螳螂壩水庫滲漏原因及治理措施研究

沙 斌

(昭通市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昭通，657000)

螳螂壩水庫位于昭通市鎮(zhèn)雄縣赤水源鎮(zhèn)螳螂村，赤水河上游支流廟灣溝上。設(shè)計(jì)為粘土心墻壩，因粘土含水量大和雨水天氣較多，無法施工，實(shí)際實(shí)施為均質(zhì)風(fēng)化料壩。2001年7月水庫建成，滲漏嚴(yán)重一直未能正常蓄水；2009年重新定位水庫功能為防洪不蓄水；2020年對(duì)水庫進(jìn)行了大壩安全評(píng)價(jià)，但未進(jìn)行庫區(qū)滲漏專項(xiàng)勘察分析。為了實(shí)現(xiàn)水庫最初的目標(biāo)，解決下游農(nóng)村飲供水和農(nóng)業(yè)示范區(qū)供水，建設(shè)美麗河湖，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興，消除負(fù)面影響，發(fā)揮正面的社會(huì)效益，探討螳螂壩水庫滲漏原因和處理措施是很有必要的。

1 工程概況

螳螂壩水庫工程由大壩、右岸溢洪道、左岸輸水隧洞組成。大壩為均質(zhì)風(fēng)化料壩，最大壩高26.8m，壩頂長91m，正常蓄水位1693.6m，實(shí)測總庫容367.1萬m3。水庫徑流面積3.68km2，河源至壩址2.5km，河流流向南16°西，庫區(qū)地形寬緩，庫底高程1673m。地表入庫徑流正常，常年流量約40L/s，但水庫常年枯期最低水位1675.5m，汛期水位約1679m，蓄水量1.1萬m3～11.7萬m3，水庫從未正常蓄水。壩體上游130m，庫區(qū)分為左右兩支，左支為主流，右岸1675m高程匯口至上游約110m段存在帶狀滲漏，主要的滲水點(diǎn)4個(gè)，其中3個(gè)滲水點(diǎn)可見1cm～3cm小旋渦，近匯口處庫水側(cè)向滲入基巖裂隙；右支流為岔支，左岸1675m高程匯口至上游約60m段存在庫水側(cè)向滲入基巖裂隙情況。大壩棱體后地面高程1671m，常年積水面積400m2，汛期積水面積增大至660m2。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌及巖溶現(xiàn)象

工程區(qū)位于白水江流域與赤水河流域分水嶺地帶，分水嶺最高點(diǎn)1933m，壩址區(qū)1672m，地形侵蝕切割強(qiáng)烈。山脈和河流走向?yàn)楸睎|-南西向，白水江位于工程區(qū)西面，流向北32°東，河流高程1100m～990m；赤水河位于工程區(qū)東面，流向北56°東，河流高程1600m～1450m。區(qū)內(nèi)可溶巖分布較廣，二疊系下統(tǒng)棲霞茅口組灰?guī)r及奧陶系十字鋪組灰?guī)r巖溶極為發(fā)育，伏流、暗河、天坑、漏斗、天生橋等巖溶現(xiàn)象極為常見。

2.2 地層巖性

區(qū)內(nèi)出露地層較廣，對(duì)水庫有影響的主要為芒部背斜核部至翼部地層。寒武系上中統(tǒng)婁山關(guān)群灰至深灰色白云巖，泥質(zhì)白云巖為核部地層，分布于芒部、松林、螳螂壩、赤水源一帶，含螳螂壩水庫樞紐區(qū)、庫區(qū)及徑流區(qū)。兩翼為：奧掏系下統(tǒng)湄潭組黃綠色砂巖頁巖，中統(tǒng)十字鋪組灰黃色鈣質(zhì)砂巖夾頁巖，上統(tǒng)灰黑色頁巖夾砂巖；二疊系梁山組灰綠至灰黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖夾砂巖，棲霞茅口組灰至深灰色厚層狀生物碎屑灰?guī)r和灰?guī)r，峨眉山組灰綠色玄武巖，宣威組灰綠色頁巖夾灰?guī)r和煤線；三疊系飛仙關(guān)組厚層塊狀粉砂巖及泥巖，螳螂壩水庫地質(zhì)情況見圖1。

圖1 螳螂壩水庫地質(zhì)

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)滇東臺(tái)褶帶滇東北臺(tái)褶束婁山弧形箱形褶皺區(qū)，本文只討論對(duì)水庫有影響的芒部背斜和芒部斷層，在此范圍內(nèi)構(gòu)造線、山嶺、河流走向均呈北東-南西向。芒部背斜軸向N13°～20°E，寬緩短軸狀，螳螂壩水庫位于背斜軸近南西端。核部地層傾角平緩，自核部向翼部傾角漸陡。北西翼巖層走向N29°～55°E，傾向NW，傾角15°～30°；南東翼巖層走向N27°～85°W，傾向SE，傾角13°～20°；沿背斜軸發(fā)育芒部斷裂，延伸約30km，走向N18°E，傾向SE，傾角45°～60°，壓扭性逆斷層。

