霍吉祥，李子陽，馬福恒，宋漢周

(1.南京水利科學(xué)研究院/水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029；2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098)

地下水水質(zhì)特征蘊(yùn)含了豐富的信息，其水化學(xué)指標(biāo)不僅與接觸的基巖礦物有關(guān)，更可反映其補(bǔ)、徑、排條件，因而得到越來越廣泛的重視[1]。基于地下水水化學(xué)的研究方法主要包括水化學(xué)圖示法(如常見的點(diǎn)、線、餅、柱圖、統(tǒng)計(jì)特征圖、以及特殊的水化學(xué)圖等)、統(tǒng)計(jì)分析方法(包括描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性、聚類及主成分等分析方法等)、水文地球化學(xué)模型方法等?？刹捎靡陨夏骋环N或聯(lián)合幾種方法，研究區(qū)域尺度范圍內(nèi)的天然地下水水化學(xué)特征及空間分布[2～4]。此外，水文地球化學(xué)研究還逐漸被應(yīng)用于水電站等工程領(lǐng)域，研究此類地區(qū)環(huán)境水與人工建筑材料相互作用后的水化學(xué)特征，但總體上側(cè)重于壩址區(qū)不同部位水質(zhì)指標(biāo)的空間差異性研究，不同時(shí)期的時(shí)間演變規(guī)律的研究還相對(duì)較少[5～6]。

為綜合研究壩址區(qū)環(huán)境水的水化學(xué)特征、空間分布差異以及隨時(shí)間的演變規(guī)律，本文以李家峽水電站為例，了解水電站不同部位的水質(zhì)特征。2016年9月對(duì)水電站庫水、兩岸地下水以及廊道滲水進(jìn)行取樣和檢測(cè)，并與之前2013年對(duì)應(yīng)部位的檢測(cè)結(jié)果相比較，分析此段時(shí)期內(nèi)水質(zhì)演變。通過以上研究旨在了解壩址區(qū)水、巖、帷幕間相互作用情況，并從水質(zhì)這一微觀效應(yīng)量角度分析對(duì)應(yīng)部位滲流性態(tài)及其演變規(guī)律。

1 工程概況及取樣分析

李家峽水電站位于青海省尖扎縣，是黃河上游第三個(gè)梯級(jí)電站。樞紐區(qū)建筑物主要包括攔河大壩、發(fā)電廠房及開關(guān)站等，其中大壩為混凝土雙曲拱壩，壩長(zhǎng)414.39 m，最大壩高155 m，壩頂高程2 185 m，水庫正常蓄水位為2 180 m，相應(yīng)庫容為16.5×108m3；發(fā)電廠房為壩后雙排機(jī)廠房，總裝機(jī)容量5 400 MW，多年平均發(fā)電量59.0×108kW·h。壩址基礎(chǔ)巖體由前震旦系混合巖及片巖組成，其間穿插偉晶巖巖脈。壩址區(qū)位于化隆斷陷盆地南西側(cè)，處于隆升區(qū)與沉降區(qū)之間的過渡區(qū)部位。壩址區(qū)震旦系地層呈單斜構(gòu)造，走向NW300°～330°，傾向SW，傾角38°～55°，即傾向上游偏右岸；而古近系砂礫石層產(chǎn)狀為：走向NW270°～320°，傾向NE，傾角10°～20°，與下伏地層之間呈不整合接觸。壩址區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按其產(chǎn)狀區(qū)內(nèi)斷層可分為以下三組：NW向組、 NEE向組、 NE向組。水電站自投入運(yùn)行以來，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，總體運(yùn)行良好，但在大壩基礎(chǔ)部位存在滲水析出物較多、廊道底板混凝土腐蝕等問題，上述現(xiàn)象對(duì)于大壩長(zhǎng)期安全運(yùn)行具有潛在的不利影響。由于其形成、演變與特定環(huán)境下壩址滲漏水的物理、化學(xué)作用有關(guān)，因此研究壩址不同部位、不同時(shí)期的水質(zhì)分布特征與演變規(guī)律具有重要的工程指導(dǎo)意義。

