寨子河水庫工程巖溶發(fā)育特點與成庫條件論證

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，611731)

圖1 塞子河水庫庫區(qū)平面示意

1 工程概況

寨子河水庫位于四川省萬源市太平鎮(zhèn)和茶埡鄉(xiāng)境內(nèi)的渠江流域上游后河左岸的一級小支流寨子河上，其開發(fā)任務以萬源市城區(qū)供水和灌溉為主，兼顧鄉(xiāng)村人畜飲水。該水庫最大壩高102m，壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩，設計正常蓄水位877.5m，總庫容為1190×104m3。工程主要水工建筑物有：攔河大壩、泄洪隧洞、放空隧洞、取水隧洞、輸水干渠等。

2 地質概況

水庫大壩位于寨子河中游滴水巖處，庫區(qū)平面上呈“Y”字形，由寨子河水庫主庫(含羊子河)及右岸深溝河支庫組成(見圖1)。兩支庫均回水至羊子河和深溝河兩河口上游，回水長度分別為3.2km和2.8km。

庫盆及河間地塊分布基巖主要為三迭系下統(tǒng)嘉陵江組 (T1j)薄～中層狀深灰色微晶灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、泥質灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質白云質灰?guī)r、黑色泥(頁)巖及透鏡狀石膏。其中微晶灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r類約占60%～70%，巖溶中等發(fā)育，透水性較強，兩岸均有分布；泥質灰?guī)r、泥質白云質灰?guī)r類約占30%～40%，巖溶弱發(fā)育，透水性較弱，兩岸均有分布；泥灰?guī)r、黑色泥(頁)巖等約占3%～5%，巖溶不發(fā)育，透水性微弱，可視為相對隔水層。

庫區(qū)內(nèi)斷裂構造不發(fā)育，僅九盤石—巫溪斷裂(4)從庫區(qū)左岸杜家壩南西部平行寨子河通過。受大巴山弧形構造的影響，庫區(qū)還發(fā)育三條次級短軸背斜(BX1～BX3)、兩條次級短軸向斜(XX1～XX2)和七條次級小斷層(F1～F7)。其中，BX2、BX1次級背斜分別位于寨子河左右岸，與寨子河近于平行展布，構成了左、右岸兩大背斜巖溶系統(tǒng)。庫區(qū)巖層產(chǎn)狀變化較大，巖層產(chǎn)狀為N12°～42°W/NE或SW∠20°～86°。寨子河、羊子河及蓼葉溝上段巖層走向與河流流向近于平行，均為順向谷。深溝河、三家溝及蓼葉溝下段巖層走向與河流流向近直交，均為橫向谷。

3 巖溶形態(tài)特征

3.1 巖溶洼地

主要發(fā)育于壩址下游右岸土地坡一帶的嘉陵江組薄～中層狀深灰色微晶灰?guī)r中，分布高程1025m～1040m，其形態(tài)呈溝槽狀，洼地四面環(huán)山，長軸方向北西向，長約1300m，寬約130m～280m。洼地中大致呈串珠狀分布有4個溶蝕漏斗及落水洞，沿BX1背斜軸部發(fā)育。

3.2 溶蝕漏斗、落水洞

零星分布在庫區(qū)左岸大埡口—王家埡口和右岸土地坡等地的洼地中和埡口部位，見有11個，分布高程995m～1200m，地層巖性為嘉陵江組薄～中層狀深灰色微晶灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r及泥質白云質灰?guī)r。漏斗、落水洞上部多呈橢圓錐形，直徑一般5m～20m不等，可測深度8m～20m，下部為不規(guī)則的裂隙狀管道，直徑1m～2m，多被粘土夾巖塊充填。漏斗、落水洞主要沿BX1、BX2背斜軸部發(fā)育，呈串珠狀分布。

