東莊水庫碳酸鹽巖庫段地下水位特征

王春永，孫 杰

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

東莊水庫2.7 km 近壩庫段巖性為白云巖和灰?guī)r，巖溶現(xiàn)象普遍，地表存在溶洞、溶隙、溶孔等溶蝕現(xiàn)象，在地下一定深度范圍內(nèi)存在巖溶現(xiàn)象，地下水位低于河水位30 m～50 m，形成懸托河。

1 地質(zhì)概況

碳酸鹽巖庫壩段河谷為“V”型谷，兩岸基巖裸露，岸坡陡峻，自然坡度60°～75°，河谷寬15 m～30 m；兩岸深切溝谷整體不發(fā)育。

地層巖性主要為奧陶系（O）下統(tǒng)冶里—亮甲山組（O1（y-l））白云巖夾淺黃色薄層泥質(zhì)白云巖中統(tǒng)馬家溝組（O2m）厚層微晶白云巖與中薄層含生物灰?guī)r互層、巨厚層灰?guī)r。

根據(jù)地層巖性、薄片鑒定和實測地質(zhì)剖面資料，并結(jié)合巖溶發(fā)育程度和礦物成分分析成果，將2.7 km 碳酸鹽庫壩段劃分為A、B、C 三個區(qū)。

2 地下水位總體特征

東莊水庫近壩段2.7 km 地下水屬于碳酸鹽巖溶裂隙水，含水層及透水層均為碳酸鹽巖層，無可靠的不透水層或相對隔水層。據(jù)鉆孔揭露，兩岸遠處地下水位高于河水位，但在靠近河谷部位，受河水的補給作用，沿河床形成一條帶狀地下水丘，略高于兩岸近岸的地下水位，涇河在此段為懸托型河谷（見圖1 和圖2）。

根據(jù)地下水位長期觀測資料，近壩段近岸地下水整體平緩（水位整體在545 m～555 m），兩岸遠端存在地下水相對分嶺，左岸鉆天嶺一帶地下水位728.7 m～760 m，右岸五峰山一帶推測地下水位高于正常蓄水位，地下水由兩岸遠端向河床方向徑流。

圖1 壩址區(qū)兩岸地下水位示意圖

圖2 碳酸鹽巖庫壩段地下水長期觀測孔分布及同期地下水位

3 地下水位長期動態(tài)

本工程地下水位資料最早源于1965 年，共經(jīng)歷了1965 年～1966 年、1980 年～1981 年、1993 年～1994 年、2010 年～2017 年幾個時段。在東莊壩址附近，前后施工地質(zhì)勘探孔近50 余個，大部分都觀測到了地下水位。由于各階段鉆孔勘察目的不同，時間跨度大，早期的鉆孔沒有連續(xù)的、系統(tǒng)的長期水位動態(tài)觀測資料。

2.3.1 盲目施用化肥，有機肥料投入逐年減少 隨著花椒種植面積的擴大，椒農(nóng)為了提高產(chǎn)量，過量施用化肥，導(dǎo)致土壤可溶性鹽類濃度增高，土壤有機質(zhì)分解加速，理化性質(zhì)發(fā)生改變，地力下降，致使椒樹提前衰老死亡。據(jù)調(diào)查，秦安椒農(nóng)施用化肥以氮肥和磷肥為主，單一施用氮肥造成生理病害蔓延，過量施用磷肥造成對某元素的積聚，嚴重影響了果實的品質(zhì)，且長期施用劣質(zhì)化肥對土壤肥力造成嚴重破壞，污染嚴重。

1980 年～1981 年和1993 年～1994 年分別進行了為期1 年的地下水位長期觀測，2011 年～2017 年進行了近30 個鉆孔的地下水長觀，反映了階段性的地下水位動態(tài)變化，各個階段的地下水位變化見表1～表3。

從各個時期觀測的地下水位資料可以看出：總體上，1965 年以來庫壩區(qū)地下水位呈下降趨勢，下降幅度約20 m～30 m。同時年際間存在一定的波動，如1993 年～1994 年間的地下水位略高于1980 年～1981 年的地下水位，2013 年～2017 年觀測期間地下水位也呈現(xiàn)出年際間有升有降的波動。

