白溪河流域巖溶水系統(tǒng)分析及水電梯級(jí)開發(fā)初步設(shè)想

馮大為（湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北　武漢　430000）

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白溪河流域巖溶水系統(tǒng)分析及水電梯級(jí)開發(fā)初步設(shè)想

馮大為（湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北武漢430000）

水利是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而言有著十分重要的作用。因此，必須要對(duì)水電梯級(jí)開發(fā)工作進(jìn)行高度的重視。本文主要基于白溪河流域巖溶水系統(tǒng)的概況，對(duì)該流域內(nèi)水電梯級(jí)開發(fā)的初步設(shè)想進(jìn)行了一定的分析。

白溪河流域；巖溶水系統(tǒng)；水電梯級(jí)開發(fā)

1　引言

白溪河流域位于湖北省五峰縣南部與湖南省石門縣交界處，為澧水水系左岸一級(jí)支流渫水上游左支，河谷深切，河道較狹窄。區(qū)內(nèi)河流分屬長(zhǎng)江流域的清江水系和澧水水系，以五峰縣以南馬棚嶺-茅坪-大竹園一線地形分水嶺為界，以北為清江流域，以南則為澧水流域。白溪河發(fā)源于五峰縣后河獨(dú)山，在湖北省境內(nèi)全長(zhǎng)約25km，流域面積190km2，多年平均流量0.5m3/s，上下游水頭差約690m，水電資源較為豐富。

白溪河流域在湖北境內(nèi)初擬四級(jí)水電梯級(jí)開發(fā)，主要為中低壩方案，總裝機(jī)約25MW。由于該流域主要出露寒武系中下統(tǒng)碳酸鹽巖層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖溶十分發(fā)育，因此，查清白溪河流域巖溶發(fā)育規(guī)律以及巖溶水系統(tǒng)特征對(duì)流域水電梯級(jí)開發(fā)具有重要意義。

2　流域主要水系

白溪河流域發(fā)源于五峰縣后河獨(dú)山，海拔高程約1797m。白溪河在腰站以上河段常年有水流，流量約0.4m3/s，河水自腰站附近河床潛入地下；腰站至水灘頭河段為干河，僅在雨季可見水流，且持續(xù)時(shí)間較短；水灘頭以下河段常年有水流，且由于兩岸支流或溪溝水流不斷匯入白溪河，自上游至下游河流流量逐漸增大，在楊家臺(tái)一帶河流流量達(dá)到1.5m3/s。白溪河流域主要支溝和暗河基本情況見表1。

表1　白溪河流域主要水系（支流）基本情況一覽表

3　白溪河流域主要巖溶水系統(tǒng)概況

白溪河流域河谷深切，地勢(shì)險(xiǎn)峻，河谷蜿蜒曲折。山頂高程一般1000m以上，最高達(dá)1700余米，河床高程395～1000m左右（雷打石以上）。地層巖性以奧陶系—寒武系一套強(qiáng)巖溶化強(qiáng)透水碳酸鹽巖為主，巖溶發(fā)育，發(fā)育有落水洞、溶溝和溶槽、溶蝕洼地、暗河等巖溶地貌。地質(zhì)構(gòu)造上主要處于泉坪背斜北翼，測(cè)區(qū)區(qū)域性大斷裂構(gòu)造不發(fā)育，但受歷次大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，節(jié)理、裂隙發(fā)育。

由于白溪河在東、西、北三面切割泉坪背斜，在背斜北翼、白溪河以北，以馬棚嶺-茅坪-大竹園一線地形分水嶺為界，將白溪河與清江流域相分割，為清江水系和澧水水系的分界線。沿地形分水嶺分布馬棚嶺（五峰）向斜核部地層，兩側(cè)分布有泥盆系-志留系砂頁巖隔水巖組，僅在小埡-茅坪-五峰縣城之間分布有奧陶系地層，分水嶺最大高程1609m，兩側(cè)泉水少見，僅見少量裂隙泉水分別向分水嶺兩側(cè)排泄，說明白溪河流域（澧水水系）與白炭河（清江水系）之間存在地下分水嶺，兩者之間沒有水力聯(lián)系。

