馬鹿箐隧道流域水文模型法涌水量預測實例分析

2016-01-28 20:40:55 來源：用戶投稿作者：前期降雨狀況及初損量，無雨日含無效降雨日

現以馬鹿箐隧道PDK255+978突水溶腔段為例，采用流域水文模型法進行涌水量預測。

一、水文地質條件

馬鹿箐隧道全長7 879m，隧道最大埋深為660m，設平行隧道兩座，相距30m。在地質構造上位于團堡—金子山復向斜之四方洞次級向斜的東南翼，主要出露三疊系嘉陵江組及大冶組碳酸鹽巖地層，巖層傾向北西300°～330°，傾角較緩，一般為5°～15°。

隧道區位于小溪河暗河系統南東部的臺原及斜坡補給區，發育箐口暗河子系統，箐口暗河子系統由東部云霧山臺原和斜坡補給區來水，通過鳥臘河、小馬灘河明流和相應的地下充水管道(暗河)匯入涼風洞，沿層面、節理裂隙至龍潭、蝌螞口。

PDK255+978溶腔位于水量豐富的碳酸鹽巖含水巖組—三疊系下統嘉陵江組(T¹₁j)及大冶組(T⁴₁d)的接觸帶上。該含水巖組巖溶發育，巖溶形態為地下河、溶洞、豎井、落水洞等，溶腔處于巖溶水動力剖面分帶的深部循環帶之中。

PDK255+978溶腔巖溶水系統隸屬于小溪河地下河系統上游箐口子系統的分支——小馬灘地下河系統，小馬灘地下河系統上游油竹坪巖溶臺原、洼地區為補給區，集水面積(油竹坪巖溶臺原、洼地補給區及小馬灘峰叢槽谷補給徑流區)共計14.59 km²，其中巖溶水補給徑流區(小馬灘峰叢溝谷區)面積4.89km²。馬鹿箐隧道PDK255+978溶腔集水面積如圖7-3所示，A—A水文地質剖面示意圖如圖7-4所示。

圖7-3馬鹿箐PDK255+978溶腔集水面積圖

圖7-4馬鹿箐隧道PDK255+978溶腔A—A水文地質剖面示意圖

二、涌水量預測

(一)基于降雨量的隧道涌水量的預測結果比較

選取典型的五次降雨來進行洪水過程計算，這五次降雨分別為2008年5月9日(降雨量為75.1mm)、2008年7月3日(降雨量為173.7mm)、2008年8月1日(降雨量為48.2mm)、2008年8月14日～8月16日(降雨量為147.4mm)和2008年10月28日～10月30日(降雨量為48.4mm)，為了更加直觀地理解流域水文模型法的應用，將以2008年7月3日 (降雨量為173.7mm)為例進行計算。把暗河各時段的地面徑流與地下徑流進行疊加，得出隧道涌水量的過程曲線，如表7-7所示。

表7-72008年7月3日降雨過程隧道涌水量計算結果表

圖7-5隧道涌水量變化曲線圖

實測涌水量、預測涌水量及降雨強度的關系，亦即7月3日降水形成的地下徑流水文過程(約57h)如圖7-5所示。由圖可以看出，馬鹿箐隧道涌水量對降雨的響應時間很短，一場降雨后，產生的徑流通過落水洞、垂向裂隙等迅速地匯至暗河管道中，并從隧道PDK255+978溶腔中突出。因此，在暴雨或大暴雨后，暗河中的水量將迅速增長，形成涌突水洪峰，此時極易發生涌突水事故。

通過對2008年7月3日典型降雨推求的隧道涌水量結果與隧道實際涌水量的觀測值的對比，可以看出：計算的洪峰出現在第6個時段，即2008年7月3日24時，洪峰流量15.23m³/s，實測洪峰出現在2008年7月4日4時，洪峰流量13.4m³/s。計算的洪峰時間比實際提前了4h，洪峰流量誤差為13.7%，各時段涌水量的計算值與實測值的平均絕對誤差為13.73%，可見本次模擬是較理想的。

5次降雨的計算結果如表7-8所示。5次降雨時的流量預測、實測值標準差絕對值為6.34%～75.65%，個別達到114.6%，平均為44.60%;模擬、實際涌水徑流全過程流量標準誤差絕對值為4.17%～70.52%，平均為28.04%。由此看出，通過流域水文模型計算的隧道涌水量結果是比較符合實際情況的，雖然計算洪峰的出現時間比實際提前，但對于隧道安全施工是有保障的。因此，對于像馬鹿箐隧道這種地表巖溶典型、地下巖溶管道都極其發育的地區，在正確認識巖溶隧道區水文地質條件、選取合適的流域參數、建立符合巖溶流域匯流特點的單位線的基礎上，使用流域水文模型來預測典型巖溶隧道的涌水量及其地下徑流水文過程是可行的。

(二)設計條件下隧道涌水峰值和總量預測

馬鹿箐地區的降雨觀測資料中有的年份缺少計算時間點中面暴雨值的統計，所以此次將間接地通過查找《湖北省暴雨徑流查算圖表》來進行降雨量在設計條件下(P=20%和P=2%)隧道的涌水過程模擬。流量設計暴雨歷時Δt=1h，設計雨型選用地區綜合概化雨型，其暴雨計算參數如表7-9所示。

表7-8馬鹿箐隧道實測與預測涌水過程對比