2.4 水文地質(zhì)

壩址控制徑流面積3.68km2，徑流區(qū)地層基本為婁山關(guān)群白云巖，河流自北東流向南西，北西面與白水江地表分水嶺基本上沿北西翼湄潭組砂巖與婁山關(guān)群分界線形成的山脊線構(gòu)成，東面分水嶺為赤水河支流松林河，受地形控制。地下水為背斜谷巖溶裂隙型含水。沿芒部斷層分布7個(gè)泉水，與水庫關(guān)系密切的為3#泉水。

2.5 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/h3>

依據(jù)水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐值乃膫€(gè)要素，芒部背斜核部婁山關(guān)群為一個(gè)含水單元，從工程實(shí)際劃分為Ⅰ級(jí)單元，隔水邊界為奧陶系湄潭組砂巖、頁巖。從排泄方面看，則分屬兩個(gè)排泄區(qū)，松林-紅石橋-芒部一線北西向白水江排泄，南東向赤水河排泄，分別劃分為兩個(gè)Ⅱ級(jí)單元。在向赤水河排泄的Ⅱ級(jí)單元中，根據(jù)補(bǔ)排獨(dú)立關(guān)系，螳螂壩水庫徑流區(qū)地表分水嶺及地下分水嶺基本一致，相對(duì)獨(dú)立，補(bǔ)徑排基本明確，劃分為Ⅲ級(jí)單元。

3 滲漏原因分析

3.1 低鄰谷

螳螂壩水庫位于白水江與赤水河分水嶺地帶，白水江于水庫西面6.8km處流向北東，河谷深切，低于水庫700m，存在奧陶系及梁山組砂巖頁巖隔水層，隔水層完整，庫水不存在向白水江低谷滲漏的條件。赤水河支流松林河位于水庫東2.6km，河谷高程1570m，低于水庫130m，隔水層為婁山關(guān)群白云巖，現(xiàn)場調(diào)查分水嶺間有高于庫水位泉水出露，庫水也不存在向松林河低谷滲漏的情況。本區(qū)徑流廟灣溝自北東流向南西向，于壩址下游450m處匯入漆樹灣溝后，轉(zhuǎn)折流向南東匯入松林河，河流高程1700m～1550m，低于水庫4m～150m，沿河沖溝有較多泉水出露，其中漆樹灣匯口處泉水流量69L/s。水庫存在向下游廟溝河低谷滲漏的條件和可能，螳螂壩水庫地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 螳螂壩水庫A-A'地質(zhì)剖面

3.2 地層巖性及構(gòu)造

水庫處于芒部背斜核部，樞紐區(qū)、庫區(qū)、徑流區(qū)地層均為婁山關(guān)群白云巖、泥質(zhì)白云巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，局部有溶蝕現(xiàn)象。芒部背斜軸自北東向南西通過水庫區(qū)中央，從大壩右岸溢洪道丫口延伸至下游漆樹灣溝出庫。庫尾及右支溝地層傾向北西，左岸及近壩地層傾向南東，傾角13°～15°。芒部斷層與芒部背斜軸近乎重合，斷層破碎帶寬度約10m。從巖性上看完整的白云巖相對(duì)隔水，理論上核部地層受壓密實(shí)，有隔水條件，但風(fēng)化破碎或受構(gòu)造切割的巖體具富水和透水條件，斷層與背斜軸近重合，庫水存在沿?cái)鄬悠扑閹B漏的條件。芒部斷層自北東向南西破碎帶或附近共有7個(gè)泉水，1#泉位于水庫北東10.6km，流量23L/s，高程1590m，低于水庫底83m，該泉為奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r地下水受志留系砂巖阻隔，受沖溝切割出露，與螳螂壩水庫無地下水聯(lián)系；2#泉位于水庫北東6.9km，流量0.72L/s，高程1710m，高于水庫底7m；3#泉位于水庫南西0.45km，芒部斷層的上盤，現(xiàn)場調(diào)查泉水出露于較破碎的基巖裂隙中，流量69L/s，高程1665m，低于水庫底8m；4#泉距水庫2.9km，流量0.33L/s，高程1850m，遠(yuǎn)高于庫水位；5#、6#、7#泉水距水庫大于14km，雖受斷層影響，但已屬不同水文地質(zhì)單元。