壩址地下水賦存于兩種介質(zhì)中：一種為多孔介質(zhì)型；另一種則為裂隙介質(zhì)型。前者為壩址兩岸山頂?shù)纳暗[巖、粉砂質(zhì)黏土巖，以及分布于右岸V、VI級(jí)階地的砂、礫石層；后者則為區(qū)內(nèi)分布普遍的前震旦系混合巖體。采集的水樣除壩前庫水及壩后尾水為地表水外，其余皆來自裂隙介質(zhì)內(nèi)的地下水。壩址滲流水的取樣位置主要參考之前一次(2013年)水樣分析時(shí)的取樣位置[7]，考慮了取樣的代表性、綜合性等因素，取樣點(diǎn)包括以下部位：壩前庫水；左、右岸繞滲孔中的岸坡地下水；左岸廊道(包括2 155 m和2 059 m兩個(gè)高程)；右岸2 059 m橫向排水廊道；壩基2 035 m灌漿廊道和2 030 m排水廊道；壩后下游尾水。2013年與2016年于壩址不同部位水樣采集數(shù)，見表1。

表1 2013年和2016年壩址不同部位水樣采集個(gè)數(shù)

2016年采樣與2013年取樣部位基本一致，僅略有不同，包括：由于左、右岸地下水監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化改造，部分觀測(cè)孔加裝了監(jiān)測(cè)儀器后使得無法對(duì)地下水進(jìn)行取樣，因此左右岸地下水樣數(shù)有所減少，增加了1例壩前庫水樣；對(duì)于廊道部位滲水，若原取樣的排水孔無滯水或無滴水滲出，盡量選取附近排水孔或滴水處進(jìn)行代替，并在編號(hào)后以“*”加以辨識(shí)；增加了2例尾水樣。

第一主成分即“主要組成因子”可反映水質(zhì)的主要組成，同時(shí)達(dá)到減少待分析指標(biāo)數(shù)量的目的，因此可計(jì)算第一主成分的因子得分，通過分析其變化研究各部位水樣組成情況。同時(shí)，由于小提琴圖和箱線圖可以直觀展示數(shù)據(jù)的分布密度特征和統(tǒng)計(jì)特征[10]，因此作2013年和2016年各部位該主成分因子得分的小提琴圖和箱線圖，見圖5。

xmin和xmax——某項(xiàng)指標(biāo)x在所有樣品中的最小值和最大值。

2 水化學(xué)類型及空間分布特征

Piper三線圖主要依據(jù)單個(gè)水樣中各陰、陽離子毫克當(dāng)量百分比反映其水化學(xué)類型，而無法直觀地比較某一單項(xiàng)指標(biāo)在取樣范圍內(nèi)所有水樣中的變化情況。為彌補(bǔ)以上不足，同時(shí)也更加直觀地對(duì)比所取水樣中的各化學(xué)指標(biāo)值，可通過熱點(diǎn)圖加以顯示[8]。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行離差標(biāo)準(zhǔn)化，即對(duì)原始水質(zhì)資料進(jìn)行線性變換，使得其單項(xiàng)指標(biāo)值映射到[0,1]區(qū)間范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換函數(shù)如下：

（3）“就業(yè)素質(zhì)提升”包含“可學(xué)到技能技術(shù)的”“可學(xué)到知識(shí)的”“可強(qiáng)化就業(yè)素質(zhì)的”這三個(gè)自由節(jié)點(diǎn)，指的是個(gè)體在“再就業(yè)培訓(xùn)參與決策”前對(duì)“培訓(xùn)項(xiàng)目在促進(jìn)就業(yè)素質(zhì)提升”方面形成的前景價(jià)值判斷。

圖1 壩址不同部位水化學(xué)Schoeller圖和Piper三線圖Fig.1 Schoeller diagram and Piper diagrams of water samples in different parts of the dam site

