大沙河水庫老龍洞巖溶泉地下集雨面積的論證

袁代江

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽550002)

水文與地質(zhì)是水利工程水源建設(shè)的基礎(chǔ)專業(yè)，其中地質(zhì)對水庫的成庫建壩條件起作關(guān)鍵性的作用，水文對工程的規(guī)模與建筑物的安全密不可分。水庫集雨面積的大小又是水文最基礎(chǔ)的工作。當(dāng)水庫涉及地表與地下集雨面積時水文計算顯較為復(fù)雜，但若有實測資料予以驗證的話是相當(dāng)準(zhǔn)確的。道真大沙河水庫曾在改革開放前已經(jīng)準(zhǔn)備開工建設(shè)，并設(shè)置水庫專門水文站，并取得1977～1979年3年的實際觀測資料。經(jīng)水文資料驗證大沙河老龍洞泉水控制集雨積約為22.5 km2，經(jīng)地形圖量測老龍洞地表集雨面積不會超過18.5 km2。項目在咨詢的過程中集雨面積的爭論成為了該項目是否上馬的關(guān)鍵，若不能查清該泉水控制的集雨面積，水庫的來水量與建筑物的安全將得不到充分保障，項目建設(shè)會由于此事而擱置。因此，查明老龍洞泉水控制集雨積及其地下水的補給、徑流、排泄條件成為了項目成敗的制約因素，本文根據(jù)老龍洞巖溶泉水區(qū)出露的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及巖溶水文地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)的分析，并結(jié)合連通試驗，最終準(zhǔn)確地劃定了老龍洞巖溶泉控制的集雨面積為23 km2，其中地表集雨面積18.5 km2，老龍洞襲奪相鄰流域的燈臺壩一帶枯季地下地下集雨面積約7.1 km2，換算地表集面積4.5 km2而獲得審查專家認(rèn)可。

1 工程概況

大沙河水庫灌溉工程是道真縣建國經(jīng)來最大的水利工程，項目位于道真仡佬族苗族自治縣北部，地理位置在道真縣陽溪鎮(zhèn)境內(nèi)，距道真縣城約50 km，陽溪鎮(zhèn)至壩區(qū)有長約12.5 km簡易公路相通。水庫樞紐布置在芙蓉江支流凌霄河上游河段，即大小沙河匯口以下約900 m處，庫區(qū)北部與重慶的武隆縣石橋鄉(xiāng)相鄰。正常高水位為1 380.5 m水庫總庫容1 770萬 m3，設(shè)計灌溉 5.71 萬畝，為灌區(qū) 3.2 萬人、3.6萬頭牲畜提供飲用水源，壩址控制集雨面積43.8 km2，其中地表集雨面積20.8 km2，老龍洞巖溶泉地下集雨面積23 km2，水庫從下游通過1.06 km的引水隧洞，將老龍洞泉水引入庫內(nèi)，引水流量10 m3/s，年引水量為1 140萬 m3，其大沙河水庫壩址的控制集雨面積還小于引流泉水控制集雨面積。因此，查明老龍洞泉水控制集雨積及其地下水的補給、徑流、排泄條件是工作的重點，下面就老龍洞泉水地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及巖溶水文地質(zhì)條件及連通試驗情況進(jìn)行論證。

2 老龍洞巖溶泉的地質(zhì)概況

老龍洞巖溶泉位于壩址下游約1.2 km的陡巖上，測區(qū)屬侵蝕性中低山地貌向侵蝕、溶蝕性中低山峽谷地貌過渡帶，地貌形態(tài)與地層巖性的分布密切相關(guān)。壩址以上水庫區(qū)，河床兩岸主要分布S2h的砂、泥(頁)巖。由沙、泥(頁)巖組成的河床兩岸山體雄厚，河谷一般呈較對稱的“V”型谷。壩址下游，河床及兩岸下部，分布S2h的砂質(zhì)泥、頁巖，為相對隔水的軟質(zhì)巖類。兩岸上部則為P2q+m的灰?guī)r，屬硬質(zhì)巖類。不同巖性接觸帶地下水活動強烈，灰?guī)r中巖溶極發(fā)育。在地表及地下水的侵蝕、溶蝕作用下，上部巖體常產(chǎn)生崩塌。兩岸地形坡度下緩上陡，河谷地貌形態(tài)為一不對稱“V”型河谷。上部灰?guī)r常形成陡崖，部分由于裂隙切割而形成危巖。壩址段河床高程1 330～1 335 m，兩岸高程1 610～1 700 m，相對高差275～370 m。老龍洞巖溶泉發(fā)育于水庫左岸上部P1q+m的灰?guī)r中，在與下部S2h的砂、泥(頁)巖接觸帶出露，泉點高程1 448 m，枯季流量48 L/s。其水庫及壩區(qū)出露地層情況如下:

