巖溶地區(qū)水庫庫址選擇的實踐
——以考臘水庫庫址選擇分析評價為例

(新疆兵團勘測設(shè)計院(集團)有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

我國碳酸鹽巖廣泛分布,出露地表的面積約有130萬km2, 占全國總面積的13.5%，其中南方碳酸鹽巖分布面積55萬km2，尤其以西南地區(qū)的云南、貴州、四川、廣西等省和自治區(qū)較為典型，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，氣候條件適宜，喀斯特地貌分布廣泛，巖溶地貌類型有峰林、槽谷、石林地貌、巖溶丘陵、溶蝕洼地、峽谷等, 同時形成大量的洞穴、泉、地下河、伏流、漏斗、落水洞，對水利工程的選址及施工處理造成諸多難題，并造成水利工程的建設(shè)施工成本增加，工程性缺水較為普遍，因此，巖溶地區(qū)水利工程的選址對于工程的安全和經(jīng)濟性具有重要意義。本文通過對云南省臨滄市永德縣考臘水庫工程地質(zhì)勘察庫址選擇進行分析評價和總結(jié)，為巖溶地區(qū)庫址的選擇提供思路和參考。

1 工程概況

考臘水庫工程位于臨滄市永德縣大山鄉(xiāng)籠扎村與崇崗鄉(xiāng)和尚橋村交界處，南汀河西岸支流考臘溝內(nèi)。整個流域地勢西北高，東北低，狹長形狀，面積41.1km2，河長15.5km，比降102.2‰。流域徑流補給源主要是大氣降水，降水的水汽主要來源于孟加拉灣的暖濕氣流，且受制于西南季風(fēng)的影響，多年平均徑流量為0.169m3/s，徑流量533萬m3。水庫以灌溉為主兼顧人畜飲水的功能,工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪兼放水隧洞、副壩及灌區(qū)輸水管道工程組成。最大壩高42.60m，壩線長150.40m，水庫正常蓄水位1899.9m，總庫容299萬m3。

測區(qū)位于滇西橫斷山脈山原區(qū)，總地勢東南高西北低，最高峰為東部大雪山，主峰海拔3504m，最低點為大勐統(tǒng)河匯口，海拔高程約為705m。受區(qū)內(nèi)構(gòu)造控制，山體走向以南西—北東向為主，可分為侵蝕-溶蝕構(gòu)造的高中山區(qū)、侵蝕中低山區(qū)。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有：古生界寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系；中生界三疊系、侏羅系；新生界第三系及第四系地層。其古生界石炭系、二疊系地層中分布大量的灰?guī)r地層，巖溶現(xiàn)象較發(fā)育，中生界地層三疊系、侏羅系地層局部發(fā)育巖溶條帶。

工程區(qū)位于岡底斯-念青唐古拉褶皺系(Ⅴ)中的昌寧—孟連褶皺帶(Ⅴ3)中西部邊緣，處于青藏歹字形構(gòu)造體系中段與川滇經(jīng)向構(gòu)造體系的復(fù)合部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。區(qū)內(nèi)發(fā)育的區(qū)域性斷裂有柯街?jǐn)嗔?F6)、南汀河斷裂(F8)、昌寧斷裂(F22)：庫壩區(qū)距最近的活動構(gòu)造南汀河斷裂約11km，該斷裂為全新世活動斷裂，庫壩址區(qū)無活動斷層通過，具備建壩條件。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.20g，地震反應(yīng)譜特征周期為0.45s，對應(yīng)地震基本烈度為8度。

水庫庫壩區(qū)位于碳酸巖巖溶發(fā)育較為廣泛的地區(qū)，本文通過綜合分析的方法對水庫選址作了詳細(xì)分析評價。

2 水文地質(zhì)條件

工程位于怒江水系和瀾滄江水系分水嶺地帶，總體地勢中間高，南北兩側(cè)低。工程區(qū)主要接受大氣降水補給，北側(cè)以地表匯流、地下暗河的形式向下排泄，經(jīng)忙角河、大地河、永康河，最后匯入怒江一級支流勐波羅河；南側(cè)地表匯流經(jīng)考臘溝，在和尚橋處流入落水洞，以暗河的形式排入瀾滄江一級支流南汀河(見圖1)。

圖1 區(qū)域水文地質(zhì)條件及可溶巖分區(qū)

