四川某水庫成庫條件分析

汪 東，牛志強

(1.中國水電顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院巖土工程有限公司，貴州 貴陽 550081； 2.中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引言

該水庫碳酸鹽巖呈條狀分布，主要分布于近壩庫段以及壩址區(qū)，碳酸鹽巖出露面積約占33%，以白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，巖溶發(fā)育形態(tài)主要有巖溶泉、溶洞、溶蝕裂隙、溶孔。因此，巖溶水文地質(zhì)問題是本工程的主要工程地質(zhì)問題之一，特別是可溶巖層內(nèi)巖溶發(fā)育情況，地下水補排關(guān)系，是否存在巖溶管道型滲漏、可利用隔水層空間分布等，是本次工程能否成庫的關(guān)鍵因素。

1 工程概況

水庫壩址位于田家河關(guān)門石附近，水庫正常蓄水位686.00 m，相應庫容1 426萬m3，水庫主庫段回水長2.4 km，支庫段水洞子河回水長0.5 km，左岸大干溝沖溝回水0.6 km，左岸小干溝沖溝回水0.5 km。關(guān)沱水庫壩址以上集雨面積20.8 km2，多年平均流量0.712 m3/s，年徑流量2 245萬m3。工程開發(fā)任務是城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及農(nóng)村人畜用水等綜合利用的中型水庫工程。其樞紐由擋水建筑物(混凝土拱壩)、泄水建筑物(溢流堰、防空洞，下游消能防沖設(shè)施)等建筑物組成，屬Ⅲ等中型水庫。

2 工程區(qū)基本地質(zhì)情況

2.1 地形地貌

研究區(qū)位于四川盆地西南邊緣，長江上游岷江、金沙江交匯口之間的三角形分水嶺地帶，地勢總體南西高北東低。

水庫區(qū)地貌類型為構(gòu)造剝蝕的中山地貌及巖溶地貌兩大類型，巖溶地貌在工程區(qū)斜切河谷呈條帶狀展布，發(fā)育于剝蝕地貌之間。水庫屬于溝谷形水庫，河谷呈“V”型，左岸地表分水嶺高程1 102 m～1 305.2 m，相對高差500 m～600 m；右岸地表分水嶺高程1 042.4～1 194.0，相對高差350 m～600 m，坡度一般30°～50°，局部偶見地形陡壁，高度小于10 m。河床高程596 m～686 m，寬度10 m～50 m，縱坡比降5‰，正常蓄水位時庫寬50 m～280 m。

擬建壩址位于關(guān)門石溝峽谷段，河床高程586 m～596 m，左岸岸坡坡度80°～85°，山頂高程1 113.6 m；右岸岸坡75°～85°，山頂高程1 307 m。壩址區(qū)河流總體流向N43°E，河谷呈“U”型河谷，河床寬度8 m～20 m，枯期河水位0.5 m～1.0 m。

2.2 地層巖性

庫區(qū)及壩址區(qū)出露的地層主要為三疊系上統(tǒng)-侏羅系下統(tǒng)香溪群(T3-J1x)，三疊系上統(tǒng)垮洪洞組(T3k)，三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l)，三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)，銅街子組(T1t)，飛仙關(guān)組(T1f)。

1)三疊系上統(tǒng)-侏羅系下統(tǒng)香溪群(T3-J1x)：深灰色砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)頁巖夾煤層，分布于壩址下游，該層厚610 m～700 m。

2)三疊系上統(tǒng)垮洪洞組(T3k)：灰色、淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖、泥巖、頁巖，分布壩址區(qū)，該層厚約260 m。

3)三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l):灰色、淺灰色灰?guī)r白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，局部夾泥巖、角礫巖，分布于壩址上游80 m～300 m河段，該層厚約150 m。

4)三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)：灰色、淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，分布于庫區(qū)小干溝上游140 m～大干溝河段，該層厚度約160 m。