小河壩組(S1x):巖性為灰綠、黃綠色薄—中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾黃綠色頁巖，厚128～195 m，分布于庫區(qū)右岸。

韓家店組(S2h):可分為上、下兩段。主要分布于水庫及壩址區(qū)。

下段(S2h1)黃灰、黃綠色粉砂質(zhì)頁巖為主夾薄至中厚層泥質(zhì)粉砂巖及灰?guī)r透鏡體。厚255 m。

上段(S2h2)黃灰、紫紅及灰綠色粉砂質(zhì)泥、頁巖。夾鈣質(zhì)、泥質(zhì)粉砂巖。上部含灰?guī)r透鏡體。厚348 m。

二迭系:梁山組、棲霞組、茅口組、龍?zhí)督M、大隆、長興組，分布于庫區(qū)左岸山陡巖及山頂緩坡區(qū)

梁山組(P1L):假整合于S2h之上。上部為灰黑色碳質(zhì)頁巖，下部灰黑、灰白色泥巖及鋁土巖，厚0.5～5.2 m。

棲霞組(P1q):灰、灰黑色中－厚層灰?guī)r，含燧石結(jié)核及團(tuán)塊。底部夾薄層炭質(zhì)泥灰?guī)r，厚104.5 m。

茅口組(P1m):灰至深灰色中至厚層塊狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。含燧石團(tuán)塊及結(jié)核。底部為深灰色中厚層球狀灰?guī)r，厚298 m。

龍?zhí)督M(P2l):深灰色中厚層灰?guī)r為主，夾砂頁巖及煤層，厚165～207 m。

大隆、長興組(P2d+c):褐色硅質(zhì)巖、頁巖和深灰色灰?guī)r，厚20～38 m。

老龍洞巖溶泉泉水補給區(qū)屬大婁山褶皺帶北西側(cè)地區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造線以北北東向道真向斜控制，構(gòu)造形跡主要為褶皺，斷裂構(gòu)造次之，無大的斷裂構(gòu)造發(fā)育，地層為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀平緩，傾角5°～12°。出露地層主要為 P1、P2灰?guī)r中，巖溶強烈發(fā)育，屬強巖溶含水層。巖溶發(fā)育下限受P1L、S2h2粉砂質(zhì)泥、頁巖限制，地下水一般在巖層接觸界面附近灰?guī)r中出露，以暗河、巖溶大泉形式通過地表匯集補給河水，其流量較大，常形成山溪常流水。巖溶暗河及大泉的出露點分布位置一般較高高于水庫正常高水位，地下水補給河水，以老龍洞泉水為代表，高于水庫正常蓄水位67.5 m。

3 老龍洞泉巖溶水文地質(zhì)條件

3.1 巖溶

區(qū)內(nèi)由于新構(gòu)造運動地殼上升，碳酸鹽分布區(qū)落水洞、溶洞、伏流暗河、盲谷、巖溶洼地到處可見，老龍洞暗河泉水從構(gòu)造上位于道真向斜東側(cè)、大沙河河流的左岸(西側(cè))，屬單斜構(gòu)造;是大沙河一帶規(guī)模最大的地下暗河，暗河出口位于壩址下游左岸山腰的天然溶洞，溶洞位于P1q+m中至厚層燧石灰?guī)r中。洞口高程1 457.7 m，是早期暗河和現(xiàn)今洪水出口。邊岸處于巖溶地下水垂直循環(huán)帶內(nèi)，巖溶沿水平或垂直方向發(fā)育，發(fā)育下限受下覆碎屑巖類的限制，暗河出口高程1 448.7 m。低于老龍洞洞口高程約9 m。枯季老龍洞洞口已無水流出，溶洞口水平深約150 m處。形成一大型巖溶潭，發(fā)育方向為N30°W，地下水在潭內(nèi)沿垂向發(fā)育的溶隙、溶洞下泄。以巖溶大泉的形式流出地表，形成地表水匯入大沙河;在水庫西北側(cè)汆水洞1 620～1 650 m、西邊胡家溝1 510～1 590 m一帶均殘留有大型巖溶洞穴，延伸長達(dá)數(shù)百米，發(fā)育方向近東西向(詳見圖1)。

3.2 水文地質(zhì)條件

老龍洞巖溶泉補給區(qū)位于水庫西北側(cè)汆水洞、燈臺壩一帶，地表高程汆水洞入伏點補給區(qū)1 600～1 930 m，地表補給面積18.5 km2。經(jīng)連通試驗證明，從汆水洞投熒光素，經(jīng)49小時從老龍洞巖溶泉出來，兩點相距長約6.2 km，高差172 m，水力比降為 2.7% ，實際流速 3.5 cm/s，比流速 17.65 m/d·m，屬管道流加暗潭的形式;根據(jù)地表地形分水嶺圈定汆水洞與老龍洞泉一線，地表補給面積為18.5 km2。