2.1 地下水類型

地下水主要類型包括基巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水和第四系孔隙潛水三種類型。

2.1.1 松散巖類孔隙水

孔隙潛水主要分布在現(xiàn)代河床內(nèi)，兩岸岸坡及溝內(nèi)零星分布，貯存在第四系沖積、洪積地層中，兩岸的孔隙潛水一部分向基巖入滲，另一部分轉(zhuǎn)化為地表水在現(xiàn)代河床匯集，現(xiàn)代河床孔隙潛水主要由地表徑流補給。

2.1.2 基巖裂隙水

基巖裂隙水主要貯存在強風(fēng)化、弱風(fēng)化巖體中，富水性受巖性及構(gòu)造控制，由大氣降水補給和相鄰含水層中地下水側(cè)向補給。在重力作用下，沿裂隙徑流，以下降泉形式或沖溝匯流的形式向溝谷、坡腳排泄，或以地下徑流形式補給下游含水層進行排泄。

2.1.3 碳酸鹽巖巖溶水

碳酸鹽巖巖溶水分布于工程區(qū)泥盆系溫泉組(D1w)灰?guī)r透鏡體及二疊系下統(tǒng)(P1)、石炭系、(C)灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r、侏羅系中統(tǒng)蘆子箐組(J2lz)泥灰?guī)r夾層中，大氣降水在分水嶺地帶部分沿構(gòu)造裂隙、溶蝕裂隙、落水洞、漏斗等補給地下水，經(jīng)散布的裂隙、巖溶裂隙排向下游。

2.2 水文地質(zhì)單元及補、徑、排關(guān)系

根據(jù)工程區(qū)所處的位置，工程位于怒江水系和瀾滄江水系分水嶺地帶，以所在處分水嶺為界，將測區(qū)劃分為兩個水文地質(zhì)單元。

2.2.1 分水嶺西北部分水文地質(zhì)單元

分水嶺西北側(cè)為怒江水系，該側(cè)分布的地層主要為侏羅系中統(tǒng)蘆子箐組(J2lz)粉砂質(zhì)泥巖和砂巖互層夾泥晶灰?guī)r，局部夾生物碎屑灰?guī)r，三疊系上統(tǒng)大水塘組(T3d)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r，三疊系上統(tǒng)南梳壩組(T3nn)泥巖、粉砂巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r，以基巖裂隙水為主，局部為巖溶水的水文地質(zhì)單元。地表接受大氣降水補給，滲入地表松散堆積物及基巖裂隙及溶隙，經(jīng)溝谷匯入忙角河，在水庫區(qū)西側(cè)山頭寨處溝谷匯流流入落水洞(兩處落水洞，直徑4～5m，深約5m，為順層發(fā)育，近南北向)，形成斷流，在忙角河中流又匯入地表河流，向最低侵蝕基準(zhǔn)面勐波羅河排泄。

2.2.2 分水嶺東南部分水文地質(zhì)單元

分水嶺南側(cè)為瀾滄江水系，該側(cè)分布的地層主要有石炭系上統(tǒng)魚塘寨組(C3y)灰、深灰色灰?guī)r，二疊系下統(tǒng)(P1)灰、灰白色厚層塊狀灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r及少量白云質(zhì)灰?guī)r，以巖溶水為主的水文地質(zhì)單元，溶隙、巖溶槽谷、落水洞等較發(fā)育。地下水的補給主要為大氣降水，大氣降水滲入巖溶溶隙、巖層層面后向溝谷匯流，局部段流入落水洞，形成地下暗河，向最低侵蝕基準(zhǔn)面南汀河排泄。在水庫區(qū)東南部約2km和尚橋處發(fā)育一巨型橢圓形落水洞，為二疊系下統(tǒng)(P1)灰?guī)r形成地下暗河，地表水(包括考臘溝內(nèi)河水)匯流至該落水洞形成地下暗河，出口在近南汀河近岸坡處出露地表，最后排泄流入南汀河。

