貴州龍洞灣水庫左岸巖溶滲漏分析

簡紅波，彭 峰，王 益

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563002)

1 工程概況

龍洞灣水庫位于貴州省務川縣浞水鎮(zhèn)長江村境內(nèi)浞水河上，是貴州省“十三五”水利規(guī)劃鄉(xiāng)鄉(xiāng)有穩(wěn)定水源工程項目之一。其樞紐工程主要由擋水、泄水和取放水建筑物組成，大壩為堆石砼單曲拱壩[1- 2]，最大壩高46.0m，正常蓄水位913.0m，水庫總庫容174萬m3，該工程于2018年8月開工建設，目前大壩已封頂，后續(xù)工作仍在緊張進行中。

2 庫區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

庫區(qū)總體地勢為南、南西部高，北、北東部低，屬中至淺切低中山至中低山侵蝕河谷及溶蝕溝谷地貌。河床高程872.0～913.0m，比降4.6%，左岸分布有三匯溪低鄰谷，與庫區(qū)河流近平行展布，對應河床高程815.0～913.0m，河間山體寬0.5～1km，河間地塊上還分布有近南北向展布的小河溝槽谷[3- 4]，發(fā)源于庫尾左岸堰塘灣，溝底高程872.0～913.0m，沿地表穩(wěn)定徑流至KWD1巖溶洼地進入地下巖溶管道伏流在下游樓房處K10溶洞出露匯入三匯溪，地下伏流段高程為820.0～872.0m。

2.2 地層巖性

水庫區(qū)主要出露志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)、石牛欄組(S1s)、中統(tǒng)韓家店組(S2h)地層。S1l層為粉砂質(zhì)泥巖、頁巖，主要在庫區(qū)中上游河段庫盆底部；S1s主要為中至厚層含泥質(zhì)條帶灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r，厚42～50m，為庫區(qū)主要可溶巖層，在庫區(qū)右岸分布高程高于正常蓄水位，在左岸中部陡崖一帶分布傾斜延伸至低鄰谷出露；S2h主要為頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾粉砂巖等，主要分布在庫區(qū)兩岸山體頂部向兩岸及庫尾延伸大面積分布。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)位于浞水向斜南東翼，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有學堂坳斷層F1，該斷層自庫區(qū)右岸長灣一帶橫切庫首河谷延伸至左岸S2h碎屑巖地層因應力釋放而逐漸滅尖，為一壓扭性逆斷層，斷層產(chǎn)狀N31～37°W/SW∠75～78°，斷距為15～30m，斷層破碎帶寬3～5m，多為泥質(zhì)膠結(jié)。受區(qū)域構(gòu)造影響，還發(fā)育有f1、f3及f4次生斷層，強風化裂隙較發(fā)育。巖層整體傾左岸，河谷結(jié)構(gòu)為走向谷。

2.4 巖溶水文地質(zhì)條件

2.4.1巖溶發(fā)育概況

水庫區(qū)兩岸坡及河谷地表出露S2h和S1l碎屑巖地層為主，地表水徑流條件較好。地層結(jié)構(gòu)空間分布為自上而下依次分布S2h、S1s、S1l地層，巖層總體緩傾左岸，S1s層在庫區(qū)一側(cè)出露面積較少，河間地塊內(nèi)下伏于S2h碎屑巖層，岸坡出露區(qū)主要以地表溶溝溶槽、溶蝕裂隙發(fā)育為主，據(jù)調(diào)查，左岸及鄰谷S1s層主要發(fā)育有以K2、K10為出口的地下巖溶管道系統(tǒng)。K2出溢點高程883.7m，流量穩(wěn)定，一般流量3～8L/s，汛期流量10L/s以上，且出水渾濁，渾濁程度與河水相當，說明受大氣降雨影響較大，補給途徑短，分析推測受庫尾一帶河水補給的可能性較大。三匯溪低鄰谷發(fā)育的K10巖溶管道出口高程820.0m，一般流量2～5L/s，較穩(wěn)定，在K10南側(cè)小河溝下游S1s出露區(qū)發(fā)育有巖溶洼地KWD1及落水洞KLD8，通過連通試驗證明，KLD8與K10連通，小河溝沿地表穩(wěn)定徑流后進入KLD8落水洞集中補給K10出水溶洞，經(jīng)分段流量觀測，K10流量與KLD8地表水匯入量無明顯差異，說明K10出水溶洞主要由KLD8落水洞集中補給為主，其次為管道附近兩側(cè)地下水橫向補給。如圖1所示。

2.4.2地下水類型及含水巖組的劃分

水庫區(qū)和鄰谷出露地層中碳酸鹽巖和碎屑巖類均有分布[5- 7]，地下水類型主要為碳酸鹽溶洞水和基巖裂隙水兩大類，根據(jù)本區(qū)各地層單元巖性特征、巖溶發(fā)育程度及水文地質(zhì)特性[8]，將區(qū)內(nèi)出露地層單元劃分為強巖溶含水巖組和弱含水相對隔水巖組，劃分結(jié)果見表1。

