水庫運行引進的地質環(huán)境變化對庫岸再造的影響

聶衍釗，劉子杰

水庫運行引進的地質環(huán)境變化對庫岸再造的影響

聶衍釗1，劉子杰2

（1.中國電建成都勘測設計研究院有限公司，成都 610072；2.吉林省地礦勘察設計研究院，長春 130021）

分析溪洛渡水庫蓄水后，岸坡巖土體遇水飽和，物理力學強度降低。水位下降過程中，在滲透壓力及庫岸涌浪的沖刷淘蝕作用下，容易引起庫岸再造。水位的升降引起庫岸坡穩(wěn)定性的變化、浸沒及泥石流對庫岸再造有直接的影響。文中分析了岸坡巖土體水庫蓄水后水巖作用下的變化及破壞機理，通過對重點影響區(qū)內的地災點進行詳細勘察，計算分析其變化發(fā)展趨勢，為下一步的防治做好理論基礎。

水庫蓄水；庫岸再造；水巖作用；庫岸穩(wěn)定

溪洛渡水電站是金沙江干流下游攀枝花市至宜賓市河段水電梯級開發(fā)中的第三個梯級水電站。電站壩址位于四川岸（左岸）雷波縣和云南岸（右岸）永善縣接壤的溪洛渡峽谷段。

2013年5月4日大壩導流底孔下閘、大壩擋水，到水庫正常蓄水運行后，每年在死水位540m和600m高程正常蓄水位間循環(huán)變化。庫水位變化引起水庫區(qū)地質環(huán)境變化。本文研討溪洛渡蓄水后引起地質條件變化對庫岸再造的影響。

1 水庫工程地質環(huán)境

溪洛渡水電站水庫工程地質勘察研究中，屬于庫岸再造影響的工程地質內容：①庫岸穩(wěn)定；②泥石流；③水庫滲漏和庫岸浸沒；④水庫淤積和下游河道沖涮。

庫岸再造是指在水庫形成和運行階段維持穩(wěn)定狀態(tài)的性能。由于水庫庫水作用所造成的庫岸變形和破壞現(xiàn)象。水庫周邊岸坡在水庫初次蓄水時，其自然環(huán)境和水文地質條件將發(fā)生強烈的改變，如岸坡巖（土）體浸水飽和，地下水壓高，運行水位的升降導致岸坡內動、靜水壓力的變化，以及激浪的作用等，都將打破原有岸坡的穩(wěn)定狀態(tài)，引起的變形和破壞，即庫岸再造過程。

溪洛渡水庫運行期間，水位變化幅度較大，水庫岸坡在庫水長期浸泡和漲落作用下，強烈的水巖作用對岸坡巖體“改造”，影響后果就是對水庫區(qū)地質環(huán)境的影響變化（劉垚，2017），導致局部庫岸的變化——庫岸再造。

2 水庫蓄水后的地質環(huán)境影響

2.1 庫岸穩(wěn)定

溪洛渡水庫蓄水運行后，庫岸再造的影響主要集中在對庫岸岸坡變形和沖涮。

1）水庫蓄水前后庫岸變化

表1 兩岸災害點分布統(tǒng)計表

溪洛渡水電站水庫下閘蓄水以來，水位最高600m高程時回水至庫尾白鶴灘，庫首部位最大雍水高度230余米。受水庫蓄水影響，庫岸多處出現(xiàn)變形乃至垮塌，變化最為明顯的為位于水庫中下游的四川省雷波縣所在庫段和云南省永善縣所在庫段。

水庫蓄水以來，每年庫兩岸地災點均不同程度增加和范圍擴大，尤以庫水位消落期變化大。庫區(qū)兩岸現(xiàn)有影響區(qū)地質災害點分布。四川（左岸）段各類地質災害點共79處，占總量的54.5%；云南（右岸）段各類地質災害點共有65處，點總量的45.5%。水庫影響區(qū)地質災害分布情況統(tǒng)計表見表1。

2）庫岸穩(wěn)定環(huán)境變化的原因分析

溪洛渡庫區(qū)的志留系泥頁巖、奧陶系下統(tǒng)紅石崖組的粉砂巖、頁巖為區(qū)域性易滑地層，此類巖土在飽水狀態(tài)下，會出現(xiàn)軟化、崩解、濕陷以及干裂和固結等。水庫水位呈現(xiàn)出周期性水巖多次替變，容易使水庫區(qū)地質環(huán)境出現(xiàn)劇烈變化，造成地質環(huán)境影響問題。