3 區(qū)域可溶巖的分布規(guī)律和發(fā)育特征

3.1 含水巖組劃分及富水性

不同巖組其地下水的類型及富水性不一，現(xiàn)將工程區(qū)主要地層地下水類型及其富水性進行劃分，見表1。

表1 工程區(qū)主要地層地下水類型及富水性劃分

3.2 可溶巖在地形地貌上的分帶性

測區(qū)可溶巖的分布規(guī)律在地形地貌上具有明顯的分帶性，測區(qū)西北部為侵蝕中山、中低山區(qū)，以構(gòu)造剝蝕形成，巖溶作用弱；東南部為侵蝕-溶蝕構(gòu)造的高中山區(qū)，以構(gòu)造剝蝕和巖溶溶蝕作用形成，溶蝕現(xiàn)象強烈，喀斯特地貌較發(fā)育，山頂溶溝、石芽發(fā)育，喀斯特漏斗、落水洞、喀斯特洼地分布較為廣泛，多數(shù)河流為斷頭河和季節(jié)性河流；山坡形成喀斯特陡崖及不同形態(tài)不同大小的喀斯特洞穴。從垂直分帶上巖溶發(fā)育呈由弱到強的特點，巖溶發(fā)育具有垂直分帶性，工程區(qū)分水嶺地帶巖溶發(fā)育較弱，巖溶漏斗及落水洞主要分布在斜坡地帶(見圖1)。

3.3 各巖組可溶性評價

測區(qū)總體上呈SW-NE向條帶狀展布，可溶巖的分布受地層巖性的控制，具有明顯的分帶性?？扇軒r組基本上以大山斷裂(f16)為界，將測區(qū)按各巖組的可溶性，分為西北和東南兩個區(qū)。測區(qū)主要巖組巖溶層組類型與巖溶發(fā)育程度分級統(tǒng)計見表2。

表2 測區(qū)主要巖組巖溶層組類型與巖溶發(fā)育程度分級統(tǒng)計

3.3.1 測區(qū)西北部分可溶巖的評價

主要地層有：侏羅系中統(tǒng)蘆子箐組(J2lz)、三疊系上統(tǒng)大水塘組(T3d)、三疊系上統(tǒng)南梳壩組(T3nn)，各巖組巖體的可溶性分別評價如下：

a.侏羅系中統(tǒng)蘆子箐組(J2lz)：地層巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖和砂巖互層夾泥晶灰?guī)r，局部夾生物碎屑灰?guī)r，基底為礫巖，粉砂質(zhì)泥巖、砂層及礫巖為中厚層和薄層狀，均為非可溶巖；泥晶灰?guī)r為中厚層狀，完整性好，可溶性差，現(xiàn)場滴試草酸溶劑無溶解起泡現(xiàn)象；生物碎屑灰?guī)r，多呈團塊狀夾層，深灰色，溶蝕性強，現(xiàn)場滴試草酸溶劑起泡較為強烈。

b.三疊系上統(tǒng)南梳壩組(T3nn):巖性為泥巖、粉砂巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r。泥巖、粉砂巖以非可溶巖為主，地表無洼地、落水洞等巖溶地形，巖溶形態(tài)以垂直向溶蝕裂隙為主。

c.三疊系上統(tǒng)大水塘組(T3d):頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r以非可溶巖為主，局部夾灰?guī)r，巖溶形態(tài)以表發(fā)溶孔、溶蝕性裂隙為主。

3.3.2 測區(qū)東南部的可溶巖評價

以F16為界，測區(qū)東南部分布的主要地層如下：

a.石炭系上統(tǒng)魚塘寨組(C3y):巖性為灰、深灰色灰?guī)r,地表和地下巖溶較發(fā)育，巖溶溝谷、巖溶空腔、管道、落水洞發(fā)育。

b.二疊系下統(tǒng)(P1)：巖性為灰、灰白色厚層塊狀灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r及少量白云質(zhì)灰?guī)r。地表和地下巖溶較發(fā)育，巖溶溝谷，巖溶空腔、管道、落水洞發(fā)育，該套地層中灰?guī)r溶蝕性強，在工程區(qū)東南部可見巨型溶蝕漏斗。

4 庫址選擇與可溶巖的關(guān)系

擬建水庫庫壩區(qū)位于測區(qū)侵蝕中山、中低山區(qū)(見圖2)，避開了東南部的侵蝕-溶蝕構(gòu)造的高中山區(qū)，該區(qū)無大面積的可溶巖地層分布，巖溶作用較弱；工程區(qū)所處地帶位于山麓分水嶺地帶，從地形上不具備發(fā)生大的巖溶溶蝕的水力條件。