由圖1看出，壩址各部位水樣的離子含量皆相對(duì)較高，以綜合性指標(biāo)TDS為例，在壩前庫水中的均值達(dá)到226.22 mg/L，而在各廊道滲流水中其值仍有較大幅度的上升，其中在左、右岸排水廊道內(nèi)的均值分別達(dá)到了1 738.16 mg/L和1 673.37 mg/L，而在壩基灌漿和排水廊道內(nèi)則高達(dá)4 558.78 mg/L?？梢姡骼鹊纼?nèi)滲流水總體上呈現(xiàn)“高礦化度”的特征。

“那一年，我才三歲時(shí)，聽得說來了一個(gè)癩頭和尚，說要化我去出家，我父固是不從。他又說：“既舍不得他，只怕他的病一生也不能好的。若要好時(shí)，除非從此以后，總不許見哭聲，除父母之外，凡有外姓親友之人，一概不見，方可平安了此一世”。

由表3可以看出，提取出的因子按特征值大小排列，其值大于1的共計(jì)4項(xiàng)，其旋轉(zhuǎn)后的特征值分別達(dá)到3.49、2.24、2.05和1.93，對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率分別為31.69%、20.32%、18.65%和17.57%，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)達(dá)到88.24%，因而可提取這4項(xiàng)因子作為主要成分。計(jì)算各水質(zhì)指標(biāo)在因子上的載荷矩陣，如表4所示。

對(duì)采集水樣的水化學(xué)組成及空間分布特征進(jìn)行分析。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果繪制主要離子組成的Schoeller圖及水化學(xué)Piper三線圖，見圖1。

(1)

由圖3可以看出，左岸廊道滲流水質(zhì)變化與壩基廊道基本一致，反映為不同時(shí)期下各水質(zhì)指標(biāo)的變異系數(shù)差異不大，表明此段時(shí)期內(nèi)左岸及壩基滲流條件相對(duì)較為穩(wěn)定。同時(shí)，可以看到各指標(biāo)的變異系數(shù)值2016年略小于2013年，說明經(jīng)過較長(zhǎng)一段時(shí)期的運(yùn)行，左岸及壩基廊道各部位的滲流條件差異有逐漸減小的趨勢(shì)。右岸廊道滲流水質(zhì)變化明顯不同于以上兩個(gè)部位，絕大部分指標(biāo)2016年的變異系數(shù)值大于2013年，表明該部位的水質(zhì)指標(biāo)值趨于離散，即不同測(cè)點(diǎn)間水質(zhì)差異更為顯著，反映了右岸廊道不同位置滲流狀況存在明顯差異，值得關(guān)注。

隨著城市的不斷發(fā)展，糧食需求和糧食安全之間的矛盾日益突出。世界糧食首腦峰會(huì)曾將糧食安全定義為：“所有人都能長(zhǎng)期在糧食供應(yīng)上得到保障，身體上和經(jīng)濟(jì)上都能有充足、安全且營(yíng)養(yǎng)豐富的食物來滿足他們的飲食需求、積極健康的生活需要和一定程度上的食物偏好?！?/p>

依據(jù)式(1)對(duì)本次采集水樣的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，作水質(zhì)分析熱點(diǎn)圖，見圖2。

圖2 水質(zhì)分析熱點(diǎn)圖Fig.2 Heatmap of water quality

3 水質(zhì)演變特征與分析

在水化學(xué)類型及空間分布特征分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合2013年對(duì)應(yīng)部位的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，分析此段期間的水質(zhì)演變及其隱含的滲流條件變化。兩次采樣的廊道部位主要包括左岸排水廊道、右岸排水廊道以及壩基灌漿和排水廊道等三個(gè)部位，比較兩次檢測(cè)中各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)特征變化，見表2。同時(shí)，由于檢測(cè)指標(biāo)中pH值與其它項(xiàng)指標(biāo)的量綱并不相同，且左岸廊道和壩基廊道內(nèi)兩次檢測(cè)樣品數(shù)并不一致，為消除量綱及樣品數(shù)差異的影響，可通過計(jì)算變異系數(shù)CV達(dá)到比較數(shù)據(jù)離散程度的目的。按取樣部位劃分，2013年與2016年兩次檢測(cè)獲得的水質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)值見圖3。

