对水质监测工作仍是不够重视，只是在坝基渗流或水质出现问题才进行一次较全面的分析，如进行水质全分析、细菌分析、氧化还原环境测定等。此外，水质监测资料的分析上还
6、缺乏理论依据。大多数监测单位还不能独立进行分析。从多年的实践看，大坝水质监测应包括下列内容：(I)PH值：水PH值是反映水质的重要指标，在大坝坝址环境下，水PH值又是反映坝基径流条件重要依据。鉴于混凝土大坝坝基岩体裂隙渗流场的复杂性以及坝基排水孔众多的特点，现场全面系统定期测定坝基排水孔水PH值十分必要。既可全面了解坝基水质基本特征，又可依此结合水位、渗漏量变化,进一步掌握坝基渗流场特征。水PH值现场测定可采用便携式酸度计。(2)常规水质简分析：分析项目主要为6个离子、PH值、矿化度以及游离、侵蚀CO。6个离子成分中K+Na通过计算得出。水质简分析样是在坝基代表性排水孔中汲取。分析成果可用作：
7、水侵蚀性的评价确定水化学类型，并通过与库水对比，评价坝基径流条件、水质成因及水的补给来源；水中CaO的迁移量则是评价水泥帷幕受腐蚀的定量指标。在坝址环境下，总硬度与暂时硬度常是一致，故可用总硬度值结合渗漏量来评价，丰满大坝即是这样做的。在坝基径流较通畅的条件下，KNa的多量迁移时，应分别测试钾和钠，并与坝基岩石化学成分对比。(3)Si02：Si02在水中以离子和胶体两种形式出现，一般水中离子态含量不多，它随着水的碱性增大而增大。目前，大多数大坝不进行此项定期分析。但Sio是组成岩石的主成分，在坝基水中Si02的迁移是评价坝基岩石、尤其是结晶岩性状变化(风化或泥化)的重要依据。为此建议结晶岩大坝
8、坝基的水质监测工作中，02(离子态)应与水质简分析一起，进行定期分析。(4)析出物成分分析：析出物成分分析包括化学和矿物成分分析，前者用化学分析法，后者用X射线衍射分析或差热分析。析出物在X衍射曲线上不出现峰值，说明析出物均由胶粒组成，不出现晶质体，此标志坝基水仅产生化学潜蚀。若X衍射线上出现石英、长石、粘土矿物等峰值，说明坝基水既产生化学潜蚀又伴随机械管涌的存在。分析在目前，一是从排水孔口析出物定期取样风干称重计算；二是直接排水孔中下部取水样，加入强电解质促使胶粒絮凝后烘干称重。4.结论及建议(1)水质监测是大坝安全监测的重要内容之一，应/将水质分析列为二、三级大坝的仪器监测一般性项目，而不
9、是仅列在附录中。(2)大坝水质定期(每年12次)监测项目应包括水PH值现场测试；水质简分析；结晶岩坝基还应包括SiO2,其他有关项目可不定期进行分析。(3)大坝水质监测应向自动化监测发展。二滩水电站从国外引进水质自动监测设备，可测试PH值、温度、导电率、盐度、Eh值及溶解氧等6个项目，因探头直径大，无法放入排水孔，目前还未能正常使用，但说明水质自动化监测是可行的。从国内情况看，目前监测项目可以少些，仅温度，pH值、电导率等三项即可。参考文献1杨光中，曾开华，彭汉兴，王建平，王龙.大坝坝基水质监测的认识与建议U1.水力发电学报，2013,03：83-87.2翟立群，彭汉兴，叶桂萍.岩石坝基渗流特征与水质评价J.四川水力发电,2013,01：18-21.3彭汉兴，宋汉周，查明鹏.大坝坝基水质评价中几个问题的认识J.大坝与安全，2012,01：9-13.
