(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210494581.3 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 中国电建集团贵阳勘测设计 研究院 有限公司 地址 550081 贵州省贵阳市观山湖区兴黔 路16号 (72)发明人 余波　刘胜　郑克勋　叶建龙　 (74)专利代理 机构 北京联创佳为专利事务所 (普通合伙) 11362 专利代理师 石诚 (51)Int.Cl. G01N 15/08(2006.01) G01N 33/18(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种岩溶地区防渗体渗透性评价水文地球 化学模型 (57)摘要 本发明公开了一种岩溶地区防渗体渗透性 评价水文地球化学模型， 对岩溶区多个工程的防 渗体进行现场调查、 取样， 获得各渗水样的水化 学类型和pH； 根据防渗体厚度， 帷幕前后水位， 幕 后渗流量、 渗水面积等计算渗透系数， 再统计各 水样水化学类型、 pH与渗透系数之间的对应关 系， 根据对应 关系建立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。 对目标 工程待检防渗体进行渗透性评价时， 将幕后水样 的水化学类型和pH， 对照建立的防渗体渗透性分 级对应简表和水文地球化学模型， 可快速获知待 检防渗体的渗透系数区间、 渗透性等级、 渗流条 件、 渗漏介质特征及初步处理意见等， 有效评价 防渗帷幕的防渗效果。 权利要求书3页 说明书11页 附图3页 CN 114813510 A 2022.07.29 CN 114813510 A 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An， 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An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‑、 SO42‑、 Cl‑、 CO32‑、 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An的水化学类型记为Fn， 渗漏水样An的pH值记为 pHn； 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Kn， 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；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114813510 A 2Q——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An的水化学类型Fn、 pHn值及各 渗水点对应试段的渗透系数Kn数据， 统计各水化学类型、 pH值与渗透系数之间的对应关系 (Fn、 pHn、 Kn),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(Kn、 Fn)和(Kn、 pHn)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(Kn、 Fn)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， SO42‑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SO42‑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N a++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SO42‑为主， 水化 学类型中开始出 现CO32‑， 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SO42‑、 CO32‑和OH‑为主， 或以 OH‑、 CO32‑、 SO42‑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(Kn、 pHn)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(Fn、 pHn、 Kn)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。 3.根据权利要求2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： 所述不同水化学类型与防渗体渗透性分级对应简表中， 设置有： 水化学类型、 pH值、 渗透系 数、 渗透性 等级、 渗漏介质特 征和处理建议六个 类别， 各类别又划分为若干个等级。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114813510 A 3