“庫中庫”的工程地質(zhì)勘察工作探討

邢恩達 盧斌強 劉 越

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院 杭州 310002）

1 “庫中庫”的由來

大型水庫蓄水后，庫尾河流在水庫回水的頂托作用下，河流流速顯著減緩，水體自凈能力和稀釋擴散能力明顯下降，水體置換能力大大降低，大部分污染物滯留在庫區(qū)，形成明顯的岸邊污染帶。同時，大面積裸露地面的陸生植物和近岸水生植物又快速成長，蓄水淹沒后大量植物腐爛，形成嚴重的內(nèi)源污染。大型水庫一般為綜合利用型水庫，具有防洪、發(fā)電、灌溉、航運和供水等功能。一到枯水期，庫水位持續(xù)下降，在庫尾形成大范圍的水位消落帶，大片沼澤帶在烈日的烘烤、暴曬下，蚊蠅滋生，臭氣熏天，隨時有誘發(fā)傳染病的可能，不利于當(dāng)今對生態(tài)環(huán)境的要求。因此，在大型水庫的庫尾修建起到水位調(diào)節(jié)作用的大壩，減少消落區(qū)的面積、深度，形成新的、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，改善自然景觀和人居環(huán)境也逐步提上議事日程。

2 目前國內(nèi)“庫中庫”建設(shè)情況

隨著當(dāng)今社會對生態(tài)環(huán)境要求的提高，大型水庫庫尾水位下降形成的消落區(qū)的環(huán)境問題越來越引起人們的重視。以消除水位消落區(qū)潛在生態(tài)危機為主要目的“庫中庫”建設(shè)在國內(nèi)開始起步。已建成的“庫中庫”有三峽水庫庫尾的開縣“庫中庫”。其建設(shè)歷程為：2003年完成《開縣前置庫可行性研究規(guī)劃報告》，2006年8月國家發(fā)展與改革委員會批復(fù)通過了《三峽水庫開縣消落區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理水位調(diào)節(jié)壩工程可行性研究報告》。批復(fù)三峽水庫開縣消落區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理水位調(diào)節(jié)壩工程建設(shè)內(nèi)容包括水位調(diào)節(jié)壩工程和庫區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程兩大部分。水位調(diào)節(jié)壩工程由主壩、溢洪道、副壩組成。庫區(qū)生態(tài)建設(shè)工程包括沿岸生態(tài)防護林工程、濕地及多塘系統(tǒng)、敞水區(qū)生態(tài)工程三部分。生態(tài)水位調(diào)節(jié)壩工程已于2007年8月9日開工建設(shè)，目前已建設(shè)完成，初步具備蓄水條件，并于2010年9月14日開始試驗性蓄水。開縣“庫中庫”消落區(qū)面積為45km2，落差達30m。生態(tài)水位調(diào)節(jié)壩建成后，“庫中庫”可保持170m 水位，壩以上25 米落差的消落區(qū)面積可減少17.25km2，占壩址以上消落區(qū)面積24.64km2的70.1%。

3 “庫中庫”工程地質(zhì)問題

一般而言，大型水庫建成蓄水后，庫區(qū)及其鄰近地帶的地質(zhì)環(huán)境受到較大影響，會產(chǎn)生各種工程地質(zhì)問題。主要工程地質(zhì)問題是水庫滲漏、水庫浸沒、水庫塌岸、水庫淤積及水庫誘發(fā)地震問題。

對“庫中庫”而言，大壩的壩型一般采用重力壩，其水位調(diào)節(jié)壩或水位調(diào)節(jié)堰壩頂高程一般與下游水庫正常蓄水位一致或略低，這樣才能起到枯水期保持“庫中庫”水位，豐水期多余水量下泄至下游水庫的作用?！皫熘袔臁彼龅降墓こ痰刭|(zhì)問題與下游水庫的工程地質(zhì)問題基本一致。在對“庫中庫”進行工程地質(zhì)評價時，應(yīng)詳細了解下游水庫的工程地質(zhì)相關(guān)資料，并與之保持一致。需注意的是：庫岸穩(wěn)定評價中，“庫中庫”庫岸巖體或巖土體在水庫蓄水后，將長期受到浸水和波浪的沖蝕作用，有可能造成小范圍的不穩(wěn)定；在水庫淤積評價中，庫尾河流在水庫回水的頂托作用下，河流流速顯著減緩，淤積區(qū)可能會向上游擴大。

