玉皇閣水庫(kù)壩址比選探討

唐運(yùn)剛

摘 要：本文利用玉皇閣水庫(kù)工程復(fù)雜水文地質(zhì)條件勘探中的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)鉆探與電法勘探相互結(jié)合、相互驗(yàn)證方法，綜合考慮、選擇相應(yīng)的物探勘探手段進(jìn)行綜合分析，更好地認(rèn)識(shí)、分析復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，對(duì)水庫(kù)壩址比選提供有力技術(shù)支撐，提高了工作效率，為水庫(kù)找到可靠的防滲邊界，能夠?yàn)楣こ添樌辈焯峁┝己玫募夹g(shù)支撐。結(jié)果表明：玉皇閣水庫(kù)壩址在1000m長(zhǎng)河段范圍比選上、下壩址，經(jīng)地質(zhì)測(cè)繪、7個(gè)鉆孔勘探成果，左岸地下水位較低，庫(kù)水存在左岸山脊向北西臨谷滲漏。為了下一步布置鉆孔更加具有明確的方向，布置了1條高密度電法測(cè)線和4個(gè)電測(cè)深點(diǎn)的綜合電法勘探，在此成果基礎(chǔ)上布置了2個(gè)鉆孔。通過(guò)鉆探與電法勘探成果綜合比較，地質(zhì)上確定了鄰谷滲漏與左岸繞壩滲漏結(jié)合的處理方案，推薦上壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長(zhǎng)大約397.32m，帷幕深80～100m，為工程選址作出了明確的地質(zhì)建議，保證了工程的安全，選擇了投資較少的工程方案。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜水文地質(zhì)條件；玉皇閣水庫(kù)；鉆孔勘探；電法勘探；壩址

中圖分類號(hào)：X524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）08-0121-03

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

玉皇閣水庫(kù)位于永平縣城北西約14km，龍門壩區(qū)北西邊緣，屬瀾滄江水系永平縣銀江河源頭。地理位置：北緯25°33′～25°34′，東經(jīng)99°28′～99°99′。有永平至云龍公路穿過(guò)壩址區(qū)，交通運(yùn)輸條件較為方便。

玉皇閣水庫(kù)推薦壩型為面板堆石壩，擬建壩高82.3m，壩址河床高程1776～1788m，控制徑流面積39.5km2，壩頂高程1857.3m，設(shè)計(jì)正常高水位1854.5m，總庫(kù)容1154.6×104m3，水庫(kù)功能以農(nóng)業(yè)灌溉為主兼顧人畜飲水，解決龍門壩區(qū)及大堿塘水庫(kù)灌區(qū)以上的農(nóng)田灌溉供水和區(qū)內(nèi)農(nóng)村生活供水問(wèn)題，設(shè)計(jì)總灌溉面積2.16萬(wàn)畝。[3][4]

1.2 地質(zhì)概況

工程區(qū)位于云南高原西部邊緣，淺切割低中山地形，區(qū)內(nèi)總體地勢(shì)北西高南東低，山峰海拔高程一般在2250～2700m，銀江河海拔高程在1600～1820m，銀江大河系工程區(qū)內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面。

區(qū)內(nèi)出露地層較為簡(jiǎn)單，主要為中生界侏羅系中統(tǒng)花開(kāi)左組（J2h）泥巖夾細(xì)砂巖及石英砂巖、上統(tǒng)壩注路組（J3b）泥巖夾粉細(xì)砂巖；白堊系下統(tǒng)景星組（K1j）砂巖與泥巖互層、南新組（K1n）砂巖、上統(tǒng)虎頭寺組（K2h）含長(zhǎng)石石英巖夾泥巖；新生界第三系上新統(tǒng)（N2）礫質(zhì)砂土、粉細(xì)砂土、粘土巖夾褐煤及第四系（Q）殘坡積及沖洪積層。