對(duì)比表2中各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)特征值可以看出，2016年各廊道內(nèi)滲流水的大部分離子指標(biāo)值較2013年有不同程度的下降，以綜合性指標(biāo)TDS為例，左、右岸廊道內(nèi)均值由2013年的3 455.9 mg/L和3 028.1 mg/L分別降為了1 738.2 mg/L和1 673.4 mg/L，而壩基廊道內(nèi)由5 785.6 mg/L降為4 558.8 mg/L?？梢?，此段時(shí)期壩址不同部位的防滲條件略有衰減。

蒙古國(guó)拉布噶蘇榮教授做了《蒙古國(guó)考古發(fā)掘成果》的報(bào)告，由大連外國(guó)語大學(xué)秀云副教授擔(dān)任翻譯。他系統(tǒng)介紹了蒙古國(guó)自舊石器時(shí)代至蒙古帝國(guó)時(shí)期考古學(xué)發(fā)掘與研究所取得的成就，包括舊石器時(shí)代人頭蓋骨的發(fā)現(xiàn)反映了蒙古高原80－20萬年前蒙古高原古人類的生存狀況;分布于蒙古國(guó)西部、西南部及南部戈壁的大量動(dòng)物紋巖畫遺存早于世界其他地區(qū)的動(dòng)物紋巖畫，表明蒙古高原是世界藝術(shù)的重要源頭;以及與匈奴、鮮卑、柔然、回鶻、突厥、契丹、女真、蒙古等各民族相關(guān)的城址、墓葬、祭壇、石像、碑刻等遺存。蒙古國(guó)學(xué)者的考古學(xué)研究成果引發(fā)了與會(huì)學(xué)者的熱烈討論。

xi——第i個(gè)樣品某項(xiàng)指標(biāo)x的初始值；

表2 2013年與2016年壩址不同部位水化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

圖3 2013年與2016年壩址不同部位水質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)值Fig.3 Coefficient of variation in water quality in 2013 and 2016

由于不同指標(biāo)間變異系數(shù)的變化趨勢(shì)并不一致，如果在水質(zhì)演變分析中直接采用以上全部的水化學(xué)指標(biāo)，不僅會(huì)造成信息冗余、計(jì)算量增大，還可能會(huì)對(duì)分析產(chǎn)生干擾發(fā)生誤判，因此需研究指標(biāo)間的相互聯(lián)系進(jìn)而確定出主要影響指標(biāo)。無論兩岸排水廊道內(nèi)的滲水，還是壩基廊道部位的滲水，都是壩前庫水與基巖和帷幕內(nèi)可溶性組分經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，因而其水質(zhì)指標(biāo)間具有一定的相關(guān)性?？赏ㄟ^相關(guān)性分析計(jì)算指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，選2013年和2016年兩岸及壩基廊道內(nèi)滲流水的檢測(cè)數(shù)據(jù)帶入計(jì)算，結(jié)果見圖4。

圖4 水化學(xué)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Fig.4 Correlation coefficient of hydrochemical index

大鴨婆二鴨婆成親不久，門庭上的新婚對(duì)聯(lián)尚未褪色呢，二狗伢就意外去世了，他是傍晚時(shí)分在池塘邊洗腳時(shí)遭蛇咬了，叫了足足兩個(gè)時(shí)辰后咽了氣。

表3 因子旋轉(zhuǎn)前后特征值及方差貢獻(xiàn)

表4 因子旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣

圖5 不同部位滲流水主要組成因子的不同圖示Fig.5 Violin and box diagrams of the main components of seepage water in different parts

左岸及壩基廊道于不同時(shí)期對(duì)應(yīng)的小提琴圖形狀變化不大，表明這兩個(gè)部位主要組成因子的分布與之前2013年檢測(cè)時(shí)較為近似；同時(shí)結(jié)合箱線圖可以看出，其2016年最大、最小、中位數(shù)及四分位數(shù)的值較2013年有所下降，但總體分布狀況仍較為一致，表明此段時(shí)期這兩個(gè)部位滲流動(dòng)態(tài)總體穩(wěn)定。

