马鹿箐隧道流域水文模型法涌水量预测实例分析

2016-01-28 20:40:55 来源：用户投稿作者：前期降雨状况及初损量，无雨日含无效降雨日

现以马鹿箐隧道PDK255+978突水溶腔段为例，采用流域水文模型法进行涌水量预测。

一、水文地质条件

马鹿箐隧道全长7 879m，隧道最大埋深为660m，设平行隧道两座，相距30m。在地质构造上位于团堡—金子山复向斜之四方洞次级向斜的东南翼，主要出露三叠系嘉陵江组及大冶组碳酸盐岩地层，岩层倾向北西300°～330°，倾角较缓，一般为5°～15°。

隧道区位于小溪河暗河系统南东部的台原及斜坡补给区，发育箐口暗河子系统，箐口暗河子系统由东部云雾山台原和斜坡补给区来水，通过鸟腊河、小马滩河明流和相应的地下充水管道(暗河)汇入凉风洞，沿层面、节理裂隙至龙潭、蝌蚂口。

PDK255+978溶腔位于水量丰富的碳酸盐岩含水岩组—三叠系下统嘉陵江组(T¹₁j)及大冶组(T⁴₁d)的接触带上。该含水岩组岩溶发育，岩溶形态为地下河、溶洞、竖井、落水洞等，溶腔处于岩溶水动力剖面分带的深部循环带之中。

PDK255+978溶腔岩溶水系统隶属于小溪河地下河系统上游箐口子系统的分支——小马滩地下河系统，小马滩地下河系统上游油竹坪岩溶台原、洼地区为补给区，集水面积(油竹坪岩溶台原、洼地补给区及小马滩峰丛槽谷补给径流区)共计14.59 km²，其中岩溶水补给径流区(小马滩峰丛沟谷区)面积4.89km²。马鹿箐隧道PDK255+978溶腔集水面积如图7-3所示，A—A水文地质剖面示意图如图7-4所示。

图7-3马鹿箐PDK255+978溶腔集水面积图

图7-4马鹿箐隧道PDK255+978溶腔A—A水文地质剖面示意图

二、涌水量预测

(一)基于降雨量的隧道涌水量的预测结果比较

选取典型的五次降雨来进行洪水过程计算，这五次降雨分别为2008年5月9日(降雨量为75.1mm)、2008年7月3日(降雨量为173.7mm)、2008年8月1日(降雨量为48.2mm)、2008年8月14日～8月16日(降雨量为147.4mm)和2008年10月28日～10月30日(降雨量为48.4mm)，为了更加直观地理解流域水文模型法的应用，将以2008年7月3日 (降雨量为173.7mm)为例进行计算。把暗河各时段的地面径流与地下径流进行叠加，得出隧道涌水量的过程曲线，如表7-7所示。

表7-72008年7月3日降雨过程隧道涌水量计算结果表

图7-5隧道涌水量变化曲线图

实测涌水量、预测涌水量及降雨强度的关系，亦即7月3日降水形成的地下径流水文过程(约57h)如图7-5所示。由图可以看出，马鹿箐隧道涌水量对降雨的响应时间很短，一场降雨后，产生的径流通过落水洞、垂向裂隙等迅速地汇至暗河管道中，并从隧道PDK255+978溶腔中突出。因此，在暴雨或大暴雨后，暗河中的水量将迅速增长，形成涌突水洪峰，此时极易发生涌突水事故。

通过对2008年7月3日典型降雨推求的隧道涌水量结果与隧道实际涌水量的观测值的对比，可以看出：计算的洪峰出现在第6个时段，即2008年7月3日24时，洪峰流量15.23m³/s，实测洪峰出现在2008年7月4日4时，洪峰流量13.4m³/s。计算的洪峰时间比实际提前了4h，洪峰流量误差为13.7%，各时段涌水量的计算值与实测值的平均绝对误差为13.73%，可见本次模拟是较理想的。

5次降雨的计算结果如表7-8所示。5次降雨时的流量预测、实测值标准差绝对值为6.34%～75.65%，个别达到114.6%，平均为44.60%;模拟、实际涌水径流全过程流量标准误差绝对值为4.17%～70.52%，平均为28.04%。由此看出，通过流域水文模型计算的隧道涌水量结果是比较符合实际情况的，虽然计算洪峰的出现时间比实际提前，但对于隧道安全施工是有保障的。因此，对于像马鹿箐隧道这种地表岩溶典型、地下岩溶管道都极其发育的地区，在正确认识岩溶隧道区水文地质条件、选取合适的流域参数、建立符合岩溶流域汇流特点的单位线的基础上，使用流域水文模型来预测典型岩溶隧道的涌水量及其地下径流水文过程是可行的。

(二)设计条件下隧道涌水峰值和总量预测

马鹿箐地区的降雨观测资料中有的年份缺少计算时间点中面暴雨值的统计，所以此次将间接地通过查找《湖北省暴雨径流查算图表》来进行降雨量在设计条件下(P=20%和P=2%)隧道的涌水过程模拟。流量设计暴雨历时Δt=1h，设计雨型选用地区综合概化雨型，其暴雨计算参数如表7-9所示。

表7-8马鹿箐隧道实测与预测涌水过程对比