測(cè)區(qū)位于青、藏、滇、緬、印尼巨型“歹”字型構(gòu)造體系中部（按大地構(gòu)造分區(qū)屬唐古拉-昌都-蘭坪-思茅褶皺系Ⅲ之蘭坪-思茅褶皺帶Ⅲ1西側(cè)）。工程區(qū)在大栗樹(shù)—龍街弧形構(gòu)造帶內(nèi)，整個(gè)弧形構(gòu)造由工程區(qū)南東的龍街向北西的大栗樹(shù)一帶延展，全長(zhǎng)68km，寬25km。區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，褶皺次之。主要構(gòu)造、褶皺為飛鳳山弧形斷層（F70）、上苗寨—李子樹(shù)背斜、茶果樹(shù)向斜。

測(cè)區(qū)地下水類型分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水三種類型。受區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)控制，河流下切侵蝕強(qiáng)烈，兩岸山高坡陡，巖體風(fēng)化、卸荷作用明顯，與此伴生的沖溝、坍滑、卸荷松動(dòng)、崩塌等物理地質(zhì)現(xiàn)象較為發(fā)育，多分布在沖溝兩岸或公路上方地形較陡處，規(guī)模小。

工程場(chǎng)地基巖地震動(dòng)參數(shù)50年超越概率10%，地震動(dòng)峰值加速度為0.135g、地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度[4]。

2 壩址勘探及主要地質(zhì)問(wèn)題

2.1 鉆孔勘探及主要地質(zhì)問(wèn)題

壩段位于岔河至下游1000m長(zhǎng)的銀江河河段。往上游少了小雙河支流，來(lái)水不足；往下游進(jìn)入龍門盆地，兩岸地形開(kāi)闊，不具有作為壩址的地形地質(zhì)條件，壩址布置受到限制（圖1）。因此該狹窄河谷段是唯一可作為壩段的河段。壩段河流基本順直，分為上、下兩個(gè)壩址。勘察工作先布置7個(gè)鉆孔，上壩址在擬選壩區(qū)布置鉆孔4個(gè)（ZK1—ZK4），下壩址在擬選壩區(qū)布置鉆孔3（ZK5—ZK7）。

根據(jù)鉆孔勘探成果，左岸地下水位較低，庫(kù)水存在左岸山脊向北西臨谷滲漏。為了進(jìn)一步擇優(yōu)選擇壩址，在壩址左岸上游山脊布置增加鉆孔1個(gè)（ZK8），下壩址延長(zhǎng)線增加鉆孔1個(gè)（ZK9）。下壩址左岸山脊地下水位高出銀江河河水位7～8m，上壩址地下水位低于銀江河河水位2～10m，沿山脊隔水層頂板（q<5Lu）最高點(diǎn)高程1814m，低于正常蓄水位（1854.5m）40m以上，存在庫(kù)水裂隙性滲漏問(wèn)題（詳見(jiàn)表1）[5]。

2.2 電法勘探成果

根據(jù)測(cè)區(qū)的地形、地質(zhì)條件，結(jié)合方法有效性考慮，采用高密度電法和電測(cè)深開(kāi)展工作。高密度電法重點(diǎn)圈出構(gòu)造和裂隙帶的空間形態(tài)及位置；電測(cè)深重點(diǎn)查明壩址左岸山脊處的地下水位埋深。共布置1條高密度電法測(cè)線和4個(gè)電測(cè)深點(diǎn)[1][2][6]。

（1）高密度電法剖面：在已知鉆孔的地下水位附近的視電阻率（300Ω.m），來(lái)確定地下水位線，因在測(cè)試深度范圍附近，略有偏差。（2）電測(cè)深法：布置于左岸山脊，表層為含碎石粘土，下部為砂巖夾泥巖。地下水位埋藏較深，地下水位之上巖體較破碎、干燥，電阻率較高。根據(jù)已知鉆孔的孔旁電測(cè)深點(diǎn)測(cè)試結(jié)果及各電測(cè)深點(diǎn)測(cè)試結(jié)果綜合分析可得到，表層含碎石粘土的視電阻率ρs=2800Ω.m，地下水位以上的砂巖視電阻率ρs =2300～8900Ω.m，其變化范圍較大的原因是巖體破碎，孔隙較大且干燥。地下水位以上的砂巖夾泥巖的視電阻率ρs =660～1900Ω.m；地下水位以下的砂巖的視電阻率ρs=780 ～1900Ω.m，地下水位以下的砂巖夾泥巖的視電阻率ρs=550 ～1200Ω.m。由于測(cè)區(qū)內(nèi)地下水位埋藏較深，巖體富水性差，故各測(cè)點(diǎn)之間的視電阻率變化差異較大。