2.4.3庫區(qū)左岸巖溶發(fā)育特征規(guī)律

為查明水庫左岸與低鄰谷河間地塊S1s層巖溶水文地質(zhì)情況，除地表巖溶水文地質(zhì)調(diào)查工作外，還采取了鉆探、物探(EH4)、水位觀測及連通試驗等勘察手段[9- 11]。在左岸地表分水嶺沿線橫向布置了三條EH- 4物探線及水文孔ZK1、ZK7，如圖1所示。據(jù)EH4物探資料顯示，庫區(qū)臨河岸坡巖溶發(fā)育程度較高，尤其是庫尾f4斷層及庫區(qū)中部f3斷層影響帶較為明顯，而向岸坡深部(地表分水嶺以外)巖溶發(fā)育逐漸減弱。另外，鉆孔ZK1、ZK7揭露：S1s層巖芯完整性好，未見溶蝕現(xiàn)象，壓水試驗巖體透水率多小于5Lu。經(jīng)反復觀測，孔內(nèi)穩(wěn)定水位均高于K2出溢點高程，且高于S1s層頂界分布高程，鉆孔水位觀測結(jié)果見表2，說明左岸地表分水嶺附近存在高于河水位的地下分水嶺，庫區(qū)河流為補給型河流。根據(jù)巖層結(jié)構(gòu)分布與水文地質(zhì)特征分析，庫區(qū)一側(cè)岸坡至分水嶺地下水向三匯溪低鄰谷補給的可能性極小，說明左岸至鄰谷間S1s可溶巖層深部巖溶不發(fā)育，巖溶發(fā)育主要集中在分水嶺以內(nèi)近岸坡淺部一帶。

表1 庫區(qū)水文地質(zhì)巖組劃分表

圖1 水庫區(qū)地質(zhì)平面簡圖

表2 左岸水文孔ZK1、ZK7孔內(nèi)水位觀測統(tǒng)計表

綜合分析，庫區(qū)左岸分水嶺外側(cè)山體上部均為連續(xù)穩(wěn)定的S2h碎屑巖地層覆蓋，受上伏S2h相對隔水層阻隔，S1s層地下水補給受限；其次在庫區(qū)近岸一帶S1s層出露區(qū)接受較為有限的地下水補給后主要沿縱向(河向)排泄補給K2出露，庫區(qū)一側(cè)補給區(qū)地下水動力作用釋放，然而對岸坡深部地下水動力作用減弱，向地表分水嶺至外側(cè)山體巖溶逐漸減弱巖溶弱發(fā)育；地表分水嶺以內(nèi)近岸由于受斷層、裂隙構(gòu)造切割以及早期河流的側(cè)向侵蝕作用，巖溶相對較發(fā)育，但分水嶺以內(nèi)山體單薄，地表集雨面積和補給區(qū)極其有限，巖溶發(fā)育主要以短道的巖溶管道、流量較小的出水溶洞為主，受季節(jié)影響較大，與K2、K10調(diào)查資料吻合。

本區(qū)碎屑巖與可溶巖成層性相間分布，碎屑巖分布相對較廣，斷層及裂隙構(gòu)造發(fā)育，巖溶發(fā)育差異性較大，總結(jié)巖溶發(fā)育有以下特點及規(guī)律：①巖溶發(fā)育及巖溶化程度與巖性及其分布影響密切相關(guān)，河間地塊內(nèi)S1s層下伏于S2h相對隔水層，巖溶弱發(fā)育，僅庫區(qū)及鄰谷近岸坡一帶S1s層地表出露區(qū)受斷層、裂隙切割影響巖溶相對較發(fā)育，巖溶主要以地表溶蝕及短道的巖溶管道為主，巖溶形態(tài)發(fā)育規(guī)模相對較右岸小，地下水主要沿縱向或斜向排泄就近補給河流，庫區(qū)一側(cè)與鄰谷存在水力聯(lián)系的可能性小，為獨立的巖溶管道系統(tǒng)，巖溶發(fā)育在平面分布上具有明顯的差異性。②受地形控制：巖溶發(fā)育具有不均性，S1s出露區(qū)在地形相對平緩的斜坡、臺地及洼地，地表匯水條件較好，為巖溶個體形態(tài)的發(fā)育創(chuàng)造水動力條件，巖溶發(fā)育程度高，另外，地下水為適應不斷下潛的最低排泄基準面，巖溶管道多沿地形切割更低的溝谷就近發(fā)育。從整個庫區(qū)來看，南側(cè)地形相對北側(cè)較高，北東部相對南西部較低，為適應地下水最低排泄基準面，庫區(qū)左岸K2及鄰谷下游K10巖溶管道總體上為由南向北或由南西向北東補給，庫區(qū)與鄰谷河流分布為分水嶺兩側(cè)岸坡最低排泄基準面。③受構(gòu)造控制：巖溶多順巖層及斷層、裂隙結(jié)構(gòu)面發(fā)育。庫區(qū)多為單斜巖層，傾角較緩，可溶巖與碎屑巖相間分布，受碎屑巖相對隔水巖層阻隔，巖溶管道多順層沿巖層傾向發(fā)育，左岸K2短道巖溶管道系統(tǒng)主要沿近岸坡順河向及卸荷裂隙及層面發(fā)育。④受新構(gòu)造運動、巖溶發(fā)展階段控制：不同時期巖溶發(fā)育形態(tài)不同，其具有明顯的差異性，但同時也具有一定的繼承性。本區(qū)巖溶發(fā)育主要為山盆期第一亞期與第二亞期過渡期，相適應的溶洞層高程為800～1000m，該期溶洞發(fā)育，主要以巖溶洼地、斜向落水洞和水平發(fā)育的溶洞、巖溶管道及出水溶洞、巖溶泉等為主，如巖溶管道進口及K2、K10巖溶管道系統(tǒng)出口，均接受豎直或斜向巖溶形態(tài)的補給，就近排泄補給附近河流。水庫區(qū)受地形、地層巖性分布特征及構(gòu)造切割的不同，總體上巖溶發(fā)育表現(xiàn)出明顯的不均性。