溪洛渡水庫水位每年在540～600m高程間變化，水庫岸坡邊坡區(qū)域就會在時而干枯，時而飽和的狀態(tài)下。地下水位也會隨之不斷起伏，水庫水位較低時需要進行排出；水庫水位較高時需要進行吸收。地下水位的漲落，滲透環(huán)境的變化都會對水一巖中的溶解沉淀產(chǎn)生影響，巖層在此過程中循環(huán)遭受物理、化學損傷，造成巖體強度的大大降低。這就是為什么在水庫水位出現(xiàn)明顯變化時，經(jīng)常發(fā)生地質災害的重要原因之一（吳敏杰，2012）。

2.2 泥石流

實地調查與不同時期遙感數(shù)據(jù)解譯，溪洛渡水庫區(qū)發(fā)育泥石流溝68條，其中主庫64條，支庫4條。根據(jù)庫區(qū)泥石流溝流域面積、溝內物源的豐富程度、每次暴發(fā)的攜出量和對河道的影響程度，庫區(qū)68條泥石流溝中粘性31條，以中、小型為主，稀性31條，過渡型6條。

庫區(qū)68條泥石流溝中，有23條處于發(fā)展期，16條處于活躍期，29條處于衰退期（已經(jīng)消亡的泥石流溝未計入）。

在距壩30km的庫段內，共發(fā)育有5條泥石流溝，無特大型泥石流溝發(fā)育。其中距壩址10km的油房溝，為一大型稀性泥石流溝，因處于衰退期，不會給工程帶來影響。另一條硝灘溝距壩址26km，雖為一大型粘性泥石流溝，近幾年較活躍，但所處河段河道較開闊，即使大規(guī)模活動也不會產(chǎn)生堵江斷流事件，亦不會影響工程的施工和運行。對水庫的影響主要是增加水庫淤積，其方量相對庫容量可以忽略，蓄水后，由于庫水位的抬高，限制了泥石流高速沖入庫中的可能，但會對局部岸坡有一定的沖刷作用，引起庫岸岸坡的改變。

2.3 水庫滲漏和庫岸浸沒

金沙江是區(qū)域內最低侵蝕基準面，支流大致垂直主流發(fā)育，庫段范圍內兩岸山體雄厚，鄰谷河水位高于庫水位。庫區(qū)碳酸鹽巖溶發(fā)育微弱，無大的區(qū)域性導水結構面分布。

為了研究蓄水后是否存在庫首向下游巖溶滲漏問題，與相關地質院校合作，進行了壩區(qū)外圍1200km2的基礎地質綜合填圖和水庫巖溶滲漏可能性的專題研究。研究表明溪洛渡水庫蓄水后不存在向鄰谷產(chǎn)生永久性滲漏的可能，水庫不存在沿庫首陽新灰?guī)r向下游新灘、撒水壩和下河壩的滲漏問題。

水庫蓄水后，會引起庫周地下水位壅高。對位于正常蓄水位附近的第四系松散堆積層，如洪積扇和階地等，地下水位壅高后會產(chǎn)生浸沒問題。

溪洛渡水電站庫區(qū)位于高山、中山峽谷之中，庫岸大部分由前震旦系至二疊系的基巖組成。第四系崩坡積層和地滑堆積以塊碎石為主，內夾少量土，自然坡度一般17°～35°。松散層中的孔隙潛水分布不廣，且地下水排泄條件較好。因此，從庫區(qū)地形地質條件分析，產(chǎn)生浸沒的條件較差。

庫區(qū)產(chǎn)生浸沒的地區(qū)為正常蓄水位附近的大片沖、洪積物分布區(qū)。據(jù)調查，庫區(qū)金沙江河谷發(fā)育五級階地，零星分布于金沙江兩岸。其中Ⅰ級階地、熱水河以下河段的Ⅱ級階地以及卡哈洛以下河段的Ⅳ級階地，階面高程低于600m，將被淹沒；而Ⅴ級階地及大興以上的Ⅳ級階地，階面高程高于620m，不存在浸沒問題。庫區(qū)攀枝花、對坪、么米沱、大興和水田壩5處階面高程為600m左右，階地堆積為砂卵礫石和砂壤土層，具有產(chǎn)生浸沒的可能性。

庫區(qū)5處沖洪積階地，高程603～605m范圍會產(chǎn)生浸沒影響(其中高程600.5～601.5m為水庫回水淹沒區(qū))，主要影響農田(旱田為主)和部分房舍。

2.4 水庫淤積和下游河道沖涮

建壩興庫極大改變了原河流的水力動力條件，使河流的侵蝕、搬運和沉積作用出現(xiàn)大幅度的調整，在這一過程中達到新的平衡（劉才華，陳從新，馮夏庭，2005）。庫內沉積作用加強，將影響水庫壽命、航運（包括航道、港口）的通暢；庫尾洪水位等，影響水庫淤積的因素較多，主要上游入庫泥沙量，庫岸區(qū)的崩滑流發(fā)育情況，水庫形狀和水庫運行特征，溪洛渡庫容量大，泥沙淤積對庫容影響很小。水庫蓄水后，兩岸岸坡土體內水分儲量相對來說增加，有利于植被的生長，事實上也是如此。蓄水后七年，兩岸植被生長較蓄水前茂盛，有利于兩岸的水土保持，減少了對水庫的淤積。

