石門(mén)洞水庫(kù)上壩方案庫(kù)尾灰?guī)r滲漏分析與計(jì)算

徐連鋒 王根華 李劍修

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 蚌埠 233001）

石門(mén)洞水庫(kù)上壩方案庫(kù)尾灰?guī)r滲漏分析與計(jì)算

徐連鋒 王根華 李劍修

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 蚌埠 233001）

石門(mén)洞水庫(kù)為?。?）型水利工程，壩高28m，海拔高程1800～2060m，巖溶地貌發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜。上壩方案庫(kù)尾分布志留系上統(tǒng)妙高組（S3m）灰?guī)r，為懸托型河谷，灰?guī)r區(qū)存在庫(kù)底滲漏問(wèn)題。本文根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、庫(kù)尾灰?guī)r鉆探與壓水試驗(yàn)資料，通過(guò)庫(kù)尾灰?guī)r的性質(zhì)、水文地質(zhì)條件，計(jì)算庫(kù)尾灰?guī)r區(qū)的滲漏量，分析其對(duì)建庫(kù)條件的影響，提出處理措施。

石門(mén)洞水庫(kù) 懸托河 巖溶地區(qū) 水文地質(zhì)條件 庫(kù)底灰?guī)r滲漏

1 工程概況

石門(mén)洞水庫(kù)位于云南省宜良縣北部芹菜河上游石門(mén)洞附近。因2009～2010年云貴高原遭遇特大旱災(zāi)，造成當(dāng)?shù)刈魑锝^收，人畜飲水困難，供需水矛盾十分突出。修建石門(mén)洞水庫(kù)可改善當(dāng)?shù)鼐用耧嬎⑥r(nóng)田灌溉條件。芹菜河屬珠江流域南盤(pán)江右岸二級(jí)支流，河床平均坡度4.497%。上壩方案300年一遇校核洪水位1834.26m，總庫(kù)容為109.6萬(wàn)m3，正常蓄水位為1832.0m，最大壩高28m，為?。?）型水利工程。

石門(mén)洞水庫(kù)上壩址在石門(mén)洞上游450m處，根據(jù)地形、地貌條件，上壩壩基滲漏范圍較小、透水層厚度略小，相對(duì)地質(zhì)問(wèn)題較簡(jiǎn)單，地質(zhì)條件總體較好，故選擇上壩方案。但庫(kù)盆尾部分布志留系上統(tǒng)妙高組灰?guī)r（S3m），庫(kù)尾灰?guī)r區(qū)存在滲漏問(wèn)題，直接影響成庫(kù)條件及規(guī)模，需進(jìn)一步分析庫(kù)尾灰?guī)r區(qū)滲漏量。

2 庫(kù)區(qū)地質(zhì)條件概況

上壩庫(kù)區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)小江斷裂帶東部，嵐光山向斜的西翼，地勢(shì)起伏較大，為低淺切割中山地形。區(qū)內(nèi)地勢(shì)大體東北高，西南低，河流自北東向西南流經(jīng)庫(kù)區(qū)，東部最高海拔2060m。

上壩方案正常蓄水位1832m，回水長(zhǎng)度近1.0km，滲漏主要產(chǎn)生在庫(kù)尾志留系上統(tǒng)妙高組（S3m）泥灰?guī)r、灰?guī)r分布區(qū)?；?guī)r沿河分布長(zhǎng)度180m，灘地高程1822～1826m，寬度20～30m，河底高程1820～1822m。

庫(kù)尾灰?guī)r處于與嵐光山向斜主軸近平行的次一級(jí)褶皺背斜的核部附近，巖層產(chǎn)狀125°～145°∠25°～28°，富水性不穩(wěn)定、不均勻；上部為泥灰?guī)r弱風(fēng)化巖體，透水率一般小于7.0Lu，中部灰?guī)r巖溶較發(fā)育，透水率為16～100Lu，巖體裂隙及溶孔較發(fā)育，地下水位埋深較大，地下水主要以巖溶水向侵蝕基準(zhǔn)面排泄，徑流途徑長(zhǎng)，基本由北流向南；灰?guī)r周?chē)貙訛橹玖粝涤颀埶陆M（S3y）泥巖、頁(yè)巖，弱透水性。

沿河谷沖積層分布孔隙水。沖積層以卵石、砂礫石和粉土質(zhì)礫為主，滲透系數(shù)為5.0×10-3cm/s，中等透水性，賦水性較強(qiáng)。山體表層、河床兩側(cè)分布?xì)埰路e層，以含礫粉質(zhì)粘土為主，滲透系數(shù)為3.05×10-5cm/s，弱透水性。

根據(jù)庫(kù)尾灰?guī)r區(qū)鉆孔資料，表層為含礫粉質(zhì)粘土，上部泥灰?guī)r夾灰?guī)r（埋深25.5～30.2m以上，相應(yīng)高程1800.96～1795.96m以上）為弱風(fēng)化，透水率3.30～7.08Lu，屬于弱透水性；地下水位基本穩(wěn)定，埋深5.2～6.0m，相應(yīng)高程1818.66～1820.12m。中部灰?guī)r（埋深25.5～30.2m以下、35.0～44.5m以上巖體）沿層面發(fā)育溶蝕現(xiàn)象，有小溶洞，透水率16～100Lu，屬于中等～強(qiáng)透水性；孔深在25.5～30.2m以下時(shí)地下水位突然下落，地下水位埋深34.04～33.26m，相應(yīng)高程1792.42～1792.86m。底部巖溶不發(fā)育，透水率3.97～9.36Lu，屬于弱透水性。

