淜頭水電站工程地質(zhì)條件及滲漏分析

王學(xué)勤

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概況

淜頭水電站位于平順縣濁漳河下游辛安至北耽車河谷段，擋水建筑物為攔河水閘，位于耽車村附近，設(shè)計(jì)正常蓄水位603.0m。

該水電站位于濁漳河北耽車段河谷內(nèi)，為典型的河流地貌單元，河谷呈“U”形谷，河道彎曲，河谷寬約35～200m，河岸陡立，河床高程 585.0～595.0m，河床寬30～100m，常年有水。

該區(qū)位于太行山中南段，屬海河流域，地勢(shì)東高西低，境內(nèi)最高峰小家山海拔996.9m。地貌為剝蝕中山區(qū)和河谷區(qū)。濁漳河為山西省較大河流之一，由西向東流經(jīng)本區(qū)。剝蝕中山區(qū)沿河谷兩岸分布，基巖裸露，山體多為灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，山勢(shì)陡峻。山頂高度850～975m，相對(duì)高差50～125m；沖溝發(fā)育，呈樹(shù)枝狀分布。

2 區(qū)域構(gòu)造及地層巖性

該區(qū)位于呂梁太行斷塊的東南部，受構(gòu)造影響，地層總體為NW向傾斜的單斜構(gòu)造。本區(qū)斷裂發(fā)育，主要呈NEE，NE向展布，多為張性成因，斷裂破碎帶寬度一般小于10m，斷裂結(jié)構(gòu)面傾角較陡。據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。工程區(qū)地震基本烈度為7度。在構(gòu)造上位于微子鎮(zhèn)背斜東南翼，斷層走向多為NEE向，區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀N70°～85°E/NW∠3°～9°。庫(kù)區(qū)巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有4組，其產(chǎn)狀分別為：第 1 組 N10°～30°E/NW 或 SE∠70°～90°；第2組 N40°～70°W/NE 或 SW∠70°～90°；第 3 組 N60°～80°E/SE∠70°～90°；第 4 組 N10°～30°W/SW∠60°～80°。庫(kù)區(qū)內(nèi)發(fā)育4條較大的斷層，分別為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，其中F4斷層位于閘址附近。

區(qū)內(nèi)出露地層有古生界寒武系灰?guī)r、頁(yè)巖夾薄層細(xì)砂巖及灰?guī)r，奧陶系灰?guī)r夾泥灰?guī)r及白云巖，地表覆蓋層為第四系洪沖積、坡殘積低液限黏土、低液限粉土、卵石混合土、碎石土等。

3 地下水類型

本區(qū)地下水分為碳酸鹽巖類巖溶裂隙水和松散巖類孔隙水兩種類型。松散巖類孔隙水賦存于第四系松散層孔隙中，分布于河流階地及山間黃土堆積區(qū)，主要含水層為全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)洪沖積低液限粉土及卵石混合土。碳酸鹽巖類巖溶裂隙水賦存于寒武、奧陶系可溶性灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r的裂隙、溶隙、溶洞中，泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及頁(yè)巖為相對(duì)隔水層，巖溶裂隙水在濁漳河兩岸以泉或泉群的形式出露，溢出地表，為接觸溢流巖溶泉。

庫(kù)區(qū)地下水受大氣降水和上游濁漳河水補(bǔ)給。二者具有一定的水力聯(lián)系，河谷中松散巖類孔隙水除接受大氣降水、河水補(bǔ)給外，還可接受兩岸碳酸鹽巖類巖溶裂隙水的補(bǔ)給；在河谷兩岸基巖裸露地段的巖溶裂隙水主要接受大氣降水直接補(bǔ)給，被松散層覆蓋地段的還可接受大氣降水或河水通過(guò)上覆松散巖溶裂隙水的間接補(bǔ)給，以泉的形式溢出地表向濁漳河排泄。區(qū)內(nèi)地下水由兩岸向河谷運(yùn)移，從上游向下游運(yùn)動(dòng)。

4 庫(kù)區(qū)滲漏分析

4.1 巖溶通道滲漏分析

庫(kù)區(qū)正常蓄水位以下的地層巖性為張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r，巖溶發(fā)育較弱，由于該巖層硬且脆，巖體中裂隙發(fā)育，這些裂隙控制巖溶發(fā)育，極易形成裂隙巖溶。但構(gòu)造直接影響巖溶的發(fā)育，控制著巖溶發(fā)育方向及地下水儲(chǔ)存和運(yùn)移，裂隙為巖溶提供了發(fā)育條件，斷層對(duì)巖溶的發(fā)育起控制作用，區(qū)內(nèi)斷層多為高角度張性斷層，破碎帶不寬，具有導(dǎo)水及相對(duì)隔水作用，即垂直方向上起連通導(dǎo)水作用，在水平方向上將巖溶層錯(cuò)斷起阻水作用。