溢流沖涮指水庫溢流、泄洪、放沙等大量放水時，水流對下游河道岸坡的沖蝕作用。這種沖蝕可造成岸坡失穩(wěn)及相應的堆積，造成對下游兩側河岸附近建筑物及農田和村鎮(zhèn)的影響。甚至有可能對大壩附近下游河道及河岸的沖涮形成深槽，影響大壩基礎，進而威脅大壩安全，因此大壩建成后，需要進行下游河道整治，進行固坡、防波、防沖涮等相關工程處理（王明華，晏鄂川，2007）。

在水庫的設計階段，在查清各種影響因素的基礎上，通過模擬試驗、計算，對淤積和沖涮可能帶來的危害性進行了評價和預測，提出了防治措施方案。

總的來說，水庫蓄水后水庫淤積和下游河道沖涮的對壩上、下游河道的影響很小。

3 結論

1）從四個方面分析了溪洛渡水庫環(huán)境的變化引起的庫岸再造，及其對水庫和電站安全運行的影響；

2）巖土體在水巖作用的影響下，從失去平衡到再次平衡的過程中會出現(xiàn)很多地質環(huán)境問題，因此要把握水庫地區(qū)的地質環(huán)境的變化必須從水巖作用預測做起（周世良等，2012）；

3）在上述作用影響作用下，水庫環(huán)境會產(chǎn)生如下問題：滑坡、塌岸、水庫滲漏和浸沒、水庫淤積與溢流沖刷。由此可見，水巖作用對水庫地區(qū)的環(huán)境會造成影響，因此必須做好前期預測與治理工作。

溪洛渡水庫蓄水后對水庫兩岸的環(huán)境影響較大，其造成的環(huán)境劣化現(xiàn)象主要集中在蓄水后庫岸的變化，塌岸、基巖變形和滑坡。由此引起的自然地質災害關系兩岸人民的生命財產(chǎn)安全，結合已有的成果，有針對性的進行庫區(qū)地質災害的防治規(guī)劃及各災害點的風險評估。對庫區(qū)內重點影響進行了工程測繪及詳細勘察。對各滑坡點進行計算、分析其在各種工況下的安全性，預測其演化發(fā)展方向，為下一步的防治工作提供理論支持。

劉垚．2017．水庫地區(qū)的水巖作用及其地質環(huán)境影響分析[J]． 陜西水利，6：96～97．

吳敏杰．2012．特大型水庫運行期間岸坡地質環(huán)境劣化效應與防治對策[D]．重慶交通大學．

劉才華，陳從新，馮夏庭．2005．庫水位上升誘發(fā)邊坡失穩(wěn)機理研究[J]．巖土力學，5：773．

王明華，晏鄂川．2007．水庫蓄水對庫岸滑坡的影響研究[J]．巖土力學，12：2723～2724．

周世良，劉小強，尚明芳，李 怡．2012．基于水—巖相互作用的泥巖庫岸時變穩(wěn)定性分析[J]．巖土力學，7：772．

Influence of Change of Geological Environment Introduced by the Xiluodu ReservoirImpoundment on Reservoir Bank Rebuilding

NIE Yan-zhao1LIU Zi-jie2

(1-Chengdu Survey Design & Research Institute Co. , Ltd.,China Power Construction Group, Chengdu 610072; 2-Jilin Design and Research Institute of Geology and Mineral Exploration, Changchun 130021)

Reservoir impoundment will make rock and soil of bank slope saturated with water which results in the decrease in physical and mechanical strength of rock and soilof bank slope. Thus, seepage pressure and scouring and erosion by swells on reservoir banks introduced by the water level dropping will result in reservoir bank rebuilding. Change of reservoir bank stability, immersion and debris flow resulting from rise and fall of water level will have a direct impact on reservoir bank rebuilding. This paper has a discussion on change and failure mechanism of rock and soil mass on bank slope after the Xiluodu Reservoir impoundment and calculates the change and development trend based on investigation of major geohazards in order to provide theoretical basis for control in the future.

reservoir impoundment; reservoir bank rebuilding; water-rock interaction; reservoir bank stability

2020-04-20

聶衍釗（1972— ），男，湖北潛江人，高級工程師，從事水電工程地質及水庫地災工作

P642.2

A

1006-0995（2021）01-0090-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.018