馮家橋水庫(kù)巖溶滲漏分析及防滲方案研究

王太銀，陸廣良，馮 福，趙 超

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

1 工程概況

黔南巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，給水庫(kù)成庫(kù)條件分析判斷帶來(lái)很大的難度，擬建水庫(kù)正處于黔南巖溶分布區(qū)中部，新壩址在原馮家橋水庫(kù)老壩下游160m河段(老壩頂高程1034.7m，蓄水時(shí)而翻壩，庫(kù)尾至上游2.4km河段為季節(jié)性河流)，河床高程1020.0-1022.0m，壩址以上集雨面積14.54km2，最大壩高43m，正常蓄水位為1054.0m，庫(kù)容158萬(wàn)m3，校核洪水位1056.76m，對(duì)應(yīng)總庫(kù)容206萬(wàn)m3，工程規(guī)模為小(1)型。

2 水庫(kù)區(qū)基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

馮家橋水庫(kù)建庫(kù)河段蜿蜒曲折，建庫(kù)河流流經(jīng)蠻弄村下游入伏消水洞，至老水庫(kù)庫(kù)尾出現(xiàn)長(zhǎng)約2.4km的季節(jié)性干涸河段，總體呈近東西向展布，河床高程1020-1054m，寬2-12m，回水長(zhǎng)約2km，平均比降16.5‰。兩岸地形較緩，地形坡度5-15°，高程多在1050-1200m之間，屬低中山溶蝕緩丘地貌。地貌特征見(jiàn)圖1。

圖1 水庫(kù)地貌圖

董照河河床高程945m-1005m，比1054m正常蓄水位低60-100m，為左岸河間低矮鄰谷；山岔河位于水庫(kù)右岸3.4km一帶，河床高程880m-950m，比1054m正常蓄水位低150-176m，為右岸河間低矮鄰谷；建庫(kù)河流行至壩址下游約2.5km的石板寨轉(zhuǎn)向SW，河床高程885-950m，比正常蓄水位低105-170m，構(gòu)成下游河彎低鄰谷，最終在屯邊匯入山岔河。

2.2 地層巖性及構(gòu)造

①C1d1-2-4灰、灰黑色中厚-厚層含燧石結(jié)核灰?guī)r，層間夾少量炭質(zhì)、砂質(zhì)泥巖，厚50-60m；②C1d1-2-3黑色炭質(zhì)泥巖與灰黑色碎石結(jié)核灰?guī)r構(gòu)成不等厚互層，厚25-35m；③C1d1-2-2灰、灰黑色中厚-厚層含燧石結(jié)核灰?guī)r，層間夾黑色炭質(zhì)泥巖，厚144.5m；④C1d1-2-1灰黑色中厚層灰?guī)r與黑色炭質(zhì)泥巖互層，厚33m。

水庫(kù)區(qū)處在雅水背斜東翼向克度向斜傾斜地帶，無(wú)區(qū)域性大斷裂穿過(guò)，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單。庫(kù)區(qū)巖層總體呈單斜狀，傾向129°-190°，傾角較平緩，以8°-12°為主。

2.3 巖溶水文地質(zhì)

C1d1-2-4為強(qiáng)巖溶含水層；C1d1-2-3為相對(duì)隔水層；C1d1-2-2構(gòu)成庫(kù)盆及兩岸中等含水巖組，；C1d1-1和C1d1-2-1為相對(duì)隔水—弱巖溶透水層。

受巖溶控制,老水庫(kù)庫(kù)尾上游至蠻弄村消水洞k3河段成為排泄型干河谷,經(jīng)聯(lián)通試驗(yàn)證明,地表水在此入伏后,既有縱向排泄,又有橫向排泄的特征；水庫(kù)水文地質(zhì)的主要特點(diǎn)為:左岸為地下水補(bǔ)給河水、老水庫(kù)庫(kù)尾上游至蠻弄村消水洞k3河段為排泄型干谷(zk5水位高程1029.2m)、壩址區(qū)兩岸地下水均高于河水，補(bǔ)給河水(zk1水位高程1059.5m、zk8水位高程1087.0m、zk11水位高程1066.4m，czk7水位高程1065.6m)。整個(gè)庫(kù)盆自然河段水動(dòng)力特征是補(bǔ)、排型兼而有之，庫(kù)盆上游干河谷段天然即存在外漏，查明外漏去向、位置、范圍及滲漏量等是本水庫(kù)能否蓄水的關(guān)鍵，分析過(guò)程見(jiàn)下述：

