盲谷建库 技术领域：
盲谷建库是指利用“盲谷”地形修建“人工水库”的工程项目。因此，它应属工程建筑类，水利水库工程技术领域。“盲谷”是一种碳酸盐类岩石地层区域的独特河谷地形：周高中低，如同盲人“眼眶”，故称“盲谷”。碳酸盐类岩层因有溶于水的性质，此类岩层地表景观，如：盲谷、石林、溶洞、出水/落水洞……等等，到处可见，地质学上统称为“岩溶”或“喀斯特”地貌。“盲谷”库区，大都位于其谷区低处，枯水期有一处或数处溶洞消泄地面来水，地下水位低下，其最低深度难测；丰水期，地面、地下四周来水汇集，有些“盲谷”洪水消泄不及，谷区部份洼地，或成季节湖，这时，谷区地下水位上升，有的落水溶洞，反“落”为“冒”，其地下最大来水源头在那？亦难以估测。所以，谷区地下水文地质情况特别复杂。对其基础防漏、防渗处理的“建库”受力水力外界条件，很难以准确界定，此乃本发明课题应解决的独特难点。
背景技术：
“人工水库”在正常情况下，它是必须修建在不透水地层上的，所以，在透水地层上建库，就必须使用“防渗层”。我们知道，由不透水材料组成的“防渗层”本身，是具有“双向”阻水的“不可逆性”。此类“防渗层”必然难应对上述复杂水文地质情况，所以，国内、外，至今尚无《盲谷建库》的成功经验。我国在上世纪60～70文化大革命年代，搞了不少盲谷建库项目，败多成少。2004年8月，中国地质学会，在湖北恩施，召开了一个《西部水利水电开发与岩溶水文地质学术研讨会》，有会议论文集汇编。代表了国内(乃至国外)，当今水平最高，知识最新；对岩溶透水地区，解决蓄水问题的、最权威的技术总结资料。会议虽涉及了盲谷建库问题，但其中并未见有、或类似本发明以《单向防渗层》为关键的盲谷建库方案技术资料。
在地质条件复杂的地层上作水库，为防止库水从深埋藏于地下、不可预测的漏水通道流失，从理论上说有三种方法：“躲、截、补”。我国在解放以后，在三种方法中的“躲”和“截”都很成功，尤其如三峡水库的建成，堪称“躲”法运用之世界之冠。但“补法”却不理想。如上面说的那些“盲谷建库”工程，大都是采用“补”法措施的，也就是如“旧面盆”的打“补巴”，那里漏水补那里。看似简单，却很难成功。发明人周尚文曾研究过那些“双向”防渗层性能所以频遭破坏的原因，估计是丰水期高地下水位对《防渗层》的“浮压顶托”造成。为此，他当时就产生了防渗层“防渗”(对库水)、不能“妨冒”(对地下水)的“单向防渗”的设想，并在宣恩县(湖北省境内)李家河区二虎寨的一个叫“消水沱”的小盲谷，安装一“逆止水阀”联通地下水与库水作试验，就初步取得了蓄水的成功。
发明内容：
本发明的主要内容有三：
一、单向防渗：
设置理由：在堵塞“落水洞”防止库水外漏同时，考虑适应丰水期地下水、气必定上升规律：“防渗”，“不妨冒”，可以调减因地下水上涨所带来的、对防渗层不断增大的、“顶托、浮压”。是保证盲谷建库成功的关键性技术措施。也是本发明的核心内容。
发明人认为：一切地下岩溶洞隙，从根源上看，它们是大地构造和地壳地质活动变迁的各种构造应力，如拉张、扭曲、剪切等力，所孕育产生的一系列张口裂隙，为水、气的侵入、流动，提供了“有缝可钻”的客观条件。以后又在历史的长河中，受水、气的冲洗、淘刷、溶滤、凝聚……等等变化。使这些封闭的地下空间，得到扩展、延伸。同时，也与周围的地面空间，建立了密不可分的“紧密联系”。地球的自转、公转，形成了地面四季气象水文的循环变化，构成了地面、地下雨水的“冬枯、夏丰”循环，在这种循环变化中，也已形成了一种稳定的平衡，这也就是“地下水、气活动的客观规律”。历史上有那么多的“盲库”工程失败，就在于实施堵洞、防渗的同时，也把那些通向库区的“历史通道”全都堵塞了。当岩溶洞穴的地下水(气)，到丰水季节时，丰富的地下来水，就只能以提高地下水位，补偿其被侵占了的地下的有限的空间，这种高地下水位，便对防渗层产生了更高的“浮压、顶托”反压，地下水在失去“历史通道”后，造成了“流态失衡”，就继续不断地提高其水位，使地下水沿各种裂隙和薄弱部位，到处乱钻、四处乱串，直到达到新的“流态平衡”然后止。但今天有了《单向防渗层》，若以其堵漏防渗，情况就大变了：旧的漏水通道被堵住了，但旧的水、气入库通道却仍然完全被保存。往日地下水(气)入库的旧有通道仍然存在，旧有平衡“平安无事”不受干扰，因此，这种“防渗层”也就可能安然无恙地进行工作！
