壩址區(qū)垂直溫度場及其水文地質(zhì)意義——以湖北溇水江坪河水電站為例

易連興，李孟德，李學(xué)政

（1.中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004；2.中南水電勘測設(shè)計研究院，長沙 410014）

壩址區(qū)垂直溫度場及其水文地質(zhì)意義
——以湖北溇水江坪河水電站為例

易連興1，李孟德2，李學(xué)政2

（1.中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004；2.中南水電勘測設(shè)計研究院，長沙 410014）

江坪河水電站壩址區(qū)鉆孔內(nèi)分層水溫隨埋深增大而上升，鉆孔孔底水溫17.16℃～19.83℃為所處河灣地塊巖溶地下水代表性水溫，鉆孔頂面水溫15.88℃～16.30℃與河水水溫15.81℃相近，反映了壩址區(qū)河水位比下伏巖溶水位高，部分河水下滲補(bǔ)給下伏巖溶水。通過比較得出，左岸ZK17與右岸ZK19一線，河水對巖溶地下水下滲補(bǔ)給比下游ZK79、ZK36地段強(qiáng)烈。分層測溫這種簡單易行的研究分析方法對具有復(fù)雜水動力場的同類型巖溶峰叢峽谷建壩有一定參考意義。

巖溶峽谷；水電站；垂直溫度場；水文地質(zhì)

1 地質(zhì)背景及問題

江坪河水電站位于湖北省鶴峰縣溇水上游河段，設(shè)計壩高220m，正常蓄水位475m，庫容14億m3，裝機(jī)容量500MW。壩區(qū)溇水水位290～294m，正常蓄水位比河水位高185m。

建壩地段，河流從北東朝南西急劇轉(zhuǎn)向，使右岸形成銳角形河灣地塊。河灣地塊由寒武系下統(tǒng)（∈1l2）和中上統(tǒng)（∈2+3）、奧陶系中下統(tǒng)（O1+2）地層組成，巖性以中厚層白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r為主；地形高程500～1200m，地貌屬巖溶峰叢洼地，溇水為深切峽谷。河灣地塊發(fā)育多級巖溶洼地［1］，高程550～800m，洼地內(nèi)發(fā)育眾多落水洞，大氣降水除蒸發(fā)、植被持水外所形成的地表徑流全部通過落水洞補(bǔ)給到巖溶地下水系統(tǒng)。接受補(bǔ)給后，地下水通過巖溶管道（洞穴）、裂隙的貯存和運移，最終朝南西魏家河、河灣下游、河灣上游庫區(qū)3個方向的徑流排泄，如圖1所示。

在預(yù)可、可研勘探階段，開展了河灣地塊巖溶滲漏專題研究，取得了一些成果，提出了龍王廟上段（∈1l2）單斜構(gòu)造地層存在高位地下水、同時存在發(fā)育深部巖溶和低水位的這種獨特巖溶結(jié)構(gòu)，該結(jié)論在高程480m的PD16平洞內(nèi)ZK50孔得到驗證，該孔內(nèi)高水位大于480m，在低于河床約126m龍王廟上段（∈1l2）灰?guī)r與下伏泥砂質(zhì)板巖（∈1l1）接觸帶巖溶裂隙發(fā)育，水位低于292.85m。

圖1 河間河灣地塊水文地質(zhì)簡圖

巖溶專題研究當(dāng)時主要針對河灣地塊，對勘探精度很高的壩址區(qū)研究少；2008年壩體基坑開挖發(fā)現(xiàn)巖溶地下水低于河水位等巖溶水文地質(zhì)問題，對工程設(shè)計和施工產(chǎn)生影響。下面分析巖溶專題研究工作時取得的溫度場數(shù)據(jù)，其隱含壩址區(qū)的巖溶水文地質(zhì)特征[3-5]，對類似壩址區(qū)巖溶水文地質(zhì)問題可起到參考作用。