2.4 水庫(kù)左、右岸低鄰谷滲漏分析

水庫(kù)左岸發(fā)育董照河，為水庫(kù)左岸低鄰谷，但河間地塊較寬厚，有C1d1-1隔水性能較好的地層逐漸爬升，且無(wú)導(dǎo)水性斷裂橫穿破壞，左岸zk1水文地質(zhì)鉆孔揭露河間地塊地下分水嶺高于水庫(kù)正常蓄水位，庫(kù)水向左岸鄰谷產(chǎn)生滲漏的可能性小，此不贅述。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)右岸河間地塊的滲漏可能性進(jìn)行分析：

右岸發(fā)育有平行發(fā)育的山岔河，為水庫(kù)右岸低鄰谷，河間地塊最短距離為3.4km，分水嶺高程1100-1185m；分水嶺頂部地層為C1d1-2-4為強(qiáng)巖溶含水層；中上部為C1d1-2-3屬相對(duì)隔水層，巖層傾向SE，至右岸鄰谷山岔河下游已完全傾伏；中至下部為C1d1-2-2屬中等含水巖組，至右岸山岔河低鄰谷埋深40m以上；經(jīng)調(diào)查水庫(kù)右岸無(wú)大的斷裂切割破壞；右岸水文地質(zhì)zk12鉆孔水位高于河床水位，經(jīng)過(guò)一年的水位觀測(cè)且通過(guò)栓塞觀測(cè)內(nèi)管水位，最低水位為32.6m(高程1076.8m)，水位能較迅速恢復(fù)的1084.9m，水庫(kù)與右岸低鄰谷存在高于水庫(kù)正常蓄水位的地下分水嶺；庫(kù)水向山岔河滲漏的可能性小。

2.5 水庫(kù)下游河彎低鄰谷巖溶滲漏分析

建庫(kù)河流明暗交替，三次出現(xiàn)干涸、懸托情況，分別為：蠻弄—馮家橋庫(kù)尾河段、老壩至下游ks2河段和石板寨至ks3河段。其中蠻弄—馮家橋庫(kù)尾河段和石板寨—ks3河段長(zhǎng)期斷流，僅在洪水期有地表明流，老壩至下游ks2河段向下游地表明流大幅度削減。建庫(kù)河流地表明流總體情況見(jiàn)圖2。

圖2 納排河水流量變化關(guān)系示意圖

為了解建庫(kù)河流和周邊泉水的流量變化情況，從2017年8月29日至12月15日進(jìn)行了測(cè)流工作(分析數(shù)據(jù)采用測(cè)流時(shí)間段為12月13-15日，無(wú)異常氣象情況)，建庫(kù)河流采用同期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，以了解不同河段的流量變化關(guān)系,成果見(jiàn)表1。

根據(jù)測(cè)流成果，計(jì)算水庫(kù)區(qū)枯期地下水逕流模數(shù)為5.83-7.82L/s·km2，平均值6.3L/s·km2。據(jù)1/20萬(wàn)《羅甸幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》，董照—定理—抵季一帶的C1d1-2-2地下水逕流模數(shù)為5.5-6.75L/s·km2，本次測(cè)流成果可靠。假定建庫(kù)河流逕流模數(shù)采用壩區(qū)一帶逕流模數(shù)5.83L/s·km2，反推納排河出口一帶河床流量應(yīng)為136.8L，CL16+CL17實(shí)測(cè)為186L，增加了49.2L，增加的流量與ks35泉水流量(42L/s)基本吻合，庫(kù)盆河水補(bǔ)給右岸地下水，建庫(kù)河流上下游流量出現(xiàn)反常情況。

表1 河道及泉水測(cè)流成果表

建庫(kù)河流流至石板寨時(shí)，轉(zhuǎn)向SW，河床高程890-930m，構(gòu)成河彎低鄰谷，河彎地塊分水嶺高程1100-1138.3m，分水嶺地塊寬1.5-2.7km。河彎地塊分布C1d1-2-2和C1d1-2-4地層，屬中等-強(qiáng)透水層，以淺切碟狀洼地和小型巖溶管道為主；經(jīng)對(duì)zk5鉆孔水位進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，地下水位為1029.2m，低于相應(yīng)河床(高程1050m)20.8m，水庫(kù)與下游河彎之間存在地下水低槽帶，河水補(bǔ)給地下水。