表1 碳酸鹽巖庫壩段1965 年～1966 年鉆孔地下水位統(tǒng)計表

表2 碳酸鹽巖庫壩段1980 年～1981 年、1993 年～1994 年鉆孔地下水位統(tǒng)計表

表3 碳酸鹽巖庫壩段2014 年～2017 年鉆孔地下水位統(tǒng)計表

4 地下水動態(tài)特征分析

4.1 2014 年～2017 年地下水位動態(tài)分析

在2014 年～2017 年在近壩區(qū)共布置了13 個地下水位長期觀測孔，其中11 個獲取了1～2 個水文年（2013 年～2014 年）的長觀資料，分別是：A 區(qū)的2 個鉆孔ZK323 和ZK455 位于左、右岸；B 區(qū)的3 個鉆孔中ZK458 和ZK456 位于左、右岸，ZK322位于河床；C 區(qū)的5 個孔為位于左壩肩的ZK405、ZK301，位于左岸破碎體上游的ZK419 和右壩肩的ZK306、ZK404，ZK459 位于左岸帷幕線附近(距涇河直線距離約350 m)。每孔中均放置地下水自動記錄儀，觀測頻率為1 次/d，各孔的地下水位與河水位、降雨量的動態(tài)關(guān)系曲線見圖3。

圖3 2014 年～2017 年近壩庫段不同分區(qū)地下水位動態(tài)與河水位、降雨量關(guān)系示意圖

A、B 區(qū)地下水位低于河床30 m～50 m，地下水與地表水的水力聯(lián)系較弱，即使是位于B 區(qū)河床部位的ZK322 鉆孔，其地下水位也基本未受到河水的動態(tài)變化影響，結(jié)合區(qū)內(nèi)河床孔非長觀孔ZK451～ZK454 的終孔觀測地下水位 (分別為562.43 m、560.05 m、559.79 m、557.38 m，2013 年2 月～3 月)，認為A、B 兩區(qū)附近河水對地下水的補給作用較弱，且地下水徑流緩慢。

C 區(qū)壩肩ZK301、ZK306、ZK404、ZK405 和位于左岸破碎體上游的ZK419 長觀孔地下水位低于河水位5 m～15 m，地下水位動態(tài)曲線反應(yīng)出壩肩地下水位與河水位動態(tài)關(guān)系較為密切，表明庫首灰?guī)r段河水沿河床對地下水有補給作用，是未來庫壩區(qū)防滲的重點，而遠離河床的ZK459 長觀孔（距涇河直線距離約350 m），其2013 年地下水位長觀數(shù)據(jù)平均低于壩址河床35 m 左右，受河水的影響不及左右壩肩顯著，且相對河水變化有滯后現(xiàn)象，對比C 區(qū)6 個長觀孔的水位觀測資料，隨著與河床距離的增加，地下水位受河水的影響有減弱的趨勢，表明沿河床和近岸岸坡地帶，巖體透水性相對較強。

根據(jù)上述地下水動態(tài)變化特征，可以將其分為兩類，一是氣象型，二是水文型。

（1）氣象型：鉆孔中地下水位與河水位關(guān)系不密切，河水對地下水影響小，主要分布在A、B 區(qū)和C 區(qū)遠離河床地段，如A、B 區(qū)的ZK322、ZK455、ZK456、ZK458 等，該類型地下水位變化主要受氣候的影響，反映在地下水位曲線比較平緩，峰谷不明顯。

（2）水文型：地下水位與河水位動態(tài)密切相關(guān)，河水位上漲，地下水位也隨之上升，主要分布在C 區(qū)的近河谷帶，如C區(qū)左右壩肩的ZK301、ZK306、ZK404、ZK405 孔和左岸破碎體上游的ZK419。隨著遠離河床，地下水動態(tài)受河水位動態(tài)變化的影響逐漸減弱，表現(xiàn)出一定時間的滯后現(xiàn)象，滯后時間取決于鉆孔與河道的距離（C 區(qū)ZK459 孔），水位的變化同時又受降水的影響，屬于氣象- 水文型。

4.2 2017 年～2018 年地下水位動態(tài)分析

在2013 年～2017 年長期觀測孔的基礎(chǔ)上，2017 年～2018 年對庫壩區(qū)地下水位長觀孔分布進行了適當(dāng)調(diào)整，增加了一些鉆孔，并在鉆孔中放置地下水自動記錄儀作為長觀孔進行監(jiān)測。目前庫壩區(qū)共有19 個地下水位長期觀測孔進行地下水位動態(tài)觀測，分別是：A 區(qū)4 個，左岸的ZK465、ZK463、ZK323 和右岸的ZK455；B 區(qū)4 個，左岸的ZK458、ZK321 和右岸的ZK456，ZK322 位于河床；C 區(qū)11 個，位于左岸ZK405、ZK301、ZK431、ZK439、ZK459、ZK423 和ZK425，右岸的ZK306、ZK434、ZK422和ZK424。根據(jù)獲取的一個水文年（2017 年3 月～2018 年3 月）的地下水位變化特征，其中2017 年5 月份和10 月份分別有兩次較大的降雨過程，導(dǎo)致河水位明顯上漲，各觀測孔監(jiān)測曲線均有反映。