2.4.4地表水、地下水補徑排特征

水庫左岸在地形上分水嶺為單薄的脊狀山體，分水嶺以外至三匯溪鄰谷河間地表均為連續(xù)分布的S2h層覆蓋，地形坡度總體較大，地表徑流條件好。左岸山體存在地下分水嶺，庫區(qū)一側(cè)地下水主要為上游向下游縱向或局部斜向補給庫區(qū)河流，水庫區(qū)為補給型河流，與鄰谷三匯溪之間存在水力聯(lián)系的可能性較小，地下水的補、徑、排及巖溶發(fā)育各自為系統(tǒng)[12- 14]，巖溶管道發(fā)育方向總體上代表地下水的徑流方向，浞水河為本區(qū)最低排泄基準面。

3 庫區(qū)左岸巖溶滲漏分析

3.1 左岸F1斷層以上(上游)庫岸滲漏評價

水庫蓄水存在沿S1s可溶巖地層向鄰谷滲漏可疑。據(jù)前述資料分析論證，左岸地表分水嶺附近存在地下分水嶺，其高程高于S1s強含水層分布高程，分水嶺以內(nèi)地下水補給K2巖溶系統(tǒng)；庫區(qū)一側(cè)近岸坡巖溶發(fā)育程度較高，受上部S2h阻隔，向岸坡深部(地表分水嶺以外)巖溶發(fā)育逐漸減弱，與鄰谷之間河間地塊內(nèi)S1s層巖溶不發(fā)育，巖體透水性弱，鉆孔揭露巖體透水率均在5Lu以下，K2與K10為相對獨立的巖溶管道系統(tǒng)；雖發(fā)育有F1斷層切割，但未切割延伸至鄰谷，庫區(qū)與三匯溪鄰谷間存在水力聯(lián)系的可能性極小。因此，水庫蓄水后庫水沿S1s可溶巖層向左岸三匯溪及小河溝低鄰谷滲漏的可能性小，如圖2所示。

圖2 庫區(qū)Ⅰ—Ⅰ＇水文地質(zhì)剖面圖

圖3 庫區(qū)Ⅱ—Ⅱ＇水文地質(zhì)剖面圖

3.2 左岸F1斷層以下(下游)庫岸滲漏評價

左岸F1斷層以下山體受上游沖溝及下游河彎切割，山體較單薄，受構(gòu)造影響，近岸坡淺部巖溶較強烈，以順河向的短道型巖溶通道發(fā)育為主，地下水主要沿縱向，局部斜向排泄補給下游河床，向岸坡深部巖溶不發(fā)育。據(jù)鉆孔壓水試驗資料表明，857.41m高程以上透水率均大于5Lu，以下均小于5Lu。因此，水庫蓄水后存在沿F1斷層破碎帶，強風化，裂隙、溶蝕帶等向下游滲漏問題，可采取防滲帷幕處理解決，如圖3所示。根據(jù)壩區(qū)水文地質(zhì)條件，左岸防滲帷幕設計底界接S1l相對隔水層，封閉強風化、強巖溶及斷層破碎帶強透水巖體，邊界接S2h相對隔水層及S1s層弱巖溶弱透水巖體。

4 結(jié)語

本區(qū)巖溶發(fā)育除了受地層結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造的控制，地表和地下水補徑排條件及地下水動力作用的影響也較明顯，論證表明庫區(qū)K2和鄰谷K10巖溶管道系統(tǒng)不存在水力聯(lián)系，水庫左岸河間地塊S1s層巖溶弱發(fā)育或不發(fā)育，水庫蓄水向左岸低鄰谷產(chǎn)生巖溶滲漏的可能性小。

根據(jù)施工階段帷幕先導孔成果資料顯示：左岸帷幕邊界孔巖芯完整，S1s層未見溶蝕現(xiàn)象，巖體透水率多小于5Lu，最大為5.96Lu，最小為1.28Lu，透水性總體較弱，實施成果證明了前期勘察論證成果的準確性與設計帷幕邊底界的合理性。

由于巖溶發(fā)育具有復雜性和特異性，本文采用的勘察手段與分析論證方法存在一定局限性，在今后的實際工程中仍需進一步總結(jié)和完善。