壺關(guān)縣莊頭水庫滲漏原因分析探討

宋 陽

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地測學(xué)院，北京 100000)

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·水利工程·

壺關(guān)縣莊頭水庫滲漏原因分析探討

宋 陽

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地測學(xué)院，北京 100000)

結(jié)合壺關(guān)縣莊頭水庫的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件，從巖溶發(fā)育規(guī)律和滲漏強(qiáng)度兩方面，分析了該水庫滲漏的原因，為水庫的滲漏治理工作提供了方向，從而保障水庫的正常運(yùn)行。

水庫，滲漏原因，巖溶發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造

0 引言

壺關(guān)縣莊頭水庫是一座具有防洪、灌溉和城鄉(xiāng)供水等多功能的中型水庫，它在確保長治市安全、為杜家河灌區(qū)供水以及解決壺關(guān)縣城及其附近鄉(xiāng)村缺水地區(qū)工業(yè)水源及人畜飲用水源等方面起著舉足輕重的作用。尤其是在其下游杜家河水庫淤積無興利庫容后，該水庫則更顯示出其重要性。僅從供水意義上說，它直接影響著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及人畜用水條件的改善。但由于該水庫滲漏嚴(yán)重，從建庫至今一直不能有效蓄水，嚴(yán)重影響其效益的正常發(fā)揮。因此對水庫滲漏原因進(jìn)行分析探討，不僅對莊頭水庫采取治漏措施有著重要的作用，而且對相似地區(qū)的巖溶漏庫治理，都具有重要意義。

1 工程簡介

莊頭水庫位于濁漳河南源支流石子河上游，距壺關(guān)縣城約8 km。流域長度21.93 km，寬度5.43 km，平均縱坡1.725%，流域面積119.1 km2，流域內(nèi)多年平均降水量635 mm，多年平均徑流量0.028億m3,多年平均輸沙量30萬m3。流域內(nèi)多為石灰?guī)r類裸露的山區(qū)丘陵區(qū)，地下水埋深極深，一般地表水均直接下滲補(bǔ)給地下水，很少形成徑流，僅在汛期才有徑流，因而本區(qū)河流為洪水性季節(jié)河流。

莊頭水庫始建于1974年，1977年竣工。樞紐工程由大壩、涵臥管及溢洪道三部分組成。水庫設(shè)計(jì)死水位1 061.5 m，死庫容87萬m3，興利水位1 083.0 m，興利庫容821萬m3,防洪最高水位1 092.8 m，調(diào)洪庫容767萬m3，總庫容1 675萬m3。

水庫自1978年開始蓄水以來，最大水量出現(xiàn)在1982年，據(jù)1982年汛前測得，水位高程1 064.8 m，庫容147.5萬m3；水位高程1 072.35 m，庫容276.0萬m3；汛期水位高程達(dá)1 075.73 m，庫容372萬m3。但因水庫滲漏嚴(yán)重，當(dāng)年實(shí)際供水量為人畜用水15萬m3，工業(yè)用水22萬m3，灌溉用水40萬m3。雖對縣城、西莊等4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的2.44萬人的人畜用水及工農(nóng)業(yè)用水起到了一定的作用，發(fā)揮了一定的效益，總的來說有效供水量較小。后據(jù)1982年水位高程1 072.35 m后的觀測資料，庫容276.0萬m3中，蒸發(fā)滲漏損失達(dá)204萬m3，其中滲漏損失占85%左右，達(dá)173.4萬m3，占總蓄水量的62.8%，滲漏嚴(yán)重。加之近年來上游來水不多，蓄水高程有限，年可供水量越來越少，效益逐年遞減，莊頭水庫治漏勢在必行。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

庫區(qū)位于山西臺背斜東南翼，太行山南段分水嶺西側(cè)，構(gòu)造簡單，巖層平緩，所涉及的地層有古生界奧陶系及新生界第四系，局部零星分布新生界新第三系，由老至新分述如下:

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)地質(zhì)構(gòu)造不復(fù)雜，僅發(fā)育平緩褶皺、節(jié)理以及微有錯(cuò)動的裂縫，在庫區(qū)左岸中部有一半緩小背斜，軸向約北偏東10°，東翼稍陡，傾角10°～12°，西翼較緩，傾角5°左右。這些小背斜實(shí)質(zhì)上是平緩單斜巖層中略有波動的結(jié)果。庫區(qū)主要構(gòu)造形式是節(jié)理裂隙，大致發(fā)育有三組，產(chǎn)狀分別為255°∠84°，350°∠89°和15°∠85°，其中以前二者為主，構(gòu)成一對共軛扭裂面，具有區(qū)域性展布規(guī)律。有的節(jié)理在陡崖地段，常有小型錯(cuò)動，錯(cuò)距5 cm～9 cm。這些節(jié)理將巖層分割成菱形塊體，較破碎。多數(shù)節(jié)理已由方解石充填，但也有張開0.3 cm～0.8 cm寬的裂縫，該裂縫被滲蝕并在裂面上沉淀鈣化，因此，巖溶除沿層理發(fā)育外主要是沿張開裂隙發(fā)育，從而溝通層狀巖溶共同形成巖溶體系。