4 “庫中庫”工程地質(zhì)勘察特點

水利水電工程地質(zhì)勘察工作具有研究范圍廣、涉及學(xué)科領(lǐng)域多、勘察工作量大且周期長、采用的方法和手段需要有針對性等特點。因此，正確選擇合適的勘察手段和方法，不同方法的有效結(jié)合是極其重要的。工程地質(zhì)勘察手段主要為工程地質(zhì)測繪，工程地質(zhì)勘探，工程地質(zhì)測試與試驗等。對“庫中庫”工程地質(zhì)勘察手段的特點分別闡述如下。

4.1 工程地質(zhì)測繪

（1）收集前期地質(zhì)資料。工程地質(zhì)測繪是工程地質(zhì)勘察中最基本的工作。一般大型水庫的地質(zhì)測繪工作非常詳盡，因此收集下游水庫的地質(zhì)資料是一項非常重要的工作。

由于下游水庫的測繪重點一般在壩址區(qū)附近，而對庫尾部分的地質(zhì)測繪精度要求不高。因此，除收集前期資料外，還應(yīng)對“庫中庫”庫區(qū)，尤其對“庫中庫”的壩址區(qū)進行更為詳盡的地質(zhì)測繪工作?！皫熘袔臁眽沃穮^(qū)地質(zhì)測繪工作應(yīng)以現(xiàn)場地質(zhì)測繪為主，收集下游水庫的地質(zhì)資料為輔。

（2）現(xiàn)場地質(zhì)測繪。大型水庫庫尾的消落帶一般高差達幾十米。為查明庫區(qū)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等工程地質(zhì)條件，有必要合理安排地質(zhì)測繪的工作時間。根據(jù)烏溪江湖山庫尾水生態(tài)治理工程（以下簡稱烏庫尾治理工程）的工作體會，地質(zhì)測繪工作宜在豐水期開始，持續(xù)至枯水期結(jié)束。由于庫水的淘刷作用，庫岸無植被覆蓋，地質(zhì)構(gòu)造測繪內(nèi)容比較豐富。此外，該段期間庫水位逐漸下降，地質(zhì)人員可以乘坐交通船對庫岸逐步出露的露頭進行測繪，包括量測地層產(chǎn)狀、節(jié)理、地質(zhì)構(gòu)造等。尤其對壩址區(qū)陡峭的岸坡，隨著庫水位的下降，可以從上至下對岸坡進行全面的地質(zhì)測繪。

4.2 工程地質(zhì)勘探

與地質(zhì)測繪工作類似，工程地質(zhì)勘探工作開始前，應(yīng)詳細了解水庫的消落時間?？碧揭税才旁谪S水期和枯水期之間的過渡期進行。豐水期和枯水期不宜進行工程地質(zhì)勘探工作的原因有：

（1）“庫中庫”壩址一般盡可能布置靠近下游以保持一定的庫容。這些區(qū)域如果在豐水期進行工程地質(zhì)勘探工作，水深較深，所需套管大大增加，從而增加鉆探平臺的荷重，不利于勘探工作的進行。此外豐水期意味著多雨，多臺風(fēng)，對水上鉆探工作不利。因此，豐水期不適合進行勘探工作。

（2）“庫中庫”一般位于大型水庫庫尾，在長期蓄水作用下，水庫淤積嚴重。一般情況下，水庫庫底淤積物由淤泥等淤質(zhì)土組成。若在枯水期庫底全部出露后進行勘探工作，鉆機的搬運將是一件非常困難的事情。