2 溫度場及水文地質(zhì)意義

分析壩址區(qū)鉆孔水溫特點，涉及到河水水溫、河灣地塊區(qū)域地下水溫。其中泉點測溫日期為2003年10月15～18日；河水、鉆孔測溫時間為10月21日；儀器測溫精度0.01℃。

2.1 地下水溫度平面分布特征

地下水溫度在平面上的分布特征主要以河灣不同地段巖溶大泉枯水季節(jié)溫度進(jìn)行控制。2003年10月份，對6個長年性泉點進(jìn)行了多次水溫測量，溫度變化范圍為17.2℃～19.2℃，見表1。

2.2 河水水溫垂直分布特征

2003年10月21日，壩址區(qū)上下游多個測點及測面的測溫統(tǒng)計結(jié)果為：氣溫20.5℃，河水0.5m深以上溫度16.4℃，水溫隨水深增大而下降，2.0m水深處水溫達(dá)到最低為15.5℃，2.0～4.0m水深段水溫呈上升趨勢，大于4.0m水深以后水溫變化小于0.01℃，接近穩(wěn)定狀態(tài)，溫度為15.81℃，如圖2所示。

表1 巖溶大泉水溫特征

圖2 河水溫度與深度關(guān)系圖

2.3 鉆孔水溫垂直分布特征及其水文地質(zhì)意義

壩線左右兩岸布置了多個勘探孔，5個測溫鉆孔分布如圖3所示，其中左岸1個測溫孔，右岸4個測溫孔，鉆孔水位埋深3.00～111.41m，水位292.50～292.87m；在鉆孔水面以下，每隔20m孔深測溫1次，測溫結(jié)果見表2。

表2 鉆孔垂直分層測溫一覽表

鉆孔內(nèi)分層水溫變化明顯，水溫隨埋深增大而上升，在1個鉆孔內(nèi)頂面水溫最小，孔底水溫最大。 右岸ZK19、ZK58、ZK76、ZK36及左岸ZK175個鉆孔頂面水溫分布范圍為15.88℃～16.30℃，孔底水溫變化范圍為17.16℃～19.83℃，鉆孔頂面水溫與孔底水溫溫差分別為3.95，2.65，1.39，0.86，3.72℃。 在一個測量段內(nèi)溫差最大為右岸ZK19孔埋深60～80m段，溫度分別為16.42，17.55℃，相差1.13℃；5個鉆孔盡管距離較近，但不同鉆孔在相同埋深的水溫不相等，其水溫與相同埋深沒有相關(guān)性。

壩址區(qū)河流段平均水深小于1.5m，僅局部分布有深水潭，水深1.5m處河水水溫與大于4.0m深水潭的底部水溫基本相同為15.81℃，鉆孔頂面水溫與該河水15.81℃水溫比較，溫差范圍為0.07℃～0.49℃，表明鉆孔頂面水溫比河水溫稍大，但比較接近。鉆孔頂面水溫與常年性巖溶泉水溫度范圍下限17.2℃比較，比泉水下限溫度低-0.90℃～-1.32℃。鉆孔孔底水溫變化范圍為17.16℃～19.83℃，與泉水溫度范圍17.2℃～19.2℃基本相同。

上述溫度特征比較分析說明，鉆孔底部的水溫才是河灣地塊代表性的地下水水溫。鉆孔底部溫度較高的主要原因是受低溫河水的影響，即壩址區(qū)域河水位比下伏巖溶水位高，部分河水越過河床上的砂卵石層、堰塞湖粘土層等第四系松散層向下伏巖溶水補(bǔ)給，形成鉆孔內(nèi)水位、頂面水溫與河水水位、水溫基本一致；根據(jù)鉆孔頂面水溫與河水溫度、泉水溫度的溫差值大小，可以看出，左岸ZK17與右岸ZK19（包括ZK58）一線，河水對巖溶地下水下滲補(bǔ)給 比 下 游 ZK79、ZK36地段強(qiáng)烈。