在測(cè)流分析、水文地質(zhì)鉆孔水位觀測(cè)基礎(chǔ)上，經(jīng)進(jìn)一步調(diào)查，河彎下游河床右岸分布有ks35泉水，流量較大且較穩(wěn)定，流量為15-60L/s，有承壓性質(zhì)，且泉水出露點(diǎn)地層為C1d1-2-2灰?guī)r中等巖溶層位，與水庫(kù)所在層位相同。

綜上，建庫(kù)河流上下游流量出現(xiàn)反常情況，右岸河彎地塊無(wú)地下水分水嶺，建庫(kù)河水補(bǔ)給地下水，且正常蓄水位以下有巖溶發(fā)育中等的C1d1-2-2地層通向庫(kù)外(見(jiàn)圖3)，庫(kù)水通過(guò)該地帶向下游滲漏的可能性大。

圖3 水文地質(zhì)剖面圖

3 防滲方案的確定

3.1 滲漏量估算

水庫(kù)庫(kù)尾河水經(jīng)zk5地下水低槽一帶向ks35泉水產(chǎn)生外漏，滲漏量采用ks35泉水平均流量(取37.5L/s)估算得出現(xiàn)狀滲漏量為118.26萬(wàn)m3/a，占年逕流量880萬(wàn)m3/a的13.4%，庫(kù)水位增高后滲漏量將更大(取洪水時(shí)泉水流量60L/s)估算得189.2萬(wàn)m3/a，占年逕流量21.5%，水庫(kù)失去效益，水庫(kù)右岸地下水低槽帶必須進(jìn)行防滲處理。

3.2 防滲方案研究

水庫(kù)無(wú)左、右低鄰谷滲漏問(wèn)題；下游河彎低鄰谷——納排河下游段河床及兩岸出露的C1d1-2-2灰?guī)r夾泥巖層位與水庫(kù)直接連通，右岸zk5鉆孔地下水位低矮，河彎下游有ks35發(fā)育，泉水流量15-60L/s，且有承壓性質(zhì)，泉水所在層位與水庫(kù)所在層位均為C1d1-2-2灰?guī)r，泉水與zk5地下水連通,通過(guò)前述地下水逕流模數(shù)分析得到驗(yàn)證，需進(jìn)行重點(diǎn)防滲；壩址一帶主要為裂隙滲漏帶，可通過(guò)常規(guī)防滲予以解決。

3.3 防滲帷幕線(xiàn)布置

1)壩址區(qū)：左岸→左壩肩→趾板→右壩肩→右岸山體。

2)zk5地下水低槽帶：水庫(kù)巖溶發(fā)育方向總體呈NW-SE向,分析zk5一帶巖溶發(fā)育方向呈NW-SE向,建議右岸zk5一帶防滲線(xiàn)垂直zk5地下水低槽帶，向兩邊延伸，右端向庫(kù)區(qū)小分水嶺延伸200m，接正常蓄水位與地下水交點(diǎn)，左端點(diǎn)向馬場(chǎng)寨大山方向(大分水嶺)延伸280m，接正常蓄水位與地下水交點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

水文地質(zhì)勘察工作中，若存在下列現(xiàn)象之一：①水庫(kù)周邊有連續(xù)性、穩(wěn)定性、可靠性較好的相對(duì)隔水層分布高程高于水庫(kù)正常蓄水位，且構(gòu)造封閉條件良好；②水庫(kù)與鄰谷存在高于水庫(kù)正常蓄水位的地下水分水嶺；可以認(rèn)為水庫(kù)不存在鄰谷滲漏問(wèn)題。

若有下列現(xiàn)象之一：①河流有明顯的河水漏失現(xiàn)象，河水補(bǔ)給地下水，上下游流量出現(xiàn)反常情況；②水庫(kù)正常蓄水位高于鄰谷河水位，河間地塊地下水分水嶺低于正常蓄水位，且正常蓄水位以下有通向庫(kù)外的中等以上透水層，使庫(kù)內(nèi)外可溶巖組成有水力聯(lián)系的巖溶含水系統(tǒng)；則認(rèn)為水庫(kù)存在滲漏問(wèn)題。文章通過(guò)巖溶水動(dòng)力條件、分水嶺地下水位高低進(jìn)行綜合研判，最終提出合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的防滲設(shè)計(jì)方案，由原全線(xiàn)防滲，優(yōu)化為“地下水位低槽帶”重點(diǎn)防滲，防滲長(zhǎng)度減短了1100m，防滲工程量節(jié)約40%。