工程地質(zhì)勘探工作安排在豐水期和枯水期之間的過渡期進行最為適宜。一方面，此時庫水位仍然較高，可以裝配水上鉆探平臺進行勘探工作，方便鉆孔移位。而過渡期一般為秋冬季，庫區(qū)內(nèi)風(fēng)浪較小，在鉆探平臺上工作較安全；另一方面，過渡期水深比較淺，不需要大量套管，有利于鉆探?？菟陔S著庫水位的下降，鉆探工作隨之調(diào)整，由上壩址轉(zhuǎn)移到下壩址進行。

4.3 水文地質(zhì)試驗

若壩址區(qū)存在一定厚度的覆蓋層，出于圍堰防滲要求的需要，覆蓋層一般要進行注水試驗，基巖進行壓水試驗。由前述可知，“庫中庫”壩址區(qū)水位一般較高，水文地質(zhì)試驗一般要在水下進行。因此，“庫中庫”壩址區(qū)水文地質(zhì)試驗一般有如下要求：

（1）覆蓋層進行注水試驗時，由于鉆孔水深較大，若直接進行注水試驗，效果不大，故應(yīng)在孔口接一定長度的套管，增加水頭。同時，還應(yīng)保證各套管連接的密封性，做好止水工作。

（2）基巖進行壓水試驗時，根據(jù)壓水試驗規(guī)程，地下水位在試驗段以上時，壓力計算零線為地下水位線。因此，水下基巖壓水試驗，壓力計算零線為庫水位高程。此時，壓力計中心至壓力計算零線的水頭壓力較小。為增加壓水試驗的準確性，結(jié)合水深，可調(diào)高各試驗的三級壓力。

5 烏溪江湖山庫尾水生態(tài)治理工程地質(zhì)勘察實例

5.1 工程概況

烏溪江湖山庫尾水生態(tài)治理工程位于浙江省西南部遂昌縣境內(nèi)，烏溪江上游湖山源支流上。下游湖南鎮(zhèn)水庫正常蓄水位為230m，歷年枯水期最低水位為200m。庫區(qū)水位隨湖南鎮(zhèn)水庫蓄泄起伏不定，水位消落后，部分庫底出露。為改善湖山庫尾水生態(tài)環(huán)境，擬建潛水壩，形成前置庫。

項目建議書階段對上、下壩址進行了比較，上壩址位于湖山鎮(zhèn)下游約1.4km，龍珠崗附近；下壩址位于湖山鎮(zhèn)赤山渡口上游約350m。正常蓄水位為226m，總庫容0.7億m3。

工程主要建筑物由潛水壩、導(dǎo)流隧洞組成。潛水壩為混凝土灌砌石重力壩，上壩址壩頂高程226m，壩長608m，最大壩高38m；下壩址壩頂高程226m，壩長223m，最大壩高43m。

5.2 地質(zhì)勘察工作概況

根據(jù)“庫中庫”工程特點，本次工程地質(zhì)勘察工作安排在豐水期與枯水期之間的過渡期進行，外業(yè)工作期間庫水位一般為210～200m。進場時庫水位為210m，上壩址區(qū)水深10m，下壩址區(qū)水深30m，外業(yè)結(jié)束時庫水位為200m，上壩址區(qū)露出水面，下壩址水深20m。

首先進行地質(zhì)測繪工作，庫岸經(jīng)沖刷后露頭揭露情況較好。隨著庫水位的下降，露頭斷面由上至下逐漸揭露。地質(zhì)人員每隔一段時間乘坐交通船進行庫岸的地質(zhì)測繪工作，在外業(yè)期間詳細查明了上、下壩址兩岸出露巖體的地層巖性、產(chǎn)狀、節(jié)理發(fā)育、斷層、軟弱夾層情況。為正確評價上、下壩址的工程地質(zhì)條件打下基礎(chǔ)。

地質(zhì)勘探工作與地質(zhì)測繪工作同期進行，進場時在庫尾碼頭搭建水上鉆探平臺，安裝鉆機。再用交通船將平臺拉到指定鉆孔位置，隨著庫水位的下降，上、下壩址的水深逐漸減小。因此，安排鉆孔順序為先上壩址，后下壩址。同一壩址則從左到右，先壩肩后河床。