3 庫(kù)區(qū)滲漏分析

根據(jù)地質(zhì)資料，庫(kù)尾灰?guī)r中分布兩個(gè)水位，中間隔水層為弱風(fēng)化泥灰?guī)r夾灰?guī)r，屬于弱透水性。上層地下水沿河道砂卵石層及泥灰?guī)r表層流動(dòng)，向深部垂直排泄弱，向下游水平方向排泄強(qiáng)，即灰?guī)r區(qū)表層地下水以水平運(yùn)動(dòng)為主。且左岸出露泥灰?guī)r的溝谷中有地表水流入庫(kù)區(qū)，上游頁(yè)巖區(qū)也有三處泉水分布，說(shuō)明上部弱透水泥灰?guī)r有一定的隔水作用。中部灰?guī)r開(kāi)始漸發(fā)育張性節(jié)理，裂隙傾角45°～80°，沿層面見(jiàn)溶蝕現(xiàn)象，局部發(fā)育小溶洞，中等～強(qiáng)透水性；地下水以垂直運(yùn)動(dòng)為主，造成地下水位低，形成第二含水層。二層地下水間的泥灰?guī)r隔水層作用，使該段河流形成懸托河。

根據(jù)灰?guī)r產(chǎn)狀、區(qū)域灰?guī)r分布情況以及區(qū)域水文地質(zhì)條件，該處深層地下水主要向南排泄，水位與南部南盤(pán)江排泄基準(zhǔn)面有關(guān)；而該處庫(kù)尾灰?guī)r與下游石門(mén)洞河道段灰?guī)r為同一層，且地下水位高于石門(mén)洞處灰?guī)r地下水位，說(shuō)明地下水也可以通過(guò)玉龍寺組頁(yè)巖下部的灰?guī)r向石門(mén)洞灰?guī)r帶排泄。因此庫(kù)水存在滲漏通道，可通過(guò)庫(kù)尾灰?guī)r區(qū)表層弱透水泥灰?guī)r進(jìn)入中部透水層灰?guī)r，向庫(kù)外滲漏。因庫(kù)尾段地勢(shì)較高，水頭最大為10.0m，上部弱透水泥灰?guī)r厚度在25.5m以上，有一定的隔水作用，因此庫(kù)尾弱透水灰?guī)r區(qū)雖然存在滲漏問(wèn)題，但通過(guò)上部泥灰?guī)r層向庫(kù)外滲漏量不會(huì)很大。

表1 上部泥灰?guī)r隔水層等效滲透系數(shù)計(jì)算成果表

表2 石門(mén)洞水庫(kù)正常蓄水位日滲漏量計(jì)算表

表3 庫(kù)尾灰?guī)r區(qū)滲漏計(jì)算成果表

4 庫(kù)區(qū)滲漏計(jì)算

4.1 隔水層等效滲透系數(shù)的計(jì)算

隔水層不同試驗(yàn)段透水率不同，首先將上部隔水層各壓水試段透水率換算成滲透系數(shù)，進(jìn)一步將各段滲透系數(shù)轉(zhuǎn)化為整個(gè)隔水層的等效滲透系數(shù)。

根據(jù)《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》（SL31-2003）公式（6.0.4）及附錄C公式（C）與相關(guān)公式，推導(dǎo)出滲透系數(shù)（K）與透水率（q）關(guān)系式：

式中：L——試段長(zhǎng)度（m）；

r0——鉆孔半徑（m），按0.045m計(jì)。

因灰?guī)r分布區(qū)庫(kù)水滲漏方向垂直于透水層，且灰?guī)r受構(gòu)造、溶蝕作用影響，各段滲透性不同，上部相對(duì)隔水層等效滲透系數(shù)（K）按下面公式計(jì)算：

式中：L——透水層總厚度（m）；

Li、ki——第i層厚度（m）及滲透系數(shù)（m/d）。

根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)按公式（1）、（2）分別計(jì)算各段試驗(yàn)段滲透系數(shù)及隔水層等效滲透系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

4.2 滲漏面積計(jì)算

滲漏面積根據(jù)1∶2000地質(zhì)圖，按等高線計(jì)算線內(nèi)面積。圖中等高線間距為2m，為減少水頭統(tǒng)計(jì)誤差，滲漏面積按相鄰等高線范圍分區(qū)確定，按相鄰等高線面積的差值分區(qū)計(jì)算等高線間面積。正常蓄水位1832.0m以下面積為14200m2。各分區(qū)面積計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2第三列，滲漏面積平均高程按底邊高程計(jì)。

4.3 滲漏量計(jì)算

根據(jù)鉆孔資料，灰?guī)r區(qū)滲徑（L）按地面高程與隔水層底高程約1800m間厚度計(jì)；滲透水頭（H）按正常蓄水位與地面高程差值計(jì)。按達(dá)西公式計(jì)算每天滲漏量，各計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)按ZK15孔計(jì)算的等效滲透系數(shù)確定的滲漏量為115.69m3/d，按ZK14孔的等效滲透系數(shù)確定滲漏量為85.35m3/d，平均為100.52m3/d。全年滲漏量按365天計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

5 結(jié)論

由表3可見(jiàn)灰?guī)r區(qū)年滲漏量為3.67×104m3，約占總庫(kù)容3.35%，為中等滲漏。水庫(kù)總庫(kù)容扣除尾部灰?guī)r區(qū)年滲漏量仍大于100×104m3，可滿足小型水庫(kù)的庫(kù)容要求，滲漏不影響該水庫(kù)的?。?）型規(guī)模，該庫(kù)區(qū)具備建庫(kù)條件?？紤]到當(dāng)?shù)厮Y源緊張，為提高水庫(kù)效益，庫(kù)尾灰?guī)r區(qū)應(yīng)采取防滲處理措施，可在灰?guī)r分布區(qū)設(shè)置粘性土水平鋪蓋進(jìn)行防滲處理