3.3 水文地質(zhì)條件

從隔水條件及水文地質(zhì)單元看，水庫徑流區(qū)地表水與地下分水嶺一致，屬芒部貯水背斜中的Ⅲ級(jí)次單元，地下水流向南西，即壩址下游廟灣溝河谷。

3.4 巖溶滲漏

工程區(qū)碳酸鹽巖分布較廣，巖溶極為發(fā)育。對(duì)周邊地層進(jìn)行巖溶調(diào)查，4處大型伏流暗河，5處大型天坑，數(shù)十處漏斗凹陷，7處落水洞，若干天生橋、溶洞、溶溝石林等巖溶現(xiàn)象均主要集中于棲霞茅口組純灰?guī)r地層中；水庫樞紐區(qū)、庫區(qū)、徑流區(qū)屬婁山關(guān)群白云巖，白云巖不是強(qiáng)可溶巖，區(qū)內(nèi)僅見輕微的溶蝕，無較大的溶洞、漏斗或凹陷等巖溶現(xiàn)象。水庫不存在巖溶滲漏的地質(zhì)條件。

3.5 3#泉水

3#泉水出露于螳螂壩水庫壩址下游450m處漆樹灣溝交匯口，在理論上該泉水的補(bǔ)給區(qū)域一是漆樹灣溝1665m高程以上區(qū)域，二是芒部斷層補(bǔ)給。漆樹灣溝徑流面積0.78km2，當(dāng)?shù)貜搅魃?80mm，全部換算成地下徑流，其平均流量也不大于25L/s，漆樹灣溝徑流面積不能支撐該泉水69L/s的正常流量，且漆樹灣溝存在正常的地表徑流，因此，該泉只可能是芒部斷層導(dǎo)水補(bǔ)給。沿芒部斷層，能具備向3#泉水補(bǔ)水條件的有且只有螳螂壩水庫徑流區(qū)，該徑流區(qū)3.68km2，水庫大壩修建后徑流區(qū)內(nèi)所有地表徑流均通過庫區(qū)滲漏轉(zhuǎn)化為地下水，理論流量可達(dá)91L/s，綜合考慮匯水、入滲、補(bǔ)排、枯雨季等因素，該泉水69L/s的排泄流量屬正常范圍(圖3為螳螂壩水庫B-B′地質(zhì)剖面圖)。

圖3 螳螂壩水庫B-B'地質(zhì)剖面

3.6 綜合分析

螳螂壩水庫自建成以來20a的運(yùn)行過程中，最枯水位1675.5m，汛期水位約1679m，蓄水量1.1萬m3～11.7萬m3，屬不能正常蓄水，非不能蓄水。依據(jù)基本地質(zhì)條件水庫不存在巖溶滲漏，不存在往白水江、松林河低谷滲漏，不存在沿芒部斷層向北東滲漏，但存在向下游廟灣溝河滲漏，存在沿?cái)鄬悠扑閹蚰衔?下游)滲漏的條件。從3#泉水補(bǔ)給條件分析，有且只有螳螂壩水庫徑流區(qū)具備與3#泉水量相匹配的補(bǔ)給條件，水庫的滲漏和3#泉水的補(bǔ)給具有同一性。因此，水庫屬斷層破碎帶引起的淺層裂隙型滲漏，由庫區(qū)入滲后經(jīng)壩址右岸丫口向下游漆樹灣溝匯口出露的結(jié)論是成立的。

4 防滲處理措施

水庫屬斷層破碎帶引起的淺層裂隙型滲漏，若要正常使用，需要進(jìn)行防滲處理。開展下階段工作，一是進(jìn)行簡單聯(lián)通試驗(yàn)直接證明庫區(qū)滲漏與3#泉水的關(guān)系，但應(yīng)處理好3#泉水目前的供水戶飲水問題；二是勘察確定庫區(qū)地下水等水位線圖，據(jù)此確定具體滲漏帶及防滲處理范圍。結(jié)合庫區(qū)、樞紐地形地質(zhì)條件，水庫防滲可采用垂直和水平兩種防滲方案。垂直防滲方案沿壩軸線及壩址右岸山脊進(jìn)行帷幕灌漿，帷幕線長約800m，帷幕深度45m，壩體采用防滲墻；由于庫區(qū)地形平緩，蓄水深度較低(20.6m)，也可采用水平鋪蓋防滲。垂直防滲方案簡便易行，匡算投資約5千萬元，與新建同等規(guī)模水庫相比，節(jié)省投資近2億元。

5 結(jié)語

螳螂壩水庫位于昭通市鎮(zhèn)雄縣赤水源鎮(zhèn)螳螂村，建成后滲漏嚴(yán)重一直未能正常蓄水，通過現(xiàn)場踏勘調(diào)查及分析，得到水庫滲漏原因?qū)贁鄬悠扑閹б鸬臏\層裂隙型滲漏，庫水由庫區(qū)入滲后經(jīng)壩址右岸丫口向下游450m處漆樹灣溝匯口出露成泉。水庫防滲可采用垂直和水平兩種防滲方案，垂直防滲方案簡便易行，匡算投資約5千萬元，與新建同等規(guī)模水庫相比，節(jié)省投資近2億元。