巖溶水的動態是巖溶水系統對輸入信息的一種“響應”,它既受輸入信息的影響,同時也受系統本身的結構、規模等各種特性的制約。通常情況下,補給來源主要為大氣降水,巖溶地下水的排泄有分散流和集中排泄等多種型式。由于新建隧道附近缺乏必要的地下水動態觀測資料,為了掌握工作區巖溶水的動態特征和巖溶介質場的構成特點,分析巖溶水對隧道工程的影響,在巖溶隧道勘察中,有必要選取代表性好、具有建立觀測設施條件的地下水集中排泄點和部分重要河溪進行長期流量動態觀測;而大氣降水主要受季節影響,地下水的水位、水量、水質等隨著季節變化而不同,如果僅根據某一勘測階段所得的偶測數據去評價巖溶地下水,則會出現較大的偏差,因此,進行不少于一個水文年的觀測是必要的。
一、巖溶隧道區地下水長期觀測點選取
巖溶地下水長期觀測的目的,主要為確定隧道施工時的突(涌)水量,因此,長期觀測點的布設必須圍繞隧道工程進行,選取的觀測點需具有代表性。針對宜萬線巖溶隧道區的水文地質特點,巖溶水長期觀測點的布設著重從以下幾方面考慮。
(1)對與隧道關系密切的地下暗河、巖溶管道流的排泄點應進行長期觀測,如吊巖溝隧道的猴子洞暗河、野三關隧道的4#暗河等,其徑流區橫穿隧道,一旦隧道施工揭穿其通道,將會產生大量的涌水,掌握其暗河地下水流量動態,可以正確預測隧道最大涌水量。
(2)對暗河系統的局部或全部在隧道涌水的水力影響范圍之內的暗河排泄點需進行長期觀測,如野三關隧道的5#暗河、馬鹿箐隧道蝌螞口暗河等,其補給區位于隧道附近、徑流通道與隧道走向近似平行,暗河系統局部發育標高高于隧道標高,隧道涌水會襲奪其地下水,觀測其暗河流量動態變化及其與降水的關系,可為分析隧道涌水提供依據。
(3)為獲取隧道工程計算需要的水文地質參數或地下水水位的變化幅度,對一些大型封閉洼地的排泄點、一定區域的地下水總排泄點、隧道附近的鉆孔等需進行長期觀測,如八字嶺隧道的牛 鼻子暗河排泄點、齊岳山隧道的德勝場暗河響水洞排泄點等是代表一定區域的總排泄點,觀測其流量動態變化,結合大氣降水資料,可計算該地區不同時期的降水入滲系數、地下徑流模數等參數;觀測德勝場暗河系統鉆孔的水位變化,可繪出降雨量與地下水位、地下水流量等必要的相關分析圖。
(4)隧道附近,與隧道水文地質條件相似的采礦坑道、既有工程隧道等地下工程的排水量需進行長期觀測,如齊岳山隧道附近的石洞子煤礦采煤坑道與設計的齊岳山隧道進口地段近似平行,標高相近,水文地質條件相似,觀測其坑道涌水量可用于齊岳山隧道進口地段的工程比擬。
(5)橫跨隧道上方、流經灰巖區的河流,應在橫跨隧道上方的河流上下游設置觀測斷面,在隧道施工期間進行河流滲漏的長期觀測。如野三關隧道上方的二溪河、苦桃溪等河流在隧道灰巖地段上方通過,灰巖為相對透水層,易引起表水的滲漏,若隧道施工誘發地下水與地表水貫通,會產生隧道大量涌水的后果,因此需長期觀測河水流量的變化,以便及時采取堵漏措施。
(6)對隧道施工引起環境水文地質問題的水點需進行長期觀測,如大支坪隧道上方的S54#泉點、云霧山隧道上方的洞灣泉點分別是大支坪鎮、白果壩鄉的生活用水取水點,隧道施工一旦疏干其地下水,不但破壞水文地質環境,而且造成居民的飲水困難,將會產生嚴重的后果。觀測這些泉點的流量變化,能為及時采取有效的防范措施提供依據。
二、長期觀測點分布及觀測情況
(1)長期觀測點的分布與建立。在全面搜集分析既有資料的基礎上,圍繞宜萬鐵路隧道工程建立地下水動態監測點和氣象監測點,共建地下水監測點17處、氣象觀測點3處。為全面反映鐵路隧道工程區大氣降水分布特征,還對長陽高家堰、白沙驛、五橋新田水庫等地方氣象觀測點的降水資料進行了收集。
氣象點選用重慶市水文儀器廠生產的JDZ-1型數字雨量計自動觀測儀器。各點的具體位置及修建情況如表3-11所示。
表3-11地下水點、氣象點位置及修建情況表
續表3-11
(2)地下水點觀測。各地下水點,在豐水期均采用日觀,平水期、枯水期在天氣晴好的情況下則3日觀測一次,雨天仍然是日觀,同時,在豐水期的中雨、大雨期選擇4次加密觀測,以便了解豐水期雨季地下水的變化特征。各地下水點均于2004年8月31日和10月31日完成一個水文年的觀測工作。各地下水點相應開展了豐水期雨季的加密觀測工作。
(3)氣象點觀測。在宜萬鐵路沿線建立了野三關、云霧山、齊岳山三個氣象觀測站,同時還收集了長陽縣氣象局、高家堰水文站、白沙驛水文站、野三關氣象站、恩施氣象局、見天壩水文站、利川市氣象局、五橋新田水庫水文站的氣象、水文資料,以掌握整個監測區段水文氣象特征。氣象監測點均采用重慶水文儀器廠生產的自動雨量計進行監測,觀測時間為每降雨期5min儲存及打印一個監測數據。無降雨時則8h打印儲存1個數據。
三、觀測數據的整理分析
巖溶地下水長期觀測點選取后,其觀測數據的整理、分析及應用是非常重要的,合理的分析是有效地預測隧道涌水的重要保證。地下水動態觀測數據用途較多,可掌握和了解巖溶地下水的動態特征、獲得某些項目的定量數據及特定的水文地質參數。地下水動態變化數據分析主要表現在以下幾個方面。
1. 降雨量分析
降雨量是預測巖溶隧道涌水量時計算降雨入滲量的一個十分重要的參數。但在降雨量的取值上存在著很大的差別,其結果也相差甚多。
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