圖3 壩線測溫孔分布圖

3 結(jié)語

實際工作中，充分結(jié)合壩址區(qū)所具有的勘探條件和資料數(shù)據(jù)，利用類似地下水分層測溫這種簡單易行、耗資少的常規(guī)方法及數(shù)據(jù)綜合分析，也能揭露或發(fā)現(xiàn)一些重要巖溶水文地質(zhì)問題。通常而言，區(qū)域性河流一般為地下水排泄基準(zhǔn)，即左右兩岸地下水向河道徑流排泄。類似本文出現(xiàn)的河水位比下伏巖溶地下水位高的現(xiàn)象，多出現(xiàn)在季節(jié)性河流或一些常年性小河，像溇水具有2394km2匯水面積，枯季流量大于6.0m3/s的較大型河流出現(xiàn)這種現(xiàn)象比較少見，容易使包括水電和巖溶水文地質(zhì)等專業(yè)技術(shù)人員忽視。本文呈現(xiàn)壩址區(qū)分層水溫、河水補(bǔ)給巖溶水等獨特巖溶水文地質(zhì)現(xiàn)象，供類似問題參考。

［1］盧耀如，段光杰，于海潮，等.巖溶水文地質(zhì)環(huán)境演化與工程效應(yīng)研究［M］.北京：科學(xué)出版社，1999.

［2］易連興，張之淦，胡大可，等.復(fù)雜水動力條件下的真假地下分水嶺水位判別［J］.水力發(fā)電，2007，33（2）：34-37.

［3］林學(xué)鈺，方燕娜，廖資生，等.球氣候變暖和人類活動對地下水溫度的影響［J］.北京師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，45（5/6）：452-457.

［4］方燕娜，廖資生，陳洪艷，等.吉林中部平原區(qū)地下水溫動態(tài)變化影響因素的關(guān)聯(lián)度分析［J］.吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2006，36（1）：67-72.

［5］梅建昌，姚運生，張衛(wèi)華，等.三峽水庫二期蓄水前后井網(wǎng)地下水溫特征分析［J］.大地測量與地球動力學(xué)， 2007，27（S1）：84-88.

［6］易連興，張雄，曲建強(qiáng).溇水上游古堰塞湖的發(fā)現(xiàn)及其水電工程意義[J].長江流域資源與環(huán)境，2010，19（7）：821-825.

［7］鶴峰縣志編撰委員會.鶴峰縣志［M］.武漢：湖北人民出版社，1990.

Vertical Temperature Arrangement and Hydro-geological Significance of Dam Area——A Case in the Jiangpinhe Hydropower Station,Loushui River,Hubei Province

YI Lian-xing1,LI Meng-de2,LI Xue-zheng2
（1.Institute of Karst Geology CAGS,Guilin541004,China;2.Institute of Survey and Design of Hydraulic and Electric Power,Changsha410014,China）

The water temperature increases with the depth in the drills of the Jiangpinhe hydropower station dam areas.The water temperature in the bottom of the drills is about 17.16℃～19.83℃ which is similar with the temperature of karst springs in the bay area,and the water temperature 15.86℃～16.30℃in the top of the drills is close to 15.81℃of the river water temperature,it reflects the hydrogeological significance of the water level of the river is higher than the level of the underlying karst groundwater and some water of the river enter the karst groundwater.By comparing the temperature differences,the recharge from river into karst groundwater in the area aroundZK17andZK19is stronger than the area ofZK79andZK36.The research method used in the paper is more significance for building dam in the similar karst peek cluster area.

karst gorge;hydropower station;vertical temperature arrangement;hydrogeology

P64

A

1672-9900（2011）03-0070-02

2011-03-29

易連興（1963—），男（漢族），廣西臨桂人，研究員，主要從事巖溶水文地質(zhì)研究工作，（Tel）0773-5834420。