庫(kù)區(qū)處于辛安泉排泄區(qū)末端，主排泄區(qū)為庫(kù)區(qū)上游的王曲泉群。庫(kù)區(qū)內(nèi)出露的泉少且流量小，僅在分析區(qū)內(nèi)下游處存在管道狀巖溶，但管道細(xì)且密度稀。因此經(jīng)此通道滲漏量極其微小，可不作考慮。

4.2 泉眼排泄?jié)B漏分析

庫(kù)區(qū)位于石會(huì)泉群排泄區(qū)，泉水出露高程600.0～615.0m。參考辛安泉域研究資料，泉群在辛安村一帶出露有兩個(gè)原因：一是濁漳河是本區(qū)主要河流，從辛安村開(kāi)始向東橫穿太行山，沿河高程600.0m左右，成為整個(gè)泉域內(nèi)最低的排水基準(zhǔn)；二是在辛安村一帶出露奧陶系下統(tǒng)白云巖弱透水層，使上游奧陶系中統(tǒng)巖溶水受阻而匯集溢流成泉，形成王曲泉群，北耽車以下，沿河床出露的寒武系上統(tǒng)碎屑巖，具有良好的阻水作用，寒武系上統(tǒng)—中統(tǒng)含水層的地下水在此段受隔水層阻擋溢流地表，形成石會(huì)泉群，該泉應(yīng)為接觸溢流巖溶泉。泉域1956—2000年45年平均流量為9.64m3/s，1980—2000年 21年平均流量為7.27m3/s，泉水流量總體上呈減少的趨勢(shì)，從20世紀(jì)70年代后期，減速開(kāi)始加快，2003年僅4.94m3/s，多年平均降水量是影響泉流量的主要因素。受區(qū)域降水量的控制及開(kāi)采量的影響，泉域內(nèi)地下水位持續(xù)下降，泉域邊界移動(dòng)，面積縮小。該區(qū)為辛安泉域的排泄區(qū)，總體為兩岸補(bǔ)給河水，上游補(bǔ)給下游，不存在泉眼排泄?jié)B漏的可能性。

4.3 通過(guò)地下水滲漏分析

參考泉域內(nèi)水文地質(zhì)調(diào)查資料，庫(kù)區(qū)東北部在清漳河、濁漳河間存在地下水分水嶺，地下水分水嶺在黎城東陽(yáng)關(guān)一帶，其地下水位高程在640.0m以上。在潞城附近、平順縣城、黎城等深井地下水位高程685.0～631.0m，均高于正常蓄水位603.0m，據(jù)地下水等水位線圖可在判定地下水由西北、西、西南方向補(bǔ)給庫(kù)區(qū)地下水，且?guī)靺^(qū)南部地勢(shì)較高，附近沒(méi)有低的鄰谷，分水嶺高而遠(yuǎn)，且兩岸山體雄厚，沒(méi)有通過(guò)地下水向庫(kù)外滲漏的可能。

4.4 河間地塊滲漏分析

庫(kù)區(qū)位于一深切峽谷區(qū)，兩岸山體渾厚，沒(méi)有低鄰谷分布，在閘址左岸附近，由于下游河道轉(zhuǎn)向，形成約1～2km的河間塊地。庫(kù)區(qū)出露地層以F4斷層為界，F(xiàn)4斷層至庫(kù)尾段分布地層為寒武系崮山組、長(zhǎng)山組、張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r等，均為中等透水巖體；F4斷層至閘址段，分布地層為寒武系徐莊組泥質(zhì)頁(yè)巖夾薄層灰?guī)r，為弱透水巖體，底部泥質(zhì)頁(yè)巖為相對(duì)隔水層。庫(kù)區(qū)兩岸山體高陡，巖層總體傾向上游偏左岸，傾角4°～7°，巖溶不發(fā)育，巖體裂隙發(fā)育。受F4斷層的影響，斷層北西盤相對(duì)下降，南東盤相對(duì)上升，造成庫(kù)區(qū)左岸徐莊組相對(duì)隔水巖層較低，在閘址處高程為585.0m左右，右岸相對(duì)隔水層較高，在閘址處高程為610.0m，按其產(chǎn)狀分析，在庫(kù)區(qū)右岸隔水層高程大于610.0m。因此水庫(kù)蓄水后左岸可能存在沿河間地塊巖溶裂隙向下游的滲漏，而右岸受隔水巖層阻隔，不存在滲漏。