壩址區(qū)覆蓋層進行注水試驗時，在孔口接2m 以上的套管增加水頭。同時，將各套管連接口加麻絲增加密封性，做好接口的止水工作?；鶐r進行壓水試驗中，為增加試段壓力，將各段次的試驗壓力調(diào)整為0.3、0.6、0.9MPa。

根據(jù)水文地質(zhì)試驗，查明上壩址區(qū)河床砂礫卵石層滲透系數(shù)K=1.2×10-3～5.3×10-3cm/s，屬中等透水性。相對隔水層線埋深(q≤5Lu)：左岸20.0～30.0m，河床18.0～20.0m，右岸25.0～35.0m。下壩址區(qū)河床砂礫卵石層滲透系數(shù)K=1.1×10-3～1.7×10-3cm/s，屬中等透水性。相對隔水層線埋深(q≤5Lu):左岸25.0～30.0m，河床10.0～15.0m，右岸25.0～30.0m。

經(jīng)過前期詳細的工程地質(zhì)勘察工作，基本查明了上、下壩址的工程地質(zhì)條件。上壩址兩岸地形左緩右陡，河谷相對較寬，組成壩基的巖性較復(fù)雜，有流紋質(zhì)晶屑玻屑凝灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖、砂巖、砂礫巖和安山玢巖。巖體堅硬程度相差較大，壩基巖體從CⅢ類到AⅢ2類不等。壩址斷裂小構(gòu)造發(fā)育，左岸受斷層影響，全風(fēng)化帶較厚，壩基由于差異風(fēng)化，發(fā)育緩傾角軟弱夾層，產(chǎn)狀80°，NW∠11°，傾向下游偏右岸，對抗滑穩(wěn)定不利。上壩址工程地質(zhì)條件一般，經(jīng)工程處理后具有建壩條件。下壩址兩岸地形對稱，河谷相對較窄，壩址巖性由英安質(zhì)含角礫晶屑玻屑凝灰?guī)r和晶屑凝灰?guī)r組成，兩壩肩位置發(fā)育凝灰?guī)r和鈣質(zhì)粉砂巖夾層。壩基巖體以AⅢ2類和AⅡ類為主。壩址斷裂構(gòu)造不發(fā)育，壩基巖體相對較完整，弱風(fēng)化帶埋深較淺。壩址雖有緩傾角軟弱夾層分布，但分布高程較高，且總體傾向上游，工程地質(zhì)條件總體較上壩址好。因此，僅從地質(zhì)條件分析，下壩址優(yōu)于上壩址。

6 結(jié)論

（1）在對“庫中庫”進行工程地質(zhì)評價時，應(yīng)注意與下游水庫的工程地質(zhì)相關(guān)資料保持基本一致；對庫岸進行穩(wěn)定評價時，應(yīng)考慮到“庫中庫”庫岸巖體或巖土體在水庫蓄水后，有可能造成小范圍的不穩(wěn)定；對于水庫淤積評價時，應(yīng)注意到由于庫尾河流在水庫回水的頂托作用下，河流流速顯著減緩，淤積區(qū)可能會向上游擴大。

（2）對于地質(zhì)勘察工作的安排應(yīng)選擇合適的外業(yè)工作時間。地質(zhì)測繪工作宜在豐水期開始，持續(xù)至枯水期結(jié)束。工程地質(zhì)勘探工作宜安排在下游水庫豐水期和枯水期之間的過渡期進行。

（3）“庫中庫”壩址區(qū)地質(zhì)測繪工作以現(xiàn)場地質(zhì)測繪為主，收集下游水庫的地質(zhì)資料為輔。

（4）“庫中庫”壩址區(qū)水文地質(zhì)試驗考慮到水頭的影響，試驗時注水試驗宜增加水頭，基巖宜增加試段壓力。

1 沈鎮(zhèn)偉，邢恩達等.烏溪江水生態(tài)治理工程項目建議書[R].2010.