5)三疊系下統(tǒng)銅街子組(T1t)：紫紅、灰綠色巖屑砂巖、粉砂巖夾灰?guī)r，分布于庫區(qū)大干溝河段，該層厚160 m～180 m，灰?guī)r總厚度約占整個地層的36%。

6)三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)：紫紅色巖屑砂巖、粉砂巖夾砂質(zhì)泥巖，下部夾砂礫巖，主要分布在大干溝上游河段，該層厚238 m～392 m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)及壩址區(qū)位于五指山背斜的北東翼以及滎經(jīng)-馬邊-鹽津斷裂帶東側(cè)，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪，庫區(qū)及壩區(qū)巖層體整體單斜，巖層產(chǎn)狀N20°～40°W，NE∠67°～88°。

3 巖溶水文地質(zhì)條件

3.1 水文地質(zhì)條件

3.1.1 地表水系分布

龍溪河為岷江右岸一級支流，干流河長82 km，流域面積644 km2，龍溪河流域水系發(fā)育，支流眾多，呈葉脈狀分布，流域面積大于100 km2的支流有商州河、田家河。擬建水庫位于龍溪河左岸支流田家河，干流河長18 km，流域面積128 km2，區(qū)內(nèi)支溝水系較多，切割深度較深，地表水系相對發(fā)育，主要受降雨補給，水系呈樹枝狀分布。

3.1.2 地下水類型及分布

本區(qū)水文地質(zhì)條件明顯受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地形地貌條件的制約。根據(jù)地下水成因類型及埋藏條件，可分為第四系松散地層孔隙水，基巖裂隙水和巖溶水三大類型。第四系松散地層孔隙水主要分布于河谷河漫灘及階段地覆蓋層內(nèi)；基巖裂隙水主要埋藏于三疊系砂巖、礫巖之構(gòu)造裂隙及風化裂隙中；巖溶水根據(jù)其滲流的差異性，又可分為巖溶裂隙水和管道水兩種形式，巖溶裂隙水主要埋藏于碳酸鹽巖的風化裂隙中，巖溶管道水埋藏于可溶巖洞穴或巖溶管道。

3.1.3 地下水補給、徑流與排泄

第四系松散地層孔隙水主要接受大氣降雨補給，局部為上層滯水，排泄于溝谷或補給下層基巖裂隙水，季節(jié)性明顯；基巖裂隙水，受大氣降水或上層孔隙水補給，排泄于溝谷或補給下層巖溶水，主要呈脈狀分布，下降泉出露；巖溶裂隙水受大氣降雨及上層孔隙水補給，巖溶管道水主要賦存于可溶巖洞穴或巖溶管道內(nèi)，接受大氣降雨及上層孔隙水的入滲補給以及地表徑流通過巖溶管道的集中注入補給，排泄于河流或溝谷。

田家河河水位高程586 m～630 m，為水庫區(qū)地下水最低排泄基準面。從區(qū)域上分析，岷江在區(qū)內(nèi)下切最深，為區(qū)內(nèi)地表水、地下水的最低排泄基準面。

3.2 巖溶地質(zhì)

3.2.1 區(qū)域巖溶地質(zhì)概況

本區(qū)碳酸鹽巖類巖石主要分布于三疊系地層，分布于流域西南側(cè)五指山附近以及壩址區(qū)附近，呈條帶狀分布，分布厚度約750 m，碳酸鹽巖分布面積約占整個研究區(qū)的10%。

3.2.2 巖溶形態(tài)及分布

由于碳酸鹽巖呈條帶狀分布，受隔水巖層阻隔，區(qū)內(nèi)洼地、落水洞、漏斗等大型巖溶現(xiàn)象不發(fā)育，地表巖溶主要以溶蝕裂隙以及溝谷兩岸分布的溶洞、巖溶泉等為主。根據(jù)表1，表2，水庫區(qū)發(fā)育的溶洞主要有K1～K5共計5個；巖溶泉S2～S9共計8個。