白溪河自小埡以下河段，總體流向由北向南，左岸分布有壺瓶山向斜和六里荒向斜，均呈東西向展布，核部為二疊系至三疊系地層，兩翼分布泥盆系至志留系隔水巖組，寒武系和奧陶系碳酸鹽巖組分布于隔水巖組之下，深溪河主要發(fā)育于志留系地層之上，分布高程遠(yuǎn)高于白溪河，主要匯集碎屑巖中的地表、地下水。在靠近白溪河岸邊，由于地形沖溝的切割，沿岸邊可見多處溪流匯入白溪河，因此，白溪河不會(huì)向左岸深溪河產(chǎn)生滲漏。

白溪河基本沿寒武系上統(tǒng)耗子沱組（∈3hz）和中統(tǒng)光竹嶺組（∈2gn）地層發(fā)育，其右岸廣布寒武系碳酸鹽巖組地層，巖溶十分發(fā)育，巖溶發(fā)育特征主要受巖性和構(gòu)造的控制。由于泉坪背斜核部地層巖性為寒武系下統(tǒng)天河板組（∈1t）和石牌組（∈1sh）一套砂、頁巖等相對(duì)隔水巖層，可以初步判定，白溪河右岸地表分水嶺和地下分水嶺基本一致，為一閉合流域，背斜南、北兩翼各為相對(duì)獨(dú)立的地下巖溶系統(tǒng)，兩翼之間無斷裂構(gòu)造切割，沒有必然的水力聯(lián)系。

通過對(duì)本區(qū)進(jìn)行野外地質(zhì)測(cè)繪和巖溶水文地質(zhì)調(diào)查，白溪河兩岸主要可見八處巖溶泉水，其基本特征見表2白溪河流域主要巖溶泉水一覽表。

表2　白溪河流域主要巖溶泉水一覽表

為了進(jìn)一步查明白溪河流域的巖溶發(fā)育情況，本次野外工作專門進(jìn)行了巖溶連通試驗(yàn)，并分別在白溪河羊子溪上游的主河道、羊子溪溝內(nèi)以及白溪河老屋場(chǎng)主河道三個(gè)點(diǎn)投放了連通試劑。2008年5月30日上午9點(diǎn)至10點(diǎn)在羊子溪上游的主河道和羊子溪溝內(nèi)分別投入螢光素，并測(cè)得流量分別為400l/s和25l/s。2008年6月2日下午5點(diǎn)在白溪河老屋場(chǎng)主河道投入螢光素，并測(cè)得流量為30l/s。在白溪河下游的楊家臺(tái)地下暗河出口（W6）進(jìn)行觀測(cè)，于2008年6月5日中午13點(diǎn)觀測(cè)到帶有螢光素的地下水流出，且測(cè)得地下水流出流量為600l/s。

其巖溶連通試驗(yàn)成果見表3白溪河流域巖溶連通試驗(yàn)成果表。

表3　白溪河流域巖溶連通試驗(yàn)成果表

在白溪河一帶消水點(diǎn)廣布，消水點(diǎn)地層巖性多為寒武系下統(tǒng)石龍洞組（∈1sl）厚層微晶白云巖，自腰站至水灘頭之間河段除暴雨時(shí)段外，均為干河，地表水均沿巖溶通道進(jìn)入地下。經(jīng)分析與連通試驗(yàn)，測(cè)區(qū)主要發(fā)育兩大巖溶水系統(tǒng)：①腰站至楊家臺(tái)巖溶通道，該通道補(bǔ)給源位于腰站一帶，共發(fā)育5個(gè)消水點(diǎn)，沿巖層走向經(jīng)老屋場(chǎng)至楊家臺(tái)，其間茅坪組和高臺(tái)組相對(duì)隔水層由于厚度有限，可能在局部被斷裂構(gòu)造所切斷，導(dǎo)致其上下巖溶連為一體。由于泉坪背斜核部在楊家臺(tái)處受到河谷的橫向切割，該巖溶通道并沿泉坪背斜核部于楊家臺(tái)右岸河床處排泄，出水口高程約415m，通道長(zhǎng)約14km；②薛家大槽至紙棚溝巖溶通道，該通道進(jìn)水口位于薛家大槽，發(fā)育于寒武系中統(tǒng)光竹嶺（∈2gn）微晶灰?guī)r夾白云巖和上統(tǒng)耗子駝（∈3hz）灰?guī)r、白云巖地層中，于紙棚溝排泄，出水口高程約470m，通道長(zhǎng)約4km。