圖2 工程區(qū)與可溶巖區(qū)位置分布關(guān)系

從地層巖性上分析，大山斷裂以西部分地區(qū)巖溶作用不發(fā)育，東南地區(qū)分布大面積的灰?guī)r地層，巖溶溶蝕現(xiàn)象強烈。擬建工程避開了可溶巖分布較廣的區(qū)域，擬選庫壩區(qū)地層巖以粉砂質(zhì)泥巖和砂巖互層為主，夾泥晶灰?guī)r條帶，地表測繪、貫穿庫盤的道路開挖斷面測繪、坑槽探和鉆孔工作均未見灰?guī)r地層分布，泥質(zhì)粉砂巖和砂巖互層狀地層為非可溶巖，分布的泥晶灰?guī)r條帶經(jīng)過鉆孔巖芯觀察，未見溶蝕現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場草酸試劑測試，未見起泡現(xiàn)象，庫壩區(qū)巖溶不發(fā)育，泥質(zhì)粉砂巖與砂巖互層狀夾泥晶灰?guī)r條帶地層透水性弱，可作為庫盤相對隔水層。

水庫左岸(東側(cè))地形坡度25°～30°。分水嶺高度2300～2400m，山體高大寬厚，地下分水嶺高度2120m左右，遠(yuǎn)高于水庫正常蓄水位；左岸坡出露的泉點高程多在1900m正常蓄水位以上，為地下水補給庫水，水庫左岸不存在鄰谷滲漏問題；庫區(qū)右岸岸坡坡度一般為25°～35°，山體厚度100～400m，分水嶺高度1950～1990m,高于水庫正常高蓄水位；右岸泉水點出露高程在1894～1951m，多高于正常高蓄水位，為地下水補給庫水；水庫為縱向河谷，巖性以粉砂質(zhì)泥巖和砂巖互層為主，透水性弱，可作為相對隔水層，庫水受其阻擋，不具備向西側(cè)鄰谷滲漏的條件，綜合以上條件，水庫右岸不存在鄰谷滲漏問題。

庫區(qū)無區(qū)域性斷裂通過，庫區(qū)發(fā)育的構(gòu)造以NW向、近EW向構(gòu)造為主，規(guī)模小，與庫盤大角度相交，庫區(qū)無大的構(gòu)造連通庫外，因此不存在集中滲漏通道。

綜合以上各種因素分析認(rèn)為，水庫兩岸地表分水嶺和地下水分水嶺均高于擬建水庫正常高蓄水位，水庫不存在永久滲漏問題。

5 結(jié) 語

a.巖溶地區(qū)水利工程選址應(yīng)從區(qū)域宏觀地質(zhì)條件上分析可溶巖地層分布規(guī)律，對可溶巖巖溶的發(fā)育程度進行調(diào)查分析，盡量避開強巖溶地段。

b.查明工程區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律及地下水的補、徑、排條件，可以避免將水庫等水利工程位置選擇在巖溶洞穴等不利地質(zhì)條件的地段上。

c.考臘水庫庫址位置位于山麓分水嶺地帶，工程區(qū)在垂直分帶上巖溶發(fā)育呈由弱到強的特點，巖溶發(fā)育具有垂直分帶性，分水嶺地帶巖溶發(fā)育較弱，地形上也不具備發(fā)生大的巖溶溶蝕的水力條件，具備建庫條件；水庫庫盤巖性以粉砂質(zhì)泥巖和砂 巖互層為主，透水性弱，可作為相對隔水層。水庫兩岸地表分水嶺和地下水分水嶺均高于擬建水庫正常高蓄水位，庫區(qū)無大的構(gòu)造連通庫外，水庫不存在永久滲漏問題。

從目前在碳酸鹽巖地區(qū)在建或眾多已建的水利工程實踐來看，多存在巖溶工程地質(zhì)問題，運行后出現(xiàn)滲漏破壞的水庫工程不在少數(shù)。為了更好地在巖溶地區(qū)為水利工程選址，應(yīng)進一步總結(jié)巖溶問題的研究方法，為查明巖溶問題的分布、規(guī)模和研判其對擬建工程的影響提供可靠支撐，為選取適宜的場地或采取相應(yīng)的工程措施提供準(zhǔn)確依據(jù)，提高巖溶地區(qū)水利工程建設(shè)的可靠性、安全性和經(jīng)濟性。