高密度電法和電測(cè)深法勘探結(jié)果表明：壩址左岸山脊地下水位埋藏較深，地下水位高程為1777.7～1779.3m。壩址上游左岸埡口，埡口上游以泥巖為主，下游以砂巖為主，地下水位深度約27.0～87.0m。探測(cè)結(jié)果與鉆孔資料分析基本一致：左岸山脊埡口上游地下水位高，不存在滲漏問(wèn)題；埡口下游地下水位和隔水層低于庫(kù)水位，存在滲漏問(wèn)題。[7][8][9]

3 近壩左岸主要工程地質(zhì)問(wèn)題

3.1 近壩左岸主要地質(zhì)問(wèn)題

近壩水庫(kù)左岸山脊底寬600～900m（壩址區(qū)400～600m寬），在近壩庫(kù)岸形成相對(duì)單薄的埡口，埡口高出河床約110m，水庫(kù)正常蓄水位高時(shí)山體寬約240m；埡口下游山脊正常蓄水位高時(shí)山體寬220～330m。

根據(jù)鉆孔ZK2、ZK4、ZK5、ZK9和4個(gè)電測(cè)深電及高密度點(diǎn)法剖面3-3'資料，壩址左岸山脊下游段地下水位高出銀江河河水位7～8m，山脊上游段地下水位低于銀江河河水位2～10m（巴拉場(chǎng)河河水位比銀江河河水位高1.5～6m，雖然在壩址上游段出現(xiàn)銀江河河水補(bǔ)給地下水，但地下水并不是直接往巴拉場(chǎng)河排泄，而是順巖層走向或構(gòu)造線大致平行銀江河往下游徑流。），沿山脊隔水層頂板（q<5Lu）最高點(diǎn)高程1814m，低于正常蓄水位（1854.5m）40m以上，存在庫(kù)水裂隙性滲漏問(wèn)題。針對(duì)山脊地下水位低的特點(diǎn)，沿山脊做了4個(gè)電測(cè)深點(diǎn)專門進(jìn)行地下水位探測(cè)，此外在埡口一帶做了高密度電法探測(cè)地下水位，探測(cè)結(jié)果與鉆孔資料分析基本一致：左岸山脊埡口上游地下水位高，不存在滲漏問(wèn)題；埡口下游地下水位和隔水層低于庫(kù)水位，存在滲漏問(wèn)題。

3.2 近壩左岸滲漏分析及處理建議

3.2.1 近壩水庫(kù)左岸山脊?jié)B漏量計(jì)算

由于近壩水庫(kù)左岸山脊存在滲漏問(wèn)題，為評(píng)價(jià)滲漏對(duì)水庫(kù)蓄水的影響，需進(jìn)行滲漏量估算。根據(jù)庫(kù)區(qū)地質(zhì)圖和近壩水庫(kù)左岸山脊向巴拉場(chǎng)河方向滲漏縱、橫剖面圖可知，滲漏分為F-A、A-H、H-I三段（見(jiàn)圖1），分別采用均質(zhì)體公式和非均質(zhì)體公式進(jìn)行估算

Q=BK·（H1-H2）/L·（h1+h2+h3）/3 （1）

Q=B（H12-H22）/（2（T1/K1+T2/K2+T3/K3）） （2）

式中，Q為日滲漏量（m3/d）；K為平均滲透系數(shù)（m/d）；H1為庫(kù)水位（m），H2為鄰谷水位（m）；H1-H2為正常蓄水位與庫(kù)水滲漏溢出點(diǎn)水頭差（m）；（h1+h2+h3）/3為透水層平均厚度（m）；L為平均滲徑長(zhǎng)度（m）；T為透水層長(zhǎng)度（m）；B為滲漏段寬度（m）。