[具体组件]：它是由四种不同功能件组合的。
其一，防渗件。它是防漏、防渗的主要构件，根据材料、和工程部位不同，可有“刚性”和“柔性”两种，用砼或钢筋砼的，为刚性，适宜于陡坡或岩石绝壁漏水区带。用土、土石混合料、无毒防水材料或化纤土工布的，为柔性，适宜于30°以下平缓地面。其中，最重要的是设计层厚，是依据防渗层允许的最大地、库顶托水位差ΔHmax，及防渗层浮重(γ单-1)以确定防渗层地设计层厚H单。其关系以式表示为：
ΔHmax＝(γ单-1)H单，此式为本发明初次论证所提出，这样作，只需知道了《防渗层》工作时，其上(库水)下(地下水)两面的水压差即可，也就回避了水力受力条件绝对极值“难以界定”的难题。ΔHmax作为设计值确定之后，同时也就是工程运行是否安全的依据，即：以运行时的ΔH与ΔHmax比较：
1、ΔH≤0时，无地下水、气顶压，工程安全！
2、ΔH≤ΔHmax时，处于设计安全运转范围，工程安全！
3、ΔH≥ΔHmax时，处于设计安全范围外的危急情况，工程不安全！应取紧急除患措施。
上述三种情况，就是工程运行是否安全的判别式，(ΔH值的观测，在《压差监测》中说明)。
H单的构造：以柔性为例，一般为三层：其上为保护层，利用块石或预制块件，有防水流冲刷和清淤标志作用；中为土、或利用基础平整土、石废料，以降低成本，为“防渗层”增加自重的主体；底层为无毒防水材料或化纤土工布。以防水、无毒、抗裂(旱、冻、不匀沉陷)性能好者为优。
其二，逆止件。它是完成《防渗层》由“双向”变成“单向”功能的关键。它的活动阀板，当无地下水、或地下水压小于库水压力时，处于“止”的关闭状态；当地下水上升，处于空库、或高于库水位，“浮压顶力”达到能克服板的自重和系统阻力时，则处于“开”的入库蓄水状态。地下水的“浮压、顶托”力量逾大，阀板开启逾高，入库的地下水量也就逾大，直到达到设计的ΔHmax然后止。还有一种情况：当逆止件的出口被污物或泥沙封堵时，阀门不能自由开启，为“事故”状态。也都必须立即采取措施，消除隐患。
其三，球阀件。它主要是为消除逆止件事故而设置的，它结构简单，性能稳定，人工开启，启吊力小。兼有冲沙、空库等性能，(后面另有介绍)。它是一件中间过渡件，其中心主体，如同“十”字四通，上接逆止件，下承汇流件，左接球阀来水，右为人孔平段，为库水伸展消能。为了开启圆球，它必须外接圆球“起吊系统”。同时为了检修人员出入，它又必须外接“人孔系统”。
其四，消能汇流件。它具有汇流和消能的作用，是地下水与库水交换通道整体结构的基础，所以它必须建造在牢固可靠的岩基之上。同时，它又是地下水出入的集散中心，其地下水的入口或出口，均必须畅通无阻，因此一切原来地下水去～来的旧洞切不可盲目封堵！如原来洞口周围，有多处落水洞穴，但相互距离较近，为节省造价，可使其地下部份，相互连通，地表以上，则以《防渗层》统一处理。只要地下通道能保持畅通，漏水带地面，经平整后，即可铺设《防渗层》的底层材料。但如果原来地面有明显的泉水、或有旧河遗迹，可以暗沟形式，联引其可能发生的地下水流入于汇流井内。若一处盲谷，有多处落水洞，但相距较远，不便互联，可根据情况，或多作，或舍弃若干而少作，以达造价最低目的。
综上所述，在四个构件中，可以把逆止件、球阀件、汇水井件组合，统称为“单向防渗层控制总成”件，因此，《单向防渗层》也就是原来的《双向防渗层》加“单向防渗层控制总成”！只是在设计和构思上，更科学、更可靠了。
二、压差监测；
为观测ΔH、监视地下水“浮托、顶压”对《防渗层》工作过程，以保证工作中的最大水头差，不超过设计的最大值而设置。而地～库“压差”的变化，受地面、地下来水和逆止件“活动阀板”的自动调控等因素影响。而这个“压差”点的正确位置，一个点应位于库区与“阀板”面等高(或略高)的位置，另一个点应位于“阀板”面之下，可在“阀板”支座侧壁上开孔。另外，这两个点位的工作条件都在水下，很容易受污物或泥沙的堵塞，因此，在各自以测压管引出联结“测压表”时，两管应各自分联双阀控制，其中一个阀接表，另一个联水压管，以备在事故或定期检修时，用它清理污物堵塞或周围的泥沙。
三、泥沙冲刷。