4.5 斷層滲漏分析

庫(kù)區(qū)存在F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4四條斷層，斷層橫切河谷，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3 斷層沒(méi)有延伸到庫(kù)外，可不考慮 F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3斷層對(duì)滲漏的影響。對(duì)庫(kù)區(qū)滲漏可能有影響的是F4斷層，該斷層橫穿庫(kù)區(qū)后通過(guò)閘址上游左岸的河間地塊延伸到閘址下游河道。據(jù)觀察，在斷層切過(guò)下游河道處未見(jiàn)斷層滲水。該斷層帶通過(guò)河床段，覆蓋層厚度36.7m，主要為低液限粉土、低液限黏土夾卵石混合土，滲透性較弱，說(shuō)明在目前河水位情況下沿F4斷層帶滲漏不大。在水庫(kù)蓄水位抬高后，可能存在庫(kù)水沿F4斷層帶向下游河道的滲漏。

經(jīng)以上分析，水庫(kù)正常蓄水后，庫(kù)區(qū)不存在沿兩岸向庫(kù)外產(chǎn)生永久性滲漏，僅在近壩段存在沿下壩址左岸河間地塊及F4斷層帶向下游河道的滲漏。

5 庫(kù)區(qū)蓄水后滲漏量估算

5.1 河間地塊巖溶裂隙滲漏估算

河間地塊分布地層為寒武系崮山組、長(zhǎng)山組、張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r等，為中等—弱透水巖體，其下為徐莊組隔水巖層；庫(kù)區(qū)滲漏主要是沿張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r節(jié)理裂隙的滲漏；參考寒武系張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r壓水試驗(yàn)資料，其滲透系數(shù)取2.11m/d。壩前正常蓄水位為603.0m，隔水層頂高程約470.0m；下游河床水位586.0m，隔水層頂高程約457.0m；可將隔水層底面視作一平面，即以高程約464.0m視作統(tǒng)一的隔水底板。

經(jīng)計(jì)算，河間地塊巖體裂隙滲漏量為3235m3/d，相當(dāng)于0.037m3/s。

5.2 F4斷層帶滲漏估算

F4斷層為正斷層，斷距大于100m ，斷層帶寬約8～10m，破碎帶物質(zhì)主要為斷層角礫巖、斷層泥；斷層帶在高程約580.0m及以上部分為寒武系張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r與寒武系固山組、長(zhǎng)山組、張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r間的斷層，破碎帶主要物質(zhì)以斷層角礫為主，滲透性較強(qiáng)；在高程約580.0m以下部分為寒武系張夏組鮞狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r與寒武系徐莊組泥頁(yè)巖間的斷層，破碎帶產(chǎn)物以斷層泥為主，滲透性較弱,滲漏量可以忽略。因此在計(jì)算斷層帶滲漏時(shí)不考慮沿?cái)鄬訋У拇怪毕聺B，只考慮沿?cái)鄬訋蛳掠蔚臐B漏。

目前，F(xiàn)4斷層無(wú)可參考的鉆孔壓水資料，但庫(kù)區(qū)F3斷層與F4斷層的性質(zhì)、規(guī)模等特征相近，F(xiàn)3斷層主要涉及中奧陶系灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r及下奧陶系、上寒武系白云巖、灰?guī)r，斷裂帶內(nèi)溶隙、溶洞較多。據(jù)F3斷層帶鉆孔壓水試驗(yàn)資料，透水率平均值為132.52Lu，大值平均值167.84Lu，換算成滲透系數(shù)為平均值1.39m/d，大值平均值1.88m/d。

參照F3斷層并結(jié)合F4斷層帶特征及蓄水后斷層帶滲漏通道的特點(diǎn)，本次F4斷層帶滲漏計(jì)算滲透系數(shù)近似取1.5m/d。經(jīng)計(jì)算得，斷層帶滲漏量為22m3/d，相當(dāng)于 0.00025m3/s。

通過(guò)計(jì)算可知，庫(kù)區(qū)總滲漏量為3257m3/d，相當(dāng)于0.03725m3/s。與濁漳河地表徑流量相比，滲漏量很少，對(duì)水庫(kù)蓄水幾乎沒(méi)有影響。

6 結(jié)語(yǔ)

庫(kù)區(qū)位于濁漳河北耽車段河谷，呈“U”形谷，兩岸陡立，山體雄厚，區(qū)內(nèi)巖溶不發(fā)育，且為辛安泉域的排泄區(qū)，兩岸補(bǔ)給河水，上游補(bǔ)給下游，地下水分水嶺高而遠(yuǎn)，僅存在河間地塊和F4斷層滲漏，但滲漏量較小，說(shuō)明該段河谷具備建庫(kù)條件。