（1）庫區(qū)右岸

圖4 2017 年～2018 年庫區(qū)右岸鉆孔地下水位動態(tài)變化曲線

2017 年3 月～2018 年3 月地下水觀測資料（圖4）表明：在正常時期，右岸遠岸坡鉆孔ZK455、ZK456 和ZK434 鉆孔中地下水位動態(tài)變化平緩，主要隨降水年際變化呈緩慢的上升或下降，受短期降水或河水位變動影響較小。2017 年4 月以后，降水強度及歷時、河水流量較其它年份明顯增大，A、B 區(qū)地下水位開始輕微波動，至汛后10 月份開始明顯抬升，但具有滯后效應(yīng)，較汛期滯后約3 個月，在一定程度上反映出降水及河水入滲補給地下水緩慢，地下水與河水等地表水的水力聯(lián)系較弱。

右岸C 區(qū)近岸坡鉆孔ZK422、ZK306 地下水在汛期6 月～9 月受降水或河水位變動影響，地下水位出現(xiàn)明顯的波動抬升，其它時段地下水位平緩下降，水位變動與降水和河水變化基本同步，說明地下水與河水等地表水聯(lián)系緊密。反映出河水等地表水對地下水具有一定的滲漏補給，主要沿河床兩岸發(fā)育的順層大裂隙、溶蝕裂隙等結(jié)構(gòu)面入滲補給。

從地下水位來看，右岸C 區(qū)近岸坡受河水的補給，地下水位較高。遠岸坡隨著遠離河床，鉆孔地下水位逐漸升高，地下水位由遠岸向近岸徑流，最終補給河水。

綜上所述：庫區(qū)右岸地下水在C 區(qū)近岸坡受河水影響較大，但影響范圍未達到ZK434 鉆孔，說明壩址右岸主要滲漏地段分布在近岸坡河床至ZK434 之間。

（2）庫區(qū)左岸

圖5 2017 年～2018 年左岸鉆孔地下水位動態(tài)變化曲線

圖6 2017 年～2018 年左岸A、B 區(qū)鉆孔地下水位動態(tài)變化曲線

圖7 2017 年～2018 年左岸C 區(qū)鉆孔地下水位動態(tài)變化曲線

2017 年3 月～2018 年3 月地下水觀測資料（圖5～圖7）表明：在正常時期，庫區(qū)左岸A、B 區(qū)鉆孔ZK458、ZK465、ZK321、ZK322 和ZK323 鉆孔中地下水位動態(tài)變化平緩，主要隨降水年際變化呈緩慢的上升或下降，受短期降水或河水位變動影響較小。但隨著汛期6 月～9 月降雨量的增加，各鉆孔中地下水位均有相應(yīng)的抬升，而后有逐漸恢復(fù)的趨勢，具有滯后效應(yīng)，較汛期滯后約3 個月。在一定程度上反映出降水及河水入滲補給地下水緩慢，地下水與河水等地表水的水力聯(lián)系較弱。

左岸C 區(qū)近岸坡鉆孔ZK405、ZK439 和ZK459 在汛期6 月～9 月受降水或河水位變動影響較大，其它時段地下水位平緩下降，水位變動與降水和河水變化基本同步，說明地下水與河水等地表水聯(lián)系緊密。反映出河水等地表水對地下水具有一定的滲漏補給，主要沿河床兩岸發(fā)育的順層大裂隙、溶蝕裂隙等結(jié)構(gòu)面入滲補給。但隨著與河床距離的增加，地下水動態(tài)受河水位動態(tài)變化的影響逐漸減弱。

鉆孔ZK431 地下水位較高，受河水位變化影響較弱，隨著5 月份和10 月份降雨量的增加，鉆孔內(nèi)地下水位上升的滯后現(xiàn)象更加明顯，除了ZK431 距離河床較遠以外，該處地下水徑流速度慢，地層滲透性較差也是產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因。

從地下水位來看，左岸C 區(qū)近岸坡受河水的補給，地下水位較高。A、B 區(qū)隨著遠離河床，鉆孔地下水位逐漸升高，地下水位整體上由遠岸向近岸徑流，最終補給河水。

綜上所述：庫區(qū)左岸地下水在C 近岸坡受河水影響較大，但隨著距離的增加，影響程度逐漸減弱，影響范圍未達到ZK431 鉆孔。

5 結(jié)語

通過對東莊水庫近壩碳酸鹽巖庫段地下水位特征的分析研究可知：近壩庫段地下水位是低于河水位5 m～50 m；河水和地下水位聯(lián)系較緊密。從巖溶發(fā)育程度上來說工程區(qū)巖溶不發(fā)育，以溶孔、溶隙為主，蓄水后發(fā)生滲漏的可能性不大；但是從地下水位特征分析，河水和地下水位聯(lián)系緊密，地表水可以沿河床兩岸發(fā)育的順層大裂隙、溶蝕裂隙等結(jié)構(gòu)面入滲補給地下水；因此對水庫采取一定的防滲措施是很有必要的。