3.3溶洞

零星分布于庫區(qū)兩岸及杜家壩蓼葉溝右岸，見有10個，一般規(guī)模不大，具有成層性，可見有兩層，分布高程分別為782m～810m和880m～1020m，高出河水位0～5m和80m～220m。所在地層巖性主要為嘉陵江組薄～中層狀深灰色泥質灰?guī)r及泥質白云質灰?guī)r。洞口多呈不規(guī)則的圓形、半圓形，一般洞高1m～8m，寬1m～10m，可進深度3m～22m，洞內(nèi)石鐘乳、石幔、石筍等溶洞堆積物一般不發(fā)育。溶洞多沿層面和裂隙面發(fā)育，發(fā)育一定深度后洞徑逐漸變小，與較大溶蝕裂隙連通，洞底板大多傾向寨子河或蓼葉溝。庫區(qū)主要溶洞特征見表1。

表1庫區(qū)主要溶洞特征

3.4 巖溶泉

庫區(qū)巖溶泉主要分布在寨子河及杜家壩蓼葉溝右岸，在深溝河、三家溝也有少量泉點出露，見有17個。巖溶含水層主要為嘉陵江組薄～中層狀深灰色微晶灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r及泥質白云質灰?guī)r，尤以微晶灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r中含水豐富，泉水流量一般0.2L/s～25L/s不等。大多數(shù)巖溶泉沿構造線及層面向就近的最低侵蝕基準面排泄，河流切穿碳酸鹽巖層時，往往形成“雙龍洞”巖溶泉。庫區(qū)主要巖溶泉統(tǒng)計見表2。

表2庫區(qū)主要巖溶泉統(tǒng)計

4 巖溶發(fā)育特點

4.1 垂向上巖溶發(fā)育具有強度分帶

如前所述，庫區(qū)巖溶發(fā)育明顯形成了左、右岸兩大背斜巖溶系統(tǒng)。各巖溶系統(tǒng)所發(fā)育的溶洞和巖溶泉在垂向上具有成層性，可見有兩層，分布高程分別為782m～860m和880m～1020m，高出河水位0～5m和80m～220m，且分別對應于地殼間歇性上升的地質時期。按分布高程、溶洞發(fā)育規(guī)模、巖溶泉水流量及補排方式等特征，將庫區(qū)巖溶發(fā)育強度初步分為三個巖溶發(fā)育強度帶。

(1)中等巖溶發(fā)育帶：分布高程880m～1020m，高出河水位80m～220m，高于正常蓄水位1.45m～141.45m。落水洞、溶洞及巖溶泉較發(fā)育，以豎直巖溶管道與水平溶洞、巖溶泉相接為主，并與大、小不等的溶隙相通，形成多層次結構的巖溶管道系統(tǒng)，且具一定的規(guī)模。發(fā)育的漏斗、落水洞(如K14、K15、K16、K17、K55、K56、K59、K60等)大多呈豎井狀，直徑一般5m～25m不等，可探深度6m～20m，補給方式為灌入式。溶洞(如K1、K43、K45、K46、K47、K58等)一般洞高1.5m～7.5m，寬1.5m～4.5m，可進深度3m～5m，見有較大溶洞如K43(洞深約60m)和K58(洞深約100m)。巖溶水徑流方式為管道、裂隙型，巖溶泉(如S9、S10、S30、S35、S42、K47等)流量一般0.2L/s～4L/s。

(2)弱巖溶發(fā)育帶：分布高程782m～860m，高出河水位0～60m，低于正常蓄水位18.55m～96.55m。以發(fā)育小型溶洞和巖溶泉為主，溶洞(如K3、K48、K49、K52等)一般洞高1m～2m，寬1m～8m，可進深度2m～3m，大多為干溶洞，最大溶洞如K52(洞深約22m)。巖溶水徑流方式主要為裂隙型，巖溶泉(如S23、S25、S26等)流量一般1L/s～7L/s，最大巖溶泉為S26，流量達25L/s。