表1 研究區(qū)溶洞發(fā)育情況統(tǒng)計表

表2 巖溶泉發(fā)育情況統(tǒng)計表

巖溶形態(tài)分布密度及類型隨高程具有明顯的垂向分異特點。650 m～700 m高程，巖溶泉占總數(shù)的37.5%；600 m～650 m高程巖溶泉、溶洞分別占總數(shù)的37.5%及80%；580 m～600 m高程巖溶泉、溶洞分別占總數(shù)的25%及20%；700 m以上未見較大規(guī)模的巖溶形態(tài)分布。從巖溶形態(tài)的分布高程來看，巖溶主要分布于現(xiàn)代河床及沖溝附近。

布置形式：根據(jù)布置原則，本工程管線采用“豐”字形布置；依據(jù)地勢，管道采用地埋形式，原則上每300～400 m設(shè)一鎮(zhèn)墩；管道的工作制度，采用灘地與賢莊村片區(qū)輪灌，每次輪灌組管道只開一個給水口。

3.3 巖溶與水文地質(zhì)巖組劃分

工程區(qū)巖溶與水文地質(zhì)巖組劃分見表3。

表3 巖溶含水巖組劃分表

4 成庫條件分析

4.1 鄰谷滲漏分析

水庫左岸地表分水嶺高程1 102 m～1 640.2 m，右岸地表分水嶺高程1 042.4 m～1 645.5 m；南西側(cè)地表分水嶺為五指山，地面高程1 640.2 m～1 711.2 m，總體上庫區(qū)兩岸山體雄厚高陡，山脊高程以及沖溝溝源高程均在1 000 m以上，遠高于水庫正常蓄水位，因此，水庫地形封閉良好，具備成庫條件[1-3]。

4.1.1 左岸鄰谷滲漏分析

水庫左岸鄰河谷為簍笆溝，簍笆溝距離關(guān)沱水庫3.0 km～3.5 km，T1t，T1j，T2l，T3k可溶巖分布區(qū)對應河水位高程600 m～700 m，關(guān)沱水庫蓄水至686 m高程后，簍笆溝成為水庫左岸低鄰河谷，因此水庫蓄水后存在庫水向鄰谷簍笆溝滲漏的可能。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)測繪、鉆探綜合分析：地表分水嶺未發(fā)現(xiàn)大的巖溶洼地、落水洞，羅鍋沱溝左岸發(fā)育K1，K5溶洞以及S5，S6泉，鄰谷簍笆溝右岸發(fā)育S9泉，但S9泉發(fā)育高程高于K1，K5溶洞以及S5，S6泉高程，不存在連通羅鍋沱溝與簍笆溝的巖溶管道； 從地表水及地下水的流向分析，羅鍋沱溝和簍笆溝之間地表分水嶺及地下分水嶺均位于椒子坪附近，根據(jù)地表分水嶺靠羅鍋沱溝ZK1鉆孔地下水位觀測資料，地下水位埋深168.6 m～174 m(高程781.4 m～776 m)，觀測的最深地下水位高程776 m遠高于水庫正常蓄水位，推測羅鍋沱溝和簍笆溝之間存在遠高于水庫正常蓄水位的地下分水嶺，水庫不存在向左岸鄰谷滲漏的可能。

左岸鄰谷分析剖面示意圖詳見圖1。

4.1.2 右岸鄰谷滲漏分析

關(guān)沱水庫右岸與羅鍋沱溝相同級別的水系為銅廠溝，中間還發(fā)育王家村溝、星廟子溝、牟家坪溝、汪家壩溝等一系列支溝，銅廠溝距離羅鍋沱溝約4.8 km，兩鄰谷之間雖然分布有T1t，T1j，T2l,T3k等可溶巖地層，但經(jīng)過現(xiàn)場地質(zhì)測繪、鉆探綜合分析，水庫不存在向右岸鄰谷銅廠溝以及支溝滲漏的可能，理由如下：