老龍洞泉水集雨面積18.5 km2與1977～1979年實測資料反演計算成果為22.5 km2的情況不一致。使項目的規(guī)模、工程安全受到質(zhì)疑。雖然該泉水的集雨面積與大沙河水庫的建壩及成庫條件無關(guān)，但查明老龍洞巖溶泉泉水水文地質(zhì)條件，補給、徑流情況尤為重要，關(guān)系到項目的成敗。因此，須補充老龍洞泉水專項勘察工作，經(jīng)地表地質(zhì)測繪、泉水補給區(qū)地形詳細(xì)調(diào)查，泉水東側(cè)、南側(cè)均為陡巖，地勢較低，低于泉水出露高程，不可能補給泉水，北側(cè)受構(gòu)造與地層控制越流補給老龍洞巖溶泉的可能性極小;泉水下游西邊燈臺壩沖溝枯季無地表水，為季節(jié)性河流，沖溝補給區(qū)燈臺壩一帶地勢較高，一般高程1 610～1 800 m，遠(yuǎn)高于泉水高程，燈臺壩沖溝與汆水洞地表分水嶺高程達(dá)1 700～1 930 m，局部區(qū)域在沖溝內(nèi)形成小型洼地、落水洞較發(fā)育，使地下水跨沖溝補給上游的泉水成為了可能。

從巖溶洞穴、巖溶洼地發(fā)育方向統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)泉水北部汆水洞與西邊胡家溝都存在近東西向殘留溶洞發(fā)育，從地質(zhì)構(gòu)造角度看，說明在遠(yuǎn)古的歷史時期，地質(zhì)構(gòu)造使地層結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)曾經(jīng)是以東西為主，巖溶管道系統(tǒng)以東西向為主，存在穿層發(fā)育可能，后沿?zé)襞_壩沖溝向上游進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，燈臺壩沖溝內(nèi)存在小型洼地、落水洞、高位的巖溶暗潭，其中還發(fā)現(xiàn)有地表水補給落水洞(K26)的現(xiàn)象。經(jīng)燈臺壩落水洞K26(1 569 m)連通試驗證明，從燈臺壩落水洞K26投入熒光素，經(jīng)36.5小時就老龍洞巖溶泉出來，兩點相距長約 3.5 km，高差 121 m，水力比降為 3.4%，實際流速 2.6 cm/s，比流速19.1 m/d·m，屬管道流加暗潭的形式，最終確定老龍洞襲奪相鄰流域的燈臺壩沖溝兩側(cè)一帶枯季地下集雨面積約7.1 km2，考慮洪水通過沖溝向泉水下游排泄，只有枯季降雨及未能及時下泄洪水通過落水洞、天窗、小型洼地及巖溶裂隙下滲的地下水，通過地下巖溶系統(tǒng)向老龍洞泉水排泄，后落水洞、小型洼入口情況、以及以往測流資料綜合分析，經(jīng)換算成地表集雨面積為4.5 km2。連通試驗成果及地表與地下集雨面積的具體分布見圖1。

圖1 大沙河水庫老龍洞巖溶泉集雨面示意圖

4 結(jié)語

大沙河水庫壩址與老龍洞巖溶泉泉水集雨面積因有長期(3年)的降雨與流量實測資料，結(jié)合下游水文站、雨量站資料推算出老龍洞泉水集雨面積約為22.5 km2，根據(jù)地形圖實際量測為18.5 km2;最終通過連通試驗確定老龍洞泉水襲奪相鄰流域的燈臺壩一帶枯季地下地下集雨面積約7.1 km2，換算地表集面積4.5 km2，準(zhǔn)確地劃定了老龍洞巖溶泉控制的集雨面積為23 km2;說明大型巖溶泉或河流某一斷面的控制集雨面積不僅可以通過地形圖量測，也可以通過多年長期水文觀測資料(降雨、流量)結(jié)合區(qū)域降雨、水文站流量資料反演計算獲得，且準(zhǔn)確性較高;從而對碳酸鹽巖與碎屑巖互層狀巖石出露區(qū)，下部巨厚層碎屑巖弱巖溶巖石具有較好隔水作用的情況下，碳酸鹽巖強巖溶化巖體形成的巖溶管道、高位泉水在巖層接觸面以巖溶暗河及大泉形式出露，其上部地形起伏大、補給區(qū)域廣的情況下集雨面積的劃定較為復(fù)雜，特別是存在多個巖溶洼地、天窗、落水洞、盲谷的情況下從地形圖量測集雨面積是非常困難的。從大沙河水庫老龍洞巖溶泉泉水的集雨面積圈定可以說明，要準(zhǔn)確圈定泉水及復(fù)雜區(qū)域某一河流斷面的集雨面積，可根長期實測流量與降雨資料反算或通過可能補給區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件等結(jié)合連通試驗予以解決。

［1］貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院.道真大沙河水庫灌溉工程初步設(shè)計報告.2005.10.