由此可見，測(cè)區(qū)地下水均沿巖溶系統(tǒng)匯集于白溪河中下游河段，不存在沿泉坪背斜核部向下游河灣或其它鄰谷滲漏的可能。

4　白溪河流域水電梯級(jí)開發(fā)初步設(shè)想

由于白溪河流域水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，巖溶十分發(fā)育。流域上游河段地表、地下水在腰站經(jīng)老屋場(chǎng)一帶潛入地下，在白溪河下游楊家臺(tái)右岸河邊W6暗河出口流出，沿途巖溶通道較復(fù)雜。腰站至水灘頭之間一般為干河，僅在雨季有地表水流。鑒于白溪河流域特殊的水文地質(zhì)條件和復(fù)雜的巖溶發(fā)育規(guī)律，建議該流域水電開發(fā)以分梯級(jí)、中低壩方案為宜；初步分析比較，采用四級(jí)開發(fā)較為合理。各梯級(jí)開發(fā)方案見表4白溪河流域各梯級(jí)方案特征表。

表4　白溪河流域各梯級(jí)方案特征表

5　結(jié)論

通過對(duì)白溪河流域的巖溶水文地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查和分析，得出如下主要基本結(jié)論：

（1）白溪河流域地處鄂西南褶皺山地，區(qū)內(nèi)碳酸鹽類巖石廣布，形成了以巖溶景觀為主，并間以碎屑巖垅脊與垅崗狀地形，屬構(gòu)造、侵蝕、溶蝕地貌。

（2）白溪河流域主要出露下古生界寒武-志留系的地層，全部為沉積巖，巖性主要為濱海-淺海相的碳酸鹽類巖石夾碎屑巖。流域碳酸鹽巖占90%以上。

（3）本區(qū)位于新華夏系第三隆起帶。北東面毗連淮陽山字型西翼反射弧砥柱——黃陵背斜及其盾地部分。構(gòu)造形跡主要是緊密線形和寬緩褶皺，斷裂不發(fā)育，主要屬區(qū)域性東西向構(gòu)造體系，區(qū)域構(gòu)造基本穩(wěn)定。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），確定白溪河流域地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。

（4）區(qū)內(nèi)地下水分為松散巖類孔隙潛水、碳酸鹽巖類巖溶水和基巖裂隙水三種類型。碳酸鹽巖類巖溶水是本區(qū)主要的地下水類型。

（5）白溪河流域巖溶極為發(fā)育，常見的巖溶形態(tài)有溶溝、溶隙、溶蝕洼地、溶蝕漏斗、溶蝕槽谷、落水洞、溶洞及地下暗河等。巖溶發(fā)育程度主要受構(gòu)造線、巖性和地形地貌等因素的控制。

（6）區(qū)內(nèi)巖溶水的特征主要取決于巖性、構(gòu)造、地貌和現(xiàn)代水文網(wǎng)等諸因素的組合關(guān)系。巖溶水的埋藏深度一般大于100m。

（7）經(jīng)初步調(diào)查分析，白溪河流域主要有兩大巖溶水系統(tǒng)：①腰站-老屋場(chǎng)-楊家臺(tái)巖溶水系統(tǒng)；②薛家大槽溝-紙棚溝巖溶水系統(tǒng)。

（8）鑒于白溪河流域特殊的水文地質(zhì)條件和復(fù)雜的巖溶發(fā)育規(guī)律，建議該流域水電開發(fā)以分梯級(jí)、中低壩方案為宜；初步分析比較，采用四級(jí)開發(fā)較為合理。

［1］鐘珊珊.流域水電梯級(jí)開發(fā)項(xiàng)目累積環(huán)境影響作用機(jī)制及評(píng)價(jià)研究［D］.中南大學(xué)，2013：37～67.

［2］王現(xiàn)國，邱金波，葛 雁.龍澗泉巖溶水系統(tǒng)特征［J］.中國巖溶，2014 （04）.

［3］黎 璇.流域結(jié)構(gòu)分析在水電梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃環(huán)評(píng)中的應(yīng)用研究［J］.能源與環(huán)境，2014（01）.

［4］馮大為.湖北省五峰縣白溪河流域巖溶水文地質(zhì)專題報(bào)告，2008，06.

馮大為（1964-），男，高級(jí)工程師，本科，主要從事水利水電工程地質(zhì)專業(yè)工作。

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2095-2066（2016）12-0038-02

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