1)從可溶巖分布高程分析。

2)從地表水及地下水的水位高程分析。

銅廠溝T1t，T1j，T2l，T3k等可溶巖地層分布區(qū)地表水高748 m～815 m，推測羅鍋沱溝與銅廠溝之間地下水分水嶺水位高程遠高于水庫正常蓄水位。根據(jù)地表及地下水的流向，本階段在羅鍋沱溝與銅廠溝地表分水嶺靠近羅鍋沱溝附近布置鉆孔ZK3進行地下水位的驗證，于2019年8月底至9月上旬觀測水位4次，地下水位埋深最深116.6 m(高程965.4 m)，地下分水嶺水位高程高于水庫正常蓄水位，故水庫不存在向銅廠溝及各支溝滲漏的可能。

右岸鄰谷滲漏分析剖面圖見圖2。

4.2 近壩繞滲分析評價

1)從地形條件方面分析。從地形上來看，壩址區(qū)河谷呈“U”型河谷，谷坡較陡，且壩址下游左右岸均存在小沖溝，存在繞壩滲漏的可能。

2)從巖性構(gòu)造方面分析。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪，壩區(qū)出露的地層為三疊系上統(tǒng)垮洪洞組(T3k)灰色、淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖、泥巖、頁巖，壩址下游出露三疊系上統(tǒng)-侏羅系下統(tǒng)香溪群(T3-J1x)深灰色砂巖、粉砂巖地層。從巖性上分析，由于壩址區(qū)為可溶巖，存在近壩繞滲的可能。壩區(qū)巖層產(chǎn)狀陡傾下游，傾角77°～86°，壩區(qū)未發(fā)現(xiàn)連通上下游的斷層、大型裂隙發(fā)育，主要發(fā)育2組優(yōu)勢裂隙，L1： N50°～80°E /SE∠20°～50°，力學性質(zhì)為剪性，屬Ⅴ級結(jié)構(gòu)面，充填物為巖屑夾泥；L2：產(chǎn)狀N30°～50°E /NW∠80°～88°，力學性質(zhì)為剪性，屬Ⅴ級結(jié)構(gòu)面，充填物為巖屑夾泥。從構(gòu)造方面分析，2組裂隙與河流走向近平行，存在順裂隙產(chǎn)生繞壩滲漏的可能。

3)從巖溶發(fā)育方面分析。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪資料，近壩庫岸、壩址下游686 m高程下發(fā)育K3，K4,K5溶洞及S4，S5，S6三個巖溶泉，水庫蓄水后存在順層面、裂隙等結(jié)構(gòu)面與下游溶洞、巖溶管道連通而產(chǎn)生巖溶滲漏的可能。

綜上所述，壩址河谷岸坡較陡，壩址區(qū)為可溶巖，巖溶中等～強發(fā)育，岸坡風化、卸荷中等發(fā)育，地下水位較低，存在沿風化裂隙、卸荷帶及巖溶管道繞壩滲漏的可能，需進行壩肩、壩基的防滲處理。

5 防滲處理建議

由于擬建壩址處于中等～強可溶巖區(qū)，存在繞壩滲漏的可能，防滲處理關(guān)系到水庫能否正常蓄水。由前述分析可知，關(guān)沱水庫滲漏途徑為繞壩滲漏。巖溶水庫在選擇防滲線路、確定防滲底線、選用防滲措施時，應充分利用有利的地質(zhì)條件，如相對隔水層、弱巖溶化地層、侵蝕基準面、兩壩肩穩(wěn)定可靠的地下水位等，選擇經(jīng)濟合理的防滲線路，并利用帷幕盡可能阻截全部滲漏通道，以期能達到較好的防滲效果。