估算結(jié)果為：上壩址年滲漏量大值53.6萬(wàn)m3，小值47.2m3；下壩址年滲漏量大值150.2萬(wàn)m3、小值133.3m3。

3.2.2 近壩水庫(kù)左岸山脊?jié)B漏量分析及處理建議

經(jīng)綜合分析，庫(kù)水往鄰谷巴拉場(chǎng)滲漏量取大值。上壩址年滲漏量53.6萬(wàn)m3，占水庫(kù)庫(kù)容量的4.77%，占水庫(kù)多年平均徑流量的3.02%，屬中等滲漏。下壩址年滲漏量150.2萬(wàn)m3，占庫(kù)容量的13.37%，占水庫(kù)多年平均徑流量的8.47%，屬中等滲漏。由于該水庫(kù)還需引蓄，來(lái)水不易，上、下壩址均需進(jìn)行防滲處理。地質(zhì)上推薦鄰谷滲漏與左岸繞壩滲漏結(jié)合處理。上壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長(zhǎng)大約397.32m（需開(kāi)挖灌漿平硐390m左右），帷幕灌漿底界線總體原則深入相對(duì)隔水層（q<5Lu）頂板，帷幕深80～100m；下壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長(zhǎng)大約878m（需開(kāi)挖灌漿平硐402m左右），帷幕深80～110m。帷幕下游端界與大壩左岸繞壩滲漏帷幕連接，帷幕灌漿按單排孔布置（孔距1.5m），具體灌漿參數(shù)需通過(guò)灌漿試驗(yàn)確定。[10]

4 壩址選擇

壩段長(zhǎng)約1000m，河流基本順直，大致以壩段中部沖溝分界，分為上、下兩個(gè)壩址。根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)上、下壩址勘探進(jìn)行了比較?，F(xiàn)就兩壩址主要工程地質(zhì)條件列表說(shuō)明，詳見(jiàn)表2。

從表2中可以分析得出：

（1）上、下壩址工程地質(zhì)條件相近；（2）上壩址在水文地質(zhì)條件、防滲處理、防滲帷幕線、壩高上略有優(yōu)于下壩址；（3）下壩址在地形條件、清基開(kāi)挖工程量略有優(yōu)勢(shì)。

因此，上、下壩址工程地質(zhì)條件相近，存在的工程地質(zhì)問(wèn)題基本相同，下壩址河床較狹窄，地形條件相對(duì)較好，但在壩高、防滲帷幕線長(zhǎng)度、滲漏量方面上壩址略優(yōu)于下壩址?？傮w上壩址稍占優(yōu)。因此，通過(guò)通過(guò)水工、施工、投資等專業(yè)綜合比較，推薦上壩址。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）玉皇閣水庫(kù)壩址在1000m長(zhǎng)河段范圍選擇上、下壩址，地質(zhì)條件復(fù)雜，經(jīng)地質(zhì)測(cè)繪、7個(gè)鉆孔勘探成果，左岸地下水位較低（地下水位高程略高于河水位），庫(kù)水存在左岸山脊向北西臨谷滲漏。為了下一步布置鉆孔更加具有明確的方向，布置了1條高密度電法測(cè)線和4個(gè)電測(cè)深點(diǎn)的綜合電法勘探，在此成果基礎(chǔ)上布置了2個(gè)鉆孔。通過(guò)鉆探與電法勘探成果綜合比較，地質(zhì)上確定了鄰谷滲漏與左岸繞壩滲漏結(jié)合的處理方案：上壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長(zhǎng)大約397.32m，帷幕深80～100m；下壩址方案由左岸壩頂往上游埡口方向延伸，帷幕線長(zhǎng)大約878m，帷幕深80～110m。推薦上壩址防滲帷幕線較短，帷幕線可向上游至埡口交于地下水位，為工程選址作出了明確的地質(zhì)建議，保證了工程的安全，選擇了投資較少的工程方案。（2）本文利用玉皇閣水庫(kù)工程復(fù)雜水文地質(zhì)條件勘探中的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)鉆探與電法勘探相互結(jié)合、相互驗(yàn)證方法，綜合考慮、選擇相應(yīng)的物探勘探手段進(jìn)行綜合分析，更好地認(rèn)識(shí)、分析復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，對(duì)水庫(kù)壩址比選提供有力技術(shù)支撐，提高了工作效率，為水庫(kù)找到可靠的防滲邊界，能夠?yàn)楣こ添樌辈焯峁┝己玫募夹g(shù)支撐。

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