當(dāng)談到醫(yī)養(yǎng)結(jié)合的現(xiàn)實(shí)問題，才40歲出頭的張振美捋了捋頭上的白頭發(fā)，“就是為了辦個(gè)社區(qū)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的手續(xù)，我都不知道咨詢了多少人，跑了多少腿了?！遍_始時(shí)，張振美想在養(yǎng)老服務(wù)中心開設(shè)個(gè)醫(yī)務(wù)室或診所，這樣可以解決入住老人的基本醫(yī)護(hù)問題。普通人會(huì)認(rèn)為，我只需聘請(qǐng)持證的專業(yè)醫(yī)護(hù)人員就可以了，但實(shí)際沒這么簡(jiǎn)單：“醫(yī)療機(jī)構(gòu)的負(fù)責(zé)人必須由專人擔(dān)任，比如我想從某家知名大醫(yī)院聘請(qǐng)一位退休醫(yī)療專家來擔(dān)任醫(yī)療機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人，按審批相關(guān)規(guī)定，所聘請(qǐng)的這位專家必須先解除與大醫(yī)院的身份關(guān)系，再把關(guān)系轉(zhuǎn)至我們這家內(nèi)設(shè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)才符合要求，如此這樣一來，我們想聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的老專家顯然是比較困難的。”

右岸廊道內(nèi)水質(zhì)主要組成變化較為明顯。比較2013年和2016年的小提琴圖可以看出，此前該部位水質(zhì)主要組成因子的值既有相對(duì)較大者，也有較小值，且在該區(qū)間內(nèi)均勻分布，而此次檢測(cè)中其值主要集中于較小值處；結(jié)合箱線圖可知，此次檢測(cè)中除一較大極端值外，其余全部集中于相對(duì)較小值處，表明右岸廊道內(nèi)部分位置滲流動(dòng)態(tài)發(fā)生較大變化，使得該部位滲流水中主要溶解組分明顯減少，需在今后的運(yùn)行期間加強(qiáng)對(duì)應(yīng)部位的監(jiān)測(cè)。

三人沉默了一陣，還是雨落先打破了沉悶。雨落站起來，坐到許沁身邊，說許姐，你看能不能找你朋友把鉆戒退回來，再換一款給她？既然是朋友，想必她也能理解您。您先不要有太多的顧慮，試試總可以吧？

4 結(jié)論

本文利用統(tǒng)計(jì)方法和水化學(xué)圖示法對(duì)李家峽水電站壩址滲流水的空間分布特征和隨時(shí)間演變規(guī)律進(jìn)行了研究，以此反映不同廊道滲流條件間的差異及發(fā)展，并得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)從水化學(xué)類型看，壩前庫水及下游尾水主要為HCO3·SO4—Ca·Mg型，左、右岸及壩基廊道內(nèi)滲流水以SO4—Na·Ca為主，部分壩基廊道內(nèi)水樣的Cl-含量較高，且總體呈現(xiàn)“高礦化度”的特征。

(2)從空間分布看，壩基廊道內(nèi)大部分水質(zhì)指標(biāo)值要大于左、右岸廊道內(nèi)的值，表明壩基廊道內(nèi)地下水與固相介質(zhì)反應(yīng)較為充分，基礎(chǔ)帷幕防滲條件相對(duì)較好。

4)隨鈣硫比增加，煤粉燃燒殘余量逐漸增大，發(fā)熱量依次降低，灰熔點(diǎn)先降低后升高，在鈣硫比為1.0時(shí)，灰熔點(diǎn)最低，鈣硫比增至1.5之后，灰熔點(diǎn)逐漸上升。

(3)從隨時(shí)間演變看，2013—2016年檢測(cè)期間，左岸及壩基廊道內(nèi)水樣化學(xué)指標(biāo)和主要組成因子的值略有降低但仍保持一致性變化，表明這兩處廊道內(nèi)的防滲性能略有衰減但總體穩(wěn)定；而右岸廊道內(nèi)水樣兩次檢測(cè)情況變化較大，表明右岸廊道內(nèi)部分位置帷幕前后水力聯(lián)系較其他部位變化較大。

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