庫區(qū)屬長治盆地的東南緣，長期以來地殼較為穩(wěn)定，主要以大面積抬升運(yùn)動的形式整體升降。因此在第四系以前區(qū)內(nèi)一直遭受剝蝕，故山體渾圓，山坡平緩，谷地寬坦，很少堆積，直到黃土盛行時(shí)期，于黃土線之下，洼地才大量堆積充填，逐漸形成今日的黃土臺地。喜山運(yùn)動二期再次上升，溝谷下切，黃土臺地中發(fā)育今日的河谷，河谷形態(tài)呈“U”形，屬于幼谷類型。溝底一般未完成切穿黃土，溝谷還處于幼年發(fā)育期。

2.3 水文地質(zhì)條件

3 滲漏原因分析

3.1 巖溶發(fā)育規(guī)律

由此可見，石灰?guī)r的存在僅僅是巖溶發(fā)育的必要條件，而巖溶發(fā)育的強(qiáng)弱則主要取決于地質(zhì)構(gòu)造及地表水入滲和地下水徑流條件。庫區(qū)地表水入滲和地下水徑流受控于錯(cuò)距5 cm～9 cm的三組節(jié)理裂隙即255°∠84°，350°∠89°和15°∠85°。據(jù)此分析，庫區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律可歸納為：1)沿錯(cuò)動裂面、節(jié)理裂隙兩側(cè)巖溶發(fā)育。2)沿褶皺軸部、巖層破碎帶巖溶發(fā)育。3)角礫狀灰?guī)r下部、泥質(zhì)灰?guī)r上部層狀巖溶發(fā)育。

因而庫區(qū)巖溶發(fā)育為水平方向順層和沿節(jié)理裂隙垂向展布交替貫通，構(gòu)成統(tǒng)一的巖溶系統(tǒng)。

3.2 滲漏強(qiáng)度分析

根據(jù)水庫管理處1982年觀測，當(dāng)蓄水高程為1 072.35 m、庫容量為276萬m3，蒸發(fā)滲漏損失達(dá)204萬m3，其中滲漏量為173.4萬m3，占蒸發(fā)滲漏損失量的85%，占總蓄水量的62.9%，由此可見，莊頭水庫滲漏損失是十分可觀的。

據(jù)1981年—1983年庫內(nèi)水位觀測記錄，逐年繪制h—T曲線，水位標(biāo)高小于1 071 m時(shí)基本是一平緩的直線，斜率為0.088～0.105；當(dāng)水位標(biāo)高大于1 071 m時(shí)，h—t曲線斜率為0.287，從而可看出，水位高低與滲漏強(qiáng)度或滲漏量成正比，蓄水水位越高，滲漏損失越嚴(yán)重，究其原因主要為：

1)水位升高意味著水庫濕周增加，與石灰?guī)r滲漏段接觸面增大。2)庫尾砂卵石層與底部石灰?guī)r接觸，當(dāng)水位較低時(shí)，該巖層在水位以上，當(dāng)水位較高時(shí)，該巖層處于水位以下，造成滲漏加大。3)水位升高，靜水壓力增大，造成滲漏強(qiáng)度加大。

3.3 滲漏原因分析

從以上分析可知，庫區(qū)產(chǎn)生滲漏的巖層主要包括砂卵石層及石灰?guī)r，而砂卵石層又是通過與石灰?guī)r直接接觸產(chǎn)生滲漏的。因此，庫區(qū)滲漏是以石灰?guī)r巖溶滲漏的形式體現(xiàn)的，由于巖溶具有沿水平方向順層展布和沿節(jié)理裂隙垂向展布的特點(diǎn)，因而庫區(qū)滲漏的方式表現(xiàn)為水平方向滲漏和垂直方向相結(jié)合，但最終可以歸結(jié)為沿陡傾角的節(jié)理裂隙向庫外滲漏。

4 結(jié)語

通過對莊頭水庫、水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件的調(diào)查，結(jié)合原有資料進(jìn)行分析評價(jià)初步認(rèn)為，莊頭水庫產(chǎn)生滲漏的巖層主要是庫區(qū)出露的砂卵石層和可溶巖層石灰?guī)r，而這些砂卵石層又是通過與其底部石灰?guī)r直接接觸而產(chǎn)生滲漏，也就是說，庫區(qū)滲漏的根本原因是石灰?guī)r的滲漏。因此，對水庫滲漏進(jìn)行治理，就需要隔離該巖層，避免庫水與其直接接觸。這就為水庫治漏提供了方向。

On analysis of reasons for leakage at Zhuangtou Reservoir in Huguan County

Song Yang

(CollegeofGeologicalSurvey,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100000,China)

Combining with the stratum lithology, geological structure and hydrogeological conditions of Zhuangtou Reservoir in Huguan County, the paper analyzes the reasons for the leakage of the reservoir from the development law of karst and leakage strength, so as to provide some direction for the leakage harnessing, and guarantee the smooth operation of the reservoir.

reservoir, leakage reason, karst development, geological structure

1009-6825(2017)13-0219-03

2017-02-27

宋 陽(1991- )，男，在讀碩士

TV697.32

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