馬鹿箐隧道流域水文模型法涌水量預(yù)測(cè)實(shí)例分析

2016-01-28 20:40:55 來源：用戶投稿作者：前期降雨?duì)顩r及初損量，無雨日含無效降雨日

現(xiàn)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(jìn)行涌水量預(yù)測(cè)。

一、水文地質(zhì)條件

馬鹿箐隧道全長(zhǎng)7 879m，隧道最大埋深為660m，設(shè)平行隧道兩座，相距30m。在地質(zhì)構(gòu)造上位于團(tuán)堡—金子山復(fù)向斜之四方洞次級(jí)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(qū)位于小溪河暗河系統(tǒng)南東部的臺(tái)原及斜坡補(bǔ)給區(qū)，發(fā)育箐口暗河子系統(tǒng)，箐口暗河子系統(tǒng)由東部云霧山臺(tái)原和斜坡補(bǔ)給區(qū)來水，通過鳥臘河、小馬灘河明流和相應(yīng)的地下充水管道(暗河)匯入涼風(fēng)洞，沿層面、節(jié)理裂隙至龍?zhí)丁Ⅱ蛭浛凇?/p>

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

PDK255+978溶腔巖溶水系統(tǒng)隸屬于小溪河地下河系統(tǒng)上游箐口子系統(tǒng)的分支——小馬灘地下河系統(tǒng)，小馬灘地下河系統(tǒng)上游油竹坪巖溶臺(tái)原、洼地區(qū)為補(bǔ)給區(qū)，集水面積(油竹坪巖溶臺(tái)原、洼地補(bǔ)給區(qū)及小馬灘峰叢槽谷補(bǔ)給徑流區(qū))共計(jì)14.59 km²，其中巖溶水補(bǔ)給徑流區(qū)(小馬灘峰叢溝谷區(qū))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(zhì)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(zhì)剖面示意圖

二、涌水量預(yù)測(cè)

(一)基于降雨量的隧道涌水量的預(yù)測(cè)結(jié)果比較

選取典型的五次降雨來進(jìn)行洪水過程計(jì)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(yīng)用，將以2008年7月3日 (降雨量為173.7mm)為例進(jìn)行計(jì)算。把暗河各時(shí)段的地面徑流與地下徑流進(jìn)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(jì)算結(jié)果表

圖7-5隧道涌水量變化曲線圖

實(shí)測(cè)涌水量、預(yù)測(cè)涌水量及降雨強(qiáng)度的關(guān)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(duì)降雨的響應(yīng)時(shí)間很短，一場(chǎng)降雨后，產(chǎn)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(zhǎng)，形成涌突水洪峰，此時(shí)極易發(fā)生涌突水事故。

通過對(duì)2008年7月3日典型降雨推求的隧道涌水量結(jié)果與隧道實(shí)際涌水量的觀測(cè)值的對(duì)比，可以看出：計(jì)算的洪峰出現(xiàn)在第6個(gè)時(shí)段，即2008年7月3日24時(shí)，洪峰流量15.23m³/s，實(shí)測(cè)洪峰出現(xiàn)在2008年7月4日4時(shí)，洪峰流量13.4m³/s。計(jì)算的洪峰時(shí)間比實(shí)際提前了4h，洪峰流量誤差為13.7%，各時(shí)段涌水量的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的平均絕對(duì)誤差為13.73%，可見本次模擬是較理想的。

5次降雨的計(jì)算結(jié)果如表7-8所示。5次降雨時(shí)的流量預(yù)測(cè)、實(shí)測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)差絕對(duì)值為6.34%～75.65%，個(gè)別達(dá)到114.6%，平均為44.60%;模擬、實(shí)際涌水徑流全過程流量標(biāo)準(zhǔn)誤差絕對(duì)值為4.17%～70.52%，平均為28.04%。由此看出，通過流域水文模型計(jì)算的隧道涌水量結(jié)果是比較符合實(shí)際情況的，雖然計(jì)算洪峰的出現(xiàn)時(shí)間比實(shí)際提前，但對(duì)于隧道安全施工是有保障的。因此，對(duì)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(fā)育的地區(qū)，在正確認(rèn)識(shí)巖溶隧道區(qū)水文地質(zhì)條件、選取合適的流域參數(shù)、建立符合巖溶流域匯流特點(diǎn)的單位線的基礎(chǔ)上，使用流域水文模型來預(yù)測(cè)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(shè)計(jì)條件下隧道涌水峰值和總量預(yù)測(cè)

馬鹿箐地區(qū)的降雨觀測(cè)資料中有的年份缺少計(jì)算時(shí)間點(diǎn)中面暴雨值的統(tǒng)計(jì)，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(jìn)行降雨量在設(shè)計(jì)條件下(P=20%和P=2%)隧道的涌水過程模擬。流量設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)Δt=1h，設(shè)計(jì)雨型選用地區(qū)綜合概化雨型，其暴雨計(jì)算參數(shù)如表7-9所示。

表7-8馬鹿箐隧道實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)涌水過程對(duì)比