(3)微巖溶發(fā)育帶：分布于河床高程780m～850m以下，地表調查庫區(qū)兩岸河水邊未見溶洞及泉水點出露，寨子河也未出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，河水流量穩(wěn)定。根據(jù)區(qū)域水文資料，晚近期地殼仍處于上升階段，河流不斷下切，巖溶發(fā)育也追隨其向深部發(fā)展，但巖溶向深部發(fā)展的速度小于地殼上升或河流下切的速度。由于溶蝕作用滯后于河流的侵蝕作用，谷底巖溶較地面巖溶發(fā)育弱，巖溶多分布于侵蝕基準面以上，發(fā)育程度隨深度增加而減弱。

民辦高校教師可以通過豐富的互聯(lián)網(wǎng)教學手段不斷激勵學生學習興趣，引發(fā)和保持學生的學習積極性。例如：通過“藍墨云班課”軟件進行學生課堂考勤、發(fā)布學習任務、布置和批改作業(yè)、分小組活動，同時可以發(fā)起課堂討論、舉手、搶答、測試、問卷調查等多種教學形式。另外，教師還可以上傳課件和視頻，學生可以反復觀看學習。

4.2 順向谷與橫向谷巖溶發(fā)育存在差異

本區(qū)碳酸鹽巖系組合特點主要為中—陡傾角的多層結構，各層巖體透水性差異較大，順層面或構造線方向地下水力聯(lián)系較好，巖溶發(fā)育較強烈，具備發(fā)育垂直和水平順層管道的條件。切層方向地下水力聯(lián)系差，巖溶發(fā)育較弱。寨子河石灰廠以上河段為順向谷，據(jù)右岸公路邊8個廢棄的防空洞調查，洞內(nèi)巖溶現(xiàn)象不發(fā)育，僅局部洞頂有少量滴水，以下河段為橫向谷，調查的5個廢棄防空洞，大多數(shù)發(fā)育有小型溶洞或溶隙，洞頂?shù)叵滤S富，呈線狀沿溶洞或溶隙排泄，且該河段兩岸溶洞分布明顯增多，說明橫向谷巖溶較順向谷發(fā)育。

5 水庫滲漏及成庫條件評價

水庫區(qū)為巖溶高中山峽谷地形，屬峽谷型水庫。右?guī)彀渡襟w寬厚(寬度大于3km)，左庫岸山體相對單薄(寬度1km～1.5km)，兩岸坡頂海拔高程均在1000m以上，庫盆在地形上封閉條件良好。庫盆主要由三迭系下統(tǒng)嘉陵江組 (T1j)碳酸鹽巖地層組成，高程880m以上巖溶中等發(fā)育，880m以下巖溶弱～微發(fā)育。庫區(qū)內(nèi)斷裂構造不發(fā)育，庫區(qū)為順向谷。設計根據(jù)以上特點，選擇壩址及主庫區(qū)在順向谷段，控制水庫正常蓄水位在877.5m，水庫總體上存在封閉條件。

5.1 水庫可能滲漏地段分析

通過分析評價，水庫蓄水后，因局部地段地形地貌、地層巖性及巖溶發(fā)育等的組合，水庫可能存在4處滲漏地段。

(1) 水庫左岸庫尾段向殷家溝的滲漏

殷家溝位于工區(qū)南東側，與寨子河上游羊子河庫尾段相距約4.5km～5km。殷家溝總體流向北東至南西向，與羊子河庫尾段近于垂直。殷家溝溝底高程720m～850m，低于寨子河水庫的正常蓄水位，客觀上存在低鄰谷問題，鄰谷之間沿邱家坪、后槽背斜軸線一帶，巖溶洼地、落水洞發(fā)育等現(xiàn)象可能形成庫水向低鄰谷滲漏的條件。經(jīng)實地調查表明，寨子河水庫的庫尾羊子河段的雍水高度不大，水位接近天然河水位，庫岸有泉水補給河流，沒有發(fā)現(xiàn)河水被地下水襲奪現(xiàn)象，加之水庫左岸的巖層陡立，為順向谷，并有相對隔水的泥質白云質灰?guī)r、泥灰?guī)r及黑色泥(頁)巖分布，根本不可能向殷家溝產(chǎn)生反向滲漏。因此，水庫蓄水后，庫水向低鄰谷殷家溝產(chǎn)生永久滲漏的可能性較小。