根據(jù)水庫樞紐區(qū)的水文地質(zhì)情況及滲漏邊界條件，防滲帷幕線路及邊界的確定有以下方案：

1)防滲帷幕端頭接隔水層。根據(jù)庫區(qū)、壩址區(qū)巖體的防滲特性分析，壩址上游的三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)以及下游三疊系上統(tǒng)-侏羅系下統(tǒng)香溪群(T3-J1x)地層為隔水層且厚度大，可作為防滲帷幕的防滲依托，由于三疊系上統(tǒng)-侏羅系下統(tǒng)香溪群(T3-J1x)地層距離壩軸線距離近，相應的防滲線路短，建議選擇壩址下游三疊系上統(tǒng)-侏羅系下統(tǒng)香溪群(T3-J1x)地層作為防滲依托，同時考慮壩址下游沖溝繞滲影響，帷幕應伸入隔水層一定深度，防滲線路總長824 m，防滲面積108 635 m2(見圖3)。

2)防滲帷幕端頭接地下水位。兩壩肩防滲帷幕順山脊向岸坡延伸，帷幕端點可接兩岸地下水位與水庫正常蓄水位的交點，同時考慮水位變化影響，帷幕伸入山體一定深度，防滲線路總長914 m，防滲面積110 962 m2(見圖4)。

3)防滲線路比較。水庫壩區(qū)防滲端頭接地下水位以及接T3-J1x隔水層均能達到較好的防滲效果，但從防滲工程量方面來看，接T3-J1x隔水層方案防滲面積108 635 m2，接地下水位方案防滲面積110 962 m2。防滲端頭接T3-J1x隔水層防滲工程量相對較小且防滲依托可靠，防滲線路推薦接T3-J1x隔水層方案。

6 結(jié)論及建議

1)水庫左岸地表分水嶺高程1 102 m～1 640.2 m，右岸地表分水嶺高程1 042.4 m～1 645.5 m，總體上庫區(qū)兩岸山體雄厚高陡，山脊高程以及沖溝源高程均在1 000 m以上，遠高于水庫正常蓄水位，因此，水庫地形封閉良好。

2)水庫左岸鄰河谷為簍笆溝，簍笆溝距離關(guān)沱水庫3.0 km～3.5 km，T1t，T1j，T2l，T3k可溶巖分布區(qū)對應河水位高程600 m～700 m，由于羅鍋沱溝不存在連通簍笆溝的巖溶管道，且羅鍋沱溝和簍笆溝地下分水嶺高程高于水庫正常蓄水位，水庫不存在向左岸簍笆溝滲漏的可能。

3)水庫右岸與羅鍋沱溝相同級別的水系為銅廠溝，中間還發(fā)育王家村溝、星廟子溝、牟家坪溝、汪家壩溝等一系列支溝，從可溶巖分布高程分析，銅廠溝以及支溝可溶巖(T1t，T1j，T2l，T3k)分布高程均高于水庫正常蓄水位，且銅廠溝地表水系的水位高程高于水庫正常蓄水位，根據(jù)鉆孔觀測的地下水位，銅廠溝與羅鍋沱溝地表分水嶺對應的地下水位分水嶺的水位高程也高于水庫正常蓄水位，故水庫不存在向銅廠溝及各支溝滲漏的可能。

4)壩址區(qū)河谷呈“U”型河谷，谷坡較陡，存在繞壩滲漏的可能，由于壩址下游河床附近溶洞、巖溶泉均有發(fā)育，水庫蓄水后存在順層面、裂隙等結(jié)構(gòu)面與下游溶洞、巖溶管道連通而產(chǎn)生裂隙性滲漏以及巖溶滲漏的可能，需進行壩基、壩肩的防滲處理。

5)根據(jù)水庫樞紐區(qū)的水文地質(zhì)情況及滲漏邊界條件，大壩左右岸防滲帷幕端頭接地下水位以及接下游三疊系上統(tǒng)-侏羅系下統(tǒng)香溪群(T3-J1x)隔水層均能達到較好的防滲效果，其中接T3-J1x隔水層方案防滲面積108 635 m2，接地下水位方案防滲面積110 962 m2。因防滲端頭接T3-J1x隔水層防滲工程量相對較小且防滲依托可靠，防滲線路推薦接T3-J1x隔水層方案。