球阀为预防地下来水超设计标准，预留进水余地，和消除逆止阀事故险情而设。此外，它还有一个特别功能：就是可以实施《防淤冲沙》。《单向防渗》堵漏，其关键设备“逆止阀”的入库口，一般均设置于库底最低处，因此，这就为其长期安全运转带来了一个不可避免的难题——泥沙淤塞。有了“球阀”，就可以利用时差，当库水位大于地下水位时，启动“球阀”，排泄浑水冲沙。此外，如有检修或空库要求，也可以安排在枯水季节实施。圆球阀抗泥沙性能优于逆止阀，安装位置又低于逆止阀，因此对保护逆止阀进口有益，必要时，也可用水枪在空库排水时，冲搅进口处已沉积的泥沙，可能较吸泥清淤更好。
小结：以ΔHmax确定防渗层厚；实施“单向防渗”堵洞、防漏。乃本发明——盲谷建库的突出特徵。
【附图说明】
1、图1为盲谷建库布局与工作原理示意图，也是摘要附图。
图中显示了盲谷透水地层及防渗层与其它构件间的相互位置和关系，还标绘出了库水、地下水各自的两种水位线(地下水位高于库水位，正处于《防渗层》受地下水浮托、顶托情况)，以及《防渗层》水力受力条件与方向。图中显示：地下水除向溶洞下游宣泄外，来不及下泄的地下水，经过逆止阀同时也向库内宣泄的情况。发明人周尚文认为：天然的岩溶落水洞形成的“落水漏斗”，分多水、丰水、少水三种类型；图中所示为多水型，其特点为少量枯水期地下来水，少于其向下游的泄水，大多时间，其地下来水，多于向下游的泄水。因此其盲谷库区，呈季节性有水状态。如周所试验治理的“消水沱”即是。丰水型特点，为枯水期其地下来水，也仍多于向下游的泄水，因此在地面表现为四季湖，但可能出现最低水位。在丰水季节(或年)，其地下来水则可达到历史最高水平，如有名的敦煌“月牙泉”，就是，只是其面积很小，称“泉”而不称“湖”。少(或亏)水型特点，则为任何时候，其地下高水位，也没有超越过落水洞口水平面，其地下枯水位，可能在洞口以下数十或百米以上，盲谷库区，从未出现过淹水现象。因此此类库区所示图中的地下高水位，在实际上只是虚设的“虚拟”地下高水位。意思是：地下的低、～高各种水位，还应各加上最低水位时，由低水位至洞口的这段垂直距离(由流体——空气充填的，因系虚拟，故不计压缩)。才是图中所示地下高水位线。
“图1”：图例说明：
①：防渗层 ②、③、④：其它单向防渗漏层控制总成
⑤：园球起吊系统 ⑥：人孔检修系统
⑦：工作桥 ⑧：操控室
⑨：圆球 ⑩：透水地层基础
地下水流溶洞 地下水汇流暗沟系统
P1：库水压力 W：防渗层自重
P2：地下水顶托、浮压力 ΔH：地下水与库水位相对差
H高：水库不同蓄水深 H’高、H’低：不同地下水与起始水位差
H单：防渗层设计厚 地下水顶托，浮压起始面
不同库水位水位线 →、↑：地下水分子流向示意
2、图2为盲谷建库各组成件大样示意，图2a：防渗件。图2b：逆止件。图2c：球阀件。图2d：消能汇流件。其中件-2～件-4组合，统称为《单向防渗控制总成》。各大样件中，包括了外接件，在图中有说明，但只示意(或说明)绘出。此外，在进出阀水口周围和上部，应有拦污格栅，未能绘出，一并在此说明。
具体实施方式：
发明人李兰静在葛洲坝水电勘察设计院工作，对具体实施本发明具备一定的有利条件，发明人希望有机会与建设单位及一切有机会协作的单位和个人搞好协作，并共同作好以下几点：
1、讲究方法，认真工作：以本发明应用于《盲谷建库》，不仅将使“补”法技术在岩溶复杂地层上建库，可能出现了一片“柳暗花明”的远景，而且和“躲、截、”两法结合，综合运用，在岩溶干旱山区，在其深谷或各级阶台台地，可以按照自然地理条件，“就高、就近、就地”选取一些“盲谷”或“类盲谷(如一些老大难漏水库、天然季节湖等)”，按最佳选址方案开发建库。然而，影响一处工程成败的决定因素很多；而且，盲谷建库又是一项地质条件有时可能会迂到很复杂情况的问题，如果又缺乏岩溶地区的实际工作经验，缺乏深入细致求实的态度，还是可能走弯路甚至于失败的，因此，应当“先小后大，由易到难、由简到繁，稳扎稳打，”逐步识累经验，以避免出现重大捐失。以后逐渐经验多了，发现和处理问题办法也更多了，情况就可能大不相同。
2、把握好勘察、选点关。把一些地质整体条件不稳、水资源缺乏、环保有隐患、防漏防护面过大、造价过高、……等等不适宜的库址，排除在选点初期工作中。保证盲谷建库既要成功，又要价低！
3、把设计、施工、管理、养护等工作，从一开始就共同注意、共同努力，积累经验，改进技术，争取更多的创新。
虽然盲谷建库是一项既古老而又“全新”工程项目，相信今后到适当的时候，在透水地层上，原来认为不可能蓄住水的地方，一批造价便宜、工程简便的“人工水库”，将会应运而生！