(2)水庫左岸通過大埡口—王家埡口單薄分水嶺向蓼葉溝的滲漏

杜家壩蓼葉溝發(fā)源于齊家梁，蓼葉溝上段與寨子河近于平行，其間形成了大埡口—王家埡口單薄分水嶺，該段蓼葉溝溝底高程801m～850m，低于寨子河正常蓄水位27.5m～76.5m，為低鄰谷。受地形條件、地層巖性、地質構造及水文地質條件控制，單薄分水嶺兩側巖溶發(fā)育存在明顯的差異性，分水嶺靠寨子河一側岸坡地形及巖層均陡立，加之分布有較連續(xù)的泥質白云質灰?guī)r、泥灰?guī)r及黑色泥(頁)巖等相對隔水層，巖溶不發(fā)育，水平溶洞分布較少，且均較短小，出露的泉水點分布高程一般較高(900m～987m)，流量小，寨子河水未發(fā)現(xiàn)被異側地下水襲奪現(xiàn)象，不存在貫穿山脊的貫通性巖溶通道。而靠杜家壩一側地形及巖層均較緩，巖溶相對較發(fā)育，沿層面存在多層次結構的管道、裂隙通道，泉水點也分布較多，不同高程均有分布，高程858m以上泉水暴雨時流量動態(tài)變化較大，以下泉水受季節(jié)變化小，流量較穩(wěn)定，說明地下水存在多層次含水層現(xiàn)象。根據(jù)王ZK2、王ZK3鉆孔資料，分水嶺冉埡口一帶上部隔水層以下地下水位較低，可能存在地下水低水位區(qū)。王家埡口一帶地下水位較高，且高于正常蓄水位。因此，水庫蓄水后，左岸不存在通過大埡口—王家埡口單薄分水嶺向杜家壩蓼葉溝產(chǎn)生管道性滲漏問題，但在冉埡口下游側可能存在沿背斜軸線產(chǎn)生先切層后順層向壩址下游厚家埡口滲漏的問題。

(3)水庫右岸向瑪瑙溪的滲漏

瑪瑙溪位于工區(qū)北東側，與寨子河相距約3.5km～4.5km?，旇蓶|向西徑流，而寨子河由南東向北西徑流?，旇谥杏斡^音廟至何家溝段溝底高程710m～850m，低于水庫正常蓄水位877.5m，為低鄰谷。通過分析，水庫右岸與瑪瑙溪低鄰谷間不存在低于正常蓄水位的貫通性巖溶通道問題。河間地塊由Ⅱ、Ⅲ兩期巖溶區(qū)組成，不同時期的巖溶區(qū)形成了不同的巖溶系統(tǒng)。鄧家溝、雪兒坪巖溶區(qū)靠分水嶺附近的泉水出露高程940m～950m，表明河間地塊存在地下水分水嶺，且高于正常蓄水位877.5m。磙子坪、苦草堂、土地坡巖溶區(qū)多數(shù)泉水出露高程947m～1036m，表明寨子河右岸存在高水位區(qū)，且高于正常蓄水位877.5m。而諸葛壩洼地地下水主要沿向斜軸部向庫內(nèi)深溝河排泄，深溝河泉水出露高程882m，且向斜軸部向諸葛壩揚起，按保守的水力梯度推算，諸葛壩洼地地下水位應高于877.5m。因此，水庫蓄水后，右岸不存在向低鄰谷瑪瑙溪產(chǎn)生永久滲漏問題。

(4)水庫右岸通過土地坡河間地塊向三家溝的滲漏

壩址下游約1km處右岸的三家溝，其溝口至諸葛壩溝段為橫向溝，與寨子河的流向近于直交，庫首段相應三家溝溝底高程780m～852m，低于水庫正常蓄水位25.5m～97.5m，為低鄰谷。土地坡河間地塊在寨子河和三家溝側發(fā)育的水平溶洞，除K43(高程925m)溶洞規(guī)模稍大外，其余規(guī)模均不大，且短小，寨子河為順向谷，其河水未發(fā)現(xiàn)被異側地下水襲奪現(xiàn)象，而三家溝為橫向谷，在諸葛壩洼地消失的溝水主要沿向斜軸部向深溝河排泄，與庫水無關，因此，土地坡河間地塊不存在貫通性巖溶通道問題。但寨子河右岸發(fā)育的次級背斜軸部橫張裂隙發(fā)育，張開寬度較大，在岸坡沿該組裂隙見有小型溶洞和巖溶泉水出露，說明右岸河間地塊巖溶除順層發(fā)育外，切層也有一定程度的發(fā)育，地下水運動形式主要為裂隙流。河間地塊周邊泉水分布較多，高程大多在1000m以上，靠分水嶺地段泉水分布高程1020m～1042m，表明河間地塊存在地下水分水嶺，且高于正常蓄水位877.5m。因此，水庫蓄水后，右岸不存在通過土地坡河間地塊向三家溝產(chǎn)生管道性滲漏問題，但可能存在沿背斜橫張裂隙產(chǎn)生先切層后順層滲漏問題。

5.2 水庫成庫條件評價

綜合上述，水庫屬峽谷型水庫，庫盆在地形上封閉條件良好，分布的碳酸鹽巖地層在高程880m以上巖溶中等發(fā)育，880m以下巖溶弱～微發(fā)育。庫區(qū)內(nèi)斷裂構造不發(fā)育，庫區(qū)為順向谷。水庫蓄水后，庫水向左岸南部低鄰谷殷家溝產(chǎn)生永久滲漏的可能性小，近庫左岸不存在通過大埡口—王家埡口單薄分水嶺向杜家壩蓼葉溝產(chǎn)生管道性滲漏問題，但可能存在沿背斜橫張裂隙產(chǎn)生切層滲漏問題，滲漏量較小，通過防滲帷幕接泥(頁)巖、泥灰?guī)r相對隔水層解決滲漏問題基本可行；右岸北部不存在通過多個巖溶系統(tǒng)向低鄰谷瑪瑙溪產(chǎn)生永久滲漏問題，近庫右岸不存在通過土地坡河間地塊向三家溝產(chǎn)生管道性滲漏問題，但可能存在沿背斜橫張裂隙產(chǎn)生先切層后順層滲漏問題，滲漏量也較小，右岸帷幕接與正常蓄水位相當?shù)牡叵滤换蚪幽噘|白云質灰?guī)r是可行的。因此，水庫基本具備成庫條件。

6 結語

巖溶地區(qū)建水庫至今仍是一個比較困難的事情，但只要通過大量的調查、研究工作，查明其巖溶發(fā)育程度、形態(tài)特征、以及發(fā)育特點，在適當位置，選擇合適水位，才具備筑壩成庫條件。寨子河水庫工程巖溶發(fā)育在垂向上具有強度分帶、順向谷與橫向谷存在明顯差異兩大特點。即高程880m以上巖溶中等發(fā)育，880m以下巖溶弱～微發(fā)育，且橫向谷巖溶較順向谷發(fā)育?？裳性O計階段，設計選擇壩址及主庫區(qū)在順向谷段，控制水庫正常蓄水位在877.5m是合適的，基本具備水庫成庫條件。該工程于2012年10月動工興建，2017年9月開始閘門調試試蓄水。從目前水庫蓄水運行情況來看，2018年1月-5月壩體最大沉降量21.9cm，壩下游及周邊未見異常出水點，2017年9月壩后量水堰最大滲流量維持在25L/s～29L/s之間。說明前期成庫條件論證結論是正確的，設計、施工對防滲帷